Продолжая тему ракет Титан, сегодня речь пойдет про двигатель, который стал настоящей рабочей лошадкой американской космонавтики – LR87 - двигатель 1-й ступени ракет семейства "Титан". Этот двигатель прошёл долгий путь эволюции, претерпел множество изменений и отлетал почти 50 лет на различных версиях ракеты Титан.
История LR87 началась в 1955 году, когда компания Aerojet получила контракт на разработку двигателей для новой МБР Titan I. Изначально LR87 был разработан для работы на криогенном топливе – жидком кислороде и керосине. Конструктивно, это были два одинаковых двигателя, прикреплённых к одной раме. Каждый из них выдавал тягу 66 тонн-сил с удельным импульсом 256 секунд на уровне моря, при давлении в камере сгорания 4 МПа. Каждый двигатель весил 839 кг, а сопло обладало геометрическим коэффициентом расширения 8 единиц.
Помимо этого, двигатель имел пиротехническую систему зажигания, состоящую из пиротехнических воспламенителей, установленных в центре форсуночной головки.
LR87-3
Керосин-кислородная версия называлась LR87-3, и совершила первый полёт в 1959 году.
Но криогенное топливо имело свои недостатки для военных – сложность хранения и долгое время подготовки к пуску, необходимость в сложной инфраструктуре. Поэтому уже в начале 60-х годов было принято решение о переходе на более удобные в эксплуатации, хотя и менее эффективные, высококипящие компоненты – тетраоксид азота и смесь гидразина с гептилом - аэрозин-50.
Версия, которая стояла на Титане 2, впервые будучи переведённой на высококипящие компоненты - называлась LR87-5, и развивала тягу на уровне моря в 97.5 тс с УИ 259 секунд, при давлении в камере сгорания 5.4 МПа, при этом весила 739 кг, что даёт очень хорошую тяговооруженность в 132 единицы. Впервые двигатель LR87-5 полетел в 1962 году
Прожиг LR87-7
На Титан 2 GLV (Gemini Launch Vehicle - носитель для программы "Джемини") шёл двигатель LR87-7, который был модифицирован для пилотируемых запусков. Тяга на уровне моря достигала 96.5 тс при давлении в камере сгорания 4.7 МПа, при этом масса сократилась до 713 кг, и эта модификация впервые полетела в 1964 году в рамках беспилотной орбитальной миссии GT-1.
Было произведено много улучшений во всех компонентах двигателя, которые привели к тому, что двигатель стал проще, легче и надежнее, но при этом пропала возможность управлять тягой.
LR87-9 был модифицированной версией двигателя LR87-7, который устанавливался на первые ракеты серии Titan 3B/C, совершив первый полёт в 1966 году
В дальнейшем на этих ракетах LR87 был обновлён до версии LR87-11, и летал уже в составе ракет Титан 3 и 4, впервые полетев в 1968 году. Каждый LR87-11 развивал тягу 98.75 тс, обладал массой 758 кг при давлении в камере сгорания 5.9 МПа.
Однако, на этом история LR87 не заканчивается. Инженеры Aerojet не боялись экспериментов, и пытались расширить возможности этого двигателя. В частности:
1) Водород-кислородная версия LR87
В то время развернулась нешуточная конкуренция в рамках создания водородного двигателя для новых ракет по программе "Saturn-Apollo". Компания Aerojet предложила двигатель LR87 LH2, который мог бы развивать тягу 68 тс при УИ в 403 секунды.
Инженеры заменили насос керосина на одноступенчатый насос для водорода, а также сильно модифицировали форсуночную головку. Разработка шла с 1958 по 1960 год, и в ходе 52 огневых испытаний удалось довести двигатель до надежной работы с требуемыми параметрами (2 фото)
В этой гонке Aerojet проиграла компании Rocketdyne, которая предложила создать совершенно новый двигатель, получивший название J-2. Тем не менее, этот опыт пригодился Aerojet в дальнейшем, при разработке гигантского водородного двигателя M-1 (про который будет один из следующих постов)
2) LR87 на гелеобразном горючем
На основе LR87 была сделана версия двигателя LR87 Alumizine, работающая на тетраоксиде азота и гелеобразном топливе, состоящем из аэрозина-50, алюминия и связующего Carbopol 904. Но инженерам в итоге не удалось заставить этот двигатель работать стабильно.
А еще двигатель LR87 можно увидеть в Kerbal Space Program под названием LV-TX87 "Рысь" компании "СвалКО" Джеба Кермана
С большой печалью замечаю как множество любителей космонавтике, не только в России, но и во всем мире, продолжают использовать невероятно глупую единицу измерения специфического импульса реактивного двигателя, выраженную в секундах.
