Завьялов Владимир Семенович

Метановый двигатель-3

Похоже в проекте «Космической программы РФ» на 2016-2025гг. найден компромисс между «ГКНПЦ им. М.В.Хруничева» и РКЦ «Прогресс», соответственно между «Ангарой» и «Союзом-5». Из семейства РН «Союз-5» выделили только РН среднего класса «Союз-5.1» под названием «Феникс», как замену в будущем РН «Союз-2», уйдя от конкуренции с «Ангарой-5». Вероятно в настоящее время это оптимальное решение. Разумно и то, что разработка двигателя 1-й ступени РН «Союз-5.1» («Феникс») поручена ОАО «Энергомаш», которое обладает уникальной в РФ производственной и экспериментальной базой, на которой можно создавать двигатели тягой свыше 300 тс. Разумно и то, что разработка двигателя 2-й ступени метановой РН поручено КБХА, где имеется соответствующая производственная и экспериментальная база и ВМЗ для серийного изготовления двигателя.

Следует сказать об ошибках КБХМ в разработке ЭП двигателя С5.867 2-й ступени РН «Союз-5», хотя КБХМ имело наибольший практический опыт в освоении метана в РКТ. Эти ошибки следующие:

1. Метановый двигатель должен быть всегда пригодным для многоразовых включений. Это иногда нужно для двигателя 2-й ступени, и всегда нужно перед поставкой для проверки качества изготовления и соответствия параметров настройки требованиям ТЗ. Иногда могут проводиться огневые испытания в составе ДУ или ступени РН. Двигатель С5.867 был нарисован с одноразовым включением.
         По опыту успешной отработки двигателей «Сатурн-5» в СССР для «Н-1» было введено обязательное требование проведения огневого испытания (КТИ) двигателя перед поставкой. Первыми многоразовыми двигателями ступеней РН стали двигатели НК-33, которые проходили огневые испытания перед поставкой. Эти двигатели были поставлены на Н-1 № 8Л, которая готовилась к пуску в августе 1964 г., но в мае тема Н-1 была закрыта. Для Н-1М были разработаны многоразовые кислородно-водородные двигатели 11Д56 и 11Д57 А.М.Исаева и А.М.Люлька, но до них дело не дошло. КБ А.М.Исаева совместно с М.В.Мельниковым (разработчик блока «Д») определяли режимы огневых испытаний двигателей перед поставкой. Двигатели С5.62 на компонентах АТ и НДМГ для блока «И» Н-1, и в варианте 11Д442 для ФГБ ТКС «Алмаз», проходили перед поставкой КТИ с последующей химической нейтрализацией, но без переборки. Один из таких двигателей еще существует до сих пор в составе МКС.

Итог. Для большей надежности двигатели РН перед поставкой должны проходить КТИ без последующей переборки.

2. КБХМ представило в ЭП разработку двигателя С5.867 без детальной проработки обеспечения  производственной и экспериментальной базой, а, соответственно, без ТЭО и реальных сроков отработки. В КБХМ нет ни производственной, ни экспериментальной базы для отработки двигателя таких тяг. Был единственный проверенный способ решить эту задачу: начать изготовление и испытания первых отработочных двигателей сразу на серийном заводе. И такой опыт был. В 1964 г. вышло Постановление ЦК КПСС и СМ СССР о разработке первой межконтинентальной баллистической ракеты подводных лодок. Появление такой ракеты позволяло из произвольного района территориальных вод СССР держать под прицелом любого потенциального противника. Двигателя 1-й ступени тягой 70 тонн КБХМ до того не создавало, а этот замкнутый двигатель еще нужно «утопить» в баке горючего. Работы проводились на Красноярском механическом заводе (КМЗ), где постоянно находились конструктора КБХМ. В итоге менее чем за 5 лет в марте 1969 г. вышли на ЛКИ. Сейчас это кажется невероятным. Господствует общая тенденция превратить бюджетные деньги максимально в «собственные». Отсюда стремление вести работы на собственной производственной и экспериментальной базе, и чем дольше этот процесс, тем выгодней разработчику. Хорошо если КБХА начнет изготовление двигателя 2-й ступени «Феникса» сразу на ВМЗ, а в своем опытном производстве сосредоточится на изготовлении водородного двигателя 2-й ступени «Ангары-5В». Этому может помочь объединение КБХА и ВМЗ в единое целое.

3. Двигатель С5.867 представлен в ЭП с восстановительным ГГ, но ничего не говорится об особенностях системы управления. В замкнутой «сладкой» схеме, при изменении режима тяги,  регулирование массового расхода ГГ на турбину должно идти по двум линиям для обеспечения постоянного соотношения компонентов и, соответственно, температуры газа. Об этом в ЭП ничего не сказано.

4. Благодаря хорошей охлаждающей способности метана для двигателя тягой 70 тс. можно пропускать через рубашку КС только часть горючего и этим снизить потребное давление на выходе насоса горючего и суммарную мощность ТНА. Этот вопрос в ЭП не проработан.

5. Для КБХМ, как организации свыше 20 лет (с 1993 г.) занимающейся практическим освоением метана следовало в ЭП провести анализ выбора оптимальных решений, таких как управление вектором тяги, способа зажигания и др. Все это говорит о неспособности или нежелании заниматься метаном.

Этап разработки ТЗ.

Какие двигатели будут в «Союзе-5.1» будут определять ТЗ, разработанные РКЦ «Прогресс» и согласованные с организациями разработчиков двигателей. Это очень ответственный этап, который определяет будущее РН «Союз-5.1», ее эффективность, сроки отработки и стоимость. Двигатель составная часть РН, решающее слово в ТЗ принадлежит Генеральному (Главному) конструктору РН. Нужно учитывать, что в мире нет опыта создания РН на метане. В США фирмы Д.Безоса и Э.Маска разрабатывают разные типы метановых двигателей, какой из них получит путевку в жизнь, еще не известно. В свое время у Главных конструкторов двигательных КБ НИИ-88 (ОКБ-2 А.М.Исаева и ОКБ-3 Д.Д.