Более глупой единицы сложно себе придумать. Даже ее описание звучит как бред :
- Удельный импульс есть отношение доли импульса, создаваемого двигателем, к условному весу затраченной доли топлива на уровне моря, измеряемое в секундах.
Совершенно бесполезная величина. Какую бы манипуляцию вы бы не захотели с ней совершить вам тут же будет нужно умножить ее на ускорение свободного падения, а чтобы ее получит обратно, разделить.
Вы хотите посчитать дельту скорости, умножай на свободное падение, хотите подсчитать расход топлива, умножай на свободное падение. Может она хотя бы показывает на какое время двигатель может зависнут, опять же нет.
Что еще прикольно так это спросить тех кто использует эту единицу, а какое ускорение свободного падения они используют? То что на экваторе, то что на полюсе, то что для среднего радиуса земли?
Зачем нужна эта бредовая цифра?
Есть же способ измерять импульс в метрах в секунду, эта величина напрямую получается из формул и измерений и напрямую там используется.
Измерять импульс в секундах это как мерить мощность моторов в лошадиных силах, все понимают что в 21 веке это какая хрень, но все делают потому что привыкли.
Кстати прикола ради все же знают что европейские лошади слабее английских, потому что первые измерены в килограмм на метрах, а вторые в фунтах на футы.
Ни для кого ни секрет, что среди любителей космонавтики есть довольна большая группа "отрицателей" водорода, я называю их водородоборцы, в истории были иконоборцы, а эти борются с водородом.
Основной постулат их веры, это отрицание водорода как топлива для ракет, основанный на двух догмах.
Первая догма, это довольно идиотское утверждение, что водород это "сложно".
Подразумевается, что никакой прогресс в технике не способен обеспечить человечество материалами которые были бы пригодны для работы с водородом. Их не смущает даже то, что объем водородной энергетики постоянно растет, что в это вкладываю силы и средства, что водород это материя а не волшебная субстанция.
Нет, твердо и четко заявляю водородоборцы, не существует и никогда не будет существовать материалов пригодных для работы с водородом и точка.
Не буду спорить с этим утверждением, потому что это вопрос не науки и технологии, а веры, а вера как известно не требует доказательств.
Вторая догма, это фантастическое внимание к способности водорода проникать сквозь кристаллическую решетку металлов. В устах водородоборцев это способность доходит до такой степень, что если к крану с жидким водородом поднести ведро, то струя жидкого водорода будет протекать сразу, напрямую, сквозь дно ведра как будто его и нет.
Вот тут можно уже предъявить цифры.
Идем в поисковик и легко и просто находим статью:
О КОНТРОЛЕ СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПО СТЕПЕНИ ДИФФУЗИИ ВОДОРОДА КАЛЮЖНЫЙ Д. Г., БУРНЫШЕВ И. Н. Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН
Из которого берем пример с численными показателями:
"Для воздухонезависимой энергоустановки подводной лодки при хранении водорода под давлением 40 МПа при температуре 20 °С в баллоне из титанового сплава ВТ20Л длиной 1274 мм, диаметром 200 мм коэффициент диффузии составляет 1,42·10-9 см 2 /c. Количество водорода, теряемое в результате диффузии через стенки баллона за 15 суток, рассчитанное по предлагаемой методике, составит 0,5 г"
Поскольку я большой фанат starship spacex, пересчитаем для ракеты его размеров, очень удачно что данные приведены для титана, поклонником которого я также являюсь и очень хотел бы чтобы старшип был перепроектирован на титан, принимая диаметр бака 9.000м, а высоту 25.480м и получаем, что скорость утечки составит 30 грамм в сутки.
Диффузии водорода через метал прямо пропорциональна давлению и толщине стенки.
Теперь снизим давление в 200 раз, до 2 атмосфер, что уменьшит утечку до 0,15 грамм в сутки. Одновременно это позволит уменьшит толщину стенки в 45/200, что увеличит утечку 6,75 грамм в сутки.
Также диффузия прямо пропорциональна температуре.
Снижаем температуру в 15 раз с 293К, а утечку до 0,45 грамм в сутки.
К сожалению вопрос скорости утечки жидкого водорода не удалось подкрепить руководящими документами, но простая логика подсказывает, что газообразный водород должен иметь гораздо большую проникающую способность чем жидкий, но увеличивает утечку в 785 раз, пропорционально плотности жидкого водорода к газообразному, до 353,25 грамм в сутки, что равнозначно 5,0 литров водорода в сутки.
Учитывая что объем емкости составляет, 1529 кубических метров, а масса 112.76 тонн и следовательно для опустошение емкости потребуется 320 дней.
Последние, что стоит упомянуть это поддержание низких температур в космосе рядом с землей под солнечными лучами, эту проблему можно решить посредством тонкопленочных зеркал из металлической фольги.
Водород это будущие а его противники, это прошлое.
11 января 1957 года было принято постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР о создании в 180 километрах к югу от Архангельска, недалеко от железнодорожной станции Плесецкая военного объекта под кодовым названием «Ангара». Он стал первой советской ракетной базой межконтинентальных баллистических ракет Р-7 и Р-7А.
Первый запуск ракеты состоялся в октябре 1963 года. Позднее было принято решение об использовании стартовых комплексов в Плесецке для запусков космических аппаратов. 17 марта 1966 года с космодрома на орбиту был выведен космический аппарат «Космос-112».
За годы существования космодрома с его стартовых площадок проведено свыше 1600 пусков ракет-носителей, испытано и принято в эксплуатацию 10 типов ракет-носителей, проведено порядка 500 пусков межконтинентальных баллистических ракет, испытано 13 ракетных комплексов.
В 2023 году Совет Европейского космического агентства для поддержки развития европейских возможностей запуска космических аппаратов учредил конкурс European Launcher Challenge . Каждый выигравший конкурс получит на свой проект 150 млн евро ИА Красная Весна
Безмолвная звезда. Тэй Кейт. 1959
Долгое время отдельным европейским странам фактически было запрещено разрабатывать собственные ракеты-носители, и они участвовали лишь в общеевропейских проектах. Некоторое время назад этот запрет был снят. Появилось множество проектов создания национальных ракет-носителей. Только в 2024 году европейские ракетные компании привлекли более одного миллиарда евро финансирования. Но это так и не позволило таким странам, как Германия или Великобритания, осуществить то, что уже сделали Иран и Северная Корея — вывести на орбиту отечественный спутник на отечественной ракете-носителе.
ИА Красная Весна предлагает перевод обзорной статьи издания European Space Flight от 31 января, посвященной обсуждению усилий европейских стран по созданию собственных ракет.
Европейские страны выстраивают боевые порядки в преддверии European Launcher Challenge
В статье, опубликованной во французской газете Les Echos 28 января, генеральный директор дочерней компании европейского аэрогиганта ArianeGroup, специализирующегося на разработке и производстве ракет-носителей MaiaSpace, Йоханн Лерой заявил, что «European Launcher Challenge не должен превращаться в соревнование между государствами».
Однако призыв Лероя остался без внимания: страны спешат поддержать своих национальных чемпионов финансированием перед началом процесса подачи заявок в следующем месяце. Ярким примером этого является поддержка Orbex (частная космическая компания — прим.ИА Красная Весна) правительством Великобритании в размере 20 млн фунтов стерлингов (2,4 млрд руб.).
Конкурс European Launcher Challenge был учрежден по итогам заседания Совета Европейского космического агентства (ЕКА) в Севилье в ноябре 2023 года. Данная инициатива направлена на поддержку развития суверенных европейских возможностей запуска космических аппаратов. В настоящее время планируется выделить 150 млн евро (15 млрд руб.) каждому участнику, выигравшему конкурс. Конкурс призван стать катализатором появления частного (не государственного) преемника Ariane 6 (действующая европейская ракета-носитель — прим.ИА Красная Весна).
По данным Financial Times, в октябре правительство Великобритании наняло аудиторскую фирму PwC для оценки финансового состояния Orbex и подтверждения того, что все прочие варианты финансирования были исчерпаны, прежде чем рассматривать возможность государственного вмешательства.
В конце прошлой недели директор по запуску Космического агентства Великобритании Мэтью Арчер заявил, что участие страны в конкурсе European Launcher Challenge «крайне важно». Арчер также заявил, что агентство представляет «национальные интересы страны в обсуждениях с коллегами из ЕКА и будет уделять приоритетное внимание деятельности, которая обеспечит наилучшие возможные предложения от Великобритании».
28 января шотландский кластер космической промышленности Space Network объявил, что Orbex ищет партнеров и поставщиков для формирования «европейской коалиции компаний» для участия в конкурсе European Launcher Challenge. В объявлении конкурс был назван «инициативой, которая случается раз в поколение».
Всего через день правительство Великобритании опубликовало пресс-релиз, в котором сообщило, что инвестировало в компанию 20 млн фунтов стерлингов (2,4 млрд руб.). Хотя в представленных заявлениях правительственных чиновников напрямую не упоминался этот конкурс, генеральный директор Orbex Филлип Чемберс заявил: «Эти инвестиции позволят нам не только запустить нашу первую ракету в этом году, но и разработать более крупную ракету для участия в Европейском конкурсе ракет-носителей».
Великобритания не одинока в своем стремлении поддержать собственных производителей ракет
19 декабря 2023 года правительство Германии объявило, что выделит 95 млн евро (9,6 млрд руб.) на финансирование немецких производителей ракет Isar Aerospace, Rocket Factory Augsburg и HyImpulse. В своем заявлении правительство не скрывало своих намерений, заявив, что финансирование «позволит укрепить немецкие стартапы для их участия в запланированном конкурсе European Launcher Challenge».
Франция, возможно, первой предприняла решительные шаги по поддержке своих отечественных ракетостроителей в преддверии этого вызова. В марте 2024 года французское правительство объявило, что выделит 400 млн евро (40,5 млрд руб.) компаниям HyPrSpace, Latitude, Sirius Space Services и дочерней компании ArianeGroup MaiaSpace. Однако обещанное финансирование было выделено не сразу. Каждая компания получила небольшую субсидию с обещанием гарантированных контрактов после первого запуска их соответствующих ракет-носителей.
Несмотря на то что это не было прямо заявлено, такой уровень обязательств со стороны французского государства, несомненно, укрепляет позиции четырех французских ракетостроителей, которые готовятся к участию в конкурсе. Компания Exploration, которая не получила эти 400 млн евро (40,5 млрд руб.), намекнула, что также намерена участвовать в конкурсе.
Компания Exploration была одной из шести компаний, подписавших открытое письмо в адрес ЕКА, в котором был изложен список ключевых приоритетов, которые, по их мнению, должны быть учтены агентством при реализации программы European Launcher Challenge. Другими пятью компаниями, подписавшими письмо, были известные производители ракет: HyImpulse, Latitude, MaiaSpace, Orbex и RFA. Хотя Exploration может намереваться сотрудничать с одним из пяти производителей ракет, чтобы сформировать консорциум, ее вероятная долгосрочная цель — снизить зависимость от сторонних поставщиков услуг своей ракеты «Никс».
Это говорит о том, что компания рассматривает этот вызов как катализатор для начала разработки собственной ракеты. Кроме того, Exploration обладает более чем 770 млн долларов (75 млрд руб.) в виде обеспеченных контрактов, впечатляющим опытом финансирования и офисами по всей Европе, которые можно использовать для оптимизации любых бюрократических требований. Exploration станет серьезным игроком в космической гонке.
В Италии есть два производителя ракет: зарекомендовавшая себя компания Avio и Sidereus Space Dynamics, малоизвестная компания-новичок. Avio является естественным лидером в стране. Она уже получила значительное финансирование от правительства Италии. Хотя она вряд ли будет участвовать в тендере с ракетой Vega E, так как ее разработка в значительной степени финансируется за счет грантов ЕКА, она может выйти на конкурс с ракетой нового поколения (частично многоразовой), разработка которой поддерживается государственным финансированием.
Ракета, которую компания называет Vega Next, будет состоять из двух ступеней, каждая из которых оснащена жидкостным ракетным двигателем, что является значительным отличием от предыдущих ракет Vega. На первой ступени будет установлен метановый ракетный двигатель MR60, который компания разрабатывает при финансовой поддержке правительства Италии в размере 103,7 млн евро (10,5 млрд руб.). На верхней ступени будет установлен метановый двигатель MR10 меньшего размера, который разрабатывается по контракту с Европейским космическим агентством для первоначального использования на ракете Vega E. Ни Avio, ни правительство Италии пока не заявляли, что компания планирует подать заявку на участие в European Launcher Challenge.
Затем была Испания. В январе 2023 года, почти за год до объявления конкурса European Launcher Challenge, министерство науки и инноваций Испании через Центр технологического развития и инноваций опубликовало запрос на разработку малой ракеты-носителя. PLD Space и консорциум во главе с Pangea Aerospace откликнулись на этот запрос. В январе 2024 года PLD Space была выбрана в качестве победителя и получила кредит в размере 40,5 млн евро (4,1 млрд руб.) от правительства Испании. Тем не менее PLD Space раскрыла свои карты, объявив о создании семейства ракет на базе Miura 5. Помимо ракет, компания также объявила, что начала разработку пилотируемой капсулы под названием Lince.
В начале 2024 года ЕКА опубликовало запрос информации для конкурса European Launcher Challenge, направленный на оценку «статуса, амбиций и перспектив европейских поставщиков услуг запуска». Период подачи заявок закончился в июле 2024 года. В декабре 2024 года, на заседании совета ЕКА, European Launcher Challenge официально стала программой ЕКА. Однако финансирование конкурса будет согласовано только на заседании Совета министров в ноябре 2025 года.
На брифинге для СМИ, состоявшемся после заседания Совета ЕКА в декабре, генеральный директор ЕКА Йозеф Ашбахер объявил, что в феврале 2025 будет опубликован тендерный запрос на участие в Европейском конкурсе по созданию ракеты-носителя, что официально откроет процесс подачи заявок.
Руне Эриксен, руководитель отдела промышленной политики Норвежского космического агентства, заявил в сообщении LinkedIn, что государства-члены обсудят European Launcher Challenge на заседании Комитета по промышленной политике на этой неделе. Точный характер этой встречи неизвестен, но, вероятно, она будет посвящена обсуждению деталей тендерного запроса.
Коммерческие компании попытались направить обсуждение этих деталей в выгодном для них русле. Как кратко упоминалось выше, шесть производителей ракет изложили то, что они считают ключевыми приоритетами для реализации инициативы, в открытом письме, опубликованном в конце прошлой недели. Приоритеты группы включают в себя увеличение грантов на финансирование сверх предложенных 150 млн евро (15 млрд руб.), обеспечение доступа к стартовым площадкам в Гвианском космическом центре и заключение сервисных контрактов. Важно, что среди подписавших открытое письмо не было компаний Isar Aerospace и PLD Space.
В ответ на вопросы European Spaceflight представитель Isar объяснил, что компания не будет комментировать вопрос о том, почему она решила не подписывать определенные документы. Однако Isar предоставила информацию о своей позиции по вопросу European Launcher Challenge:
«European Launcher Challenge — это первый шаг в правильном направлении для поддержки отрасли, укрепления космических возможностей Европы, стимулирования экономического роста и обеспечения долгосрочной конкурентоспособности и автономии в космическом секторе. Европа должна гарантировать справедливые конкурентные условия и надлежащее участие немецких компаний в европейских космических программах, особенно в ESA European Launcher Challenge».
Соучредитель и директор по развитию бизнеса PLD Space Рауль Верду рассказал, что компанию попросили подписать открытое письмо, но она «предпочла в этом не участвовать, поскольку в нем содержались требования, не соответствующие видению PLD Space». Один из спорных вопросов — требование ограничить число победителей конкурса.
«European Launcher Challenge — это прекрасная инициатива по стимулированию европейского частного космического сектора. Тем не менее Европа должна избегать повторения ошибок прошлого и избегать системы, которая ведет к гонке за выживание, в которой есть победители и проигравшие. В этой связи ограничение числа победителей со стороны европейских институциональных запросов приведет только к устранению честной конкуренции. Согласно нашему пониманию ситуации, на данный момент практически невозможно предсказать, кто сможет предоставить надежные, прибыльные и конкурентоспособные услуги по запуску для Европы. Нам необходимо поддерживать честную конкуренцию до того, как ЕКА и EC выберут победителя», — отметил Верду.
Верду также отметил, что, по его мнению, PLD Space имеет хорошие шансы на выигрыш конкурса European Launcher Challenge:
«Мы убеждены, что PLD Space станет чемпионом Европы по пусковым услугам. Наши продемонстрированные технологии и промышленные возможности для проектирования, производства, испытаний и запуска укрепляют нашу позицию как самого перспективного игрока в Европе на сегодняшний день».
Недостаточно обсуждаемым аспектом European Launcher Challenge является источник финансирования программы. Как необязательная программа, она будет зависеть от того, будут ли отдельные страны решать, выделять ли финансирование — исходя из собственных представлений о должном. Если, например, будут выбраны только французские и немецкие ракетостроители, какой стимул у Испании или Великобритании вносить свой вклад в их финансирование?
Заявки от многонациональных консорциумов могли бы сгладить эту проблему, но старый призрак геополитики снова поднимает голову. Многие считают, что страны могли бы исключить посредника и просто финансировать свои компании напрямую.
В своей статье в Les Echos генеральный директор MaiaSpace Йохан Лерой предупредил, что провал проекта European Launcher Challenge «может еще больше ослабить весь европейский космический сектор». Лерой выступил за то, чтобы Европа перешла от подхода, ориентированного на обязательства, к подходу, основанному на результат, «тем самым избегая искусственного выживания проектов, не имеющих будущего».
Хотя следует с осторожностью относиться к заявлениям заинтересованной стороны, с этими словами трудно спорить, учитывая, к чему привел нынешний подход.
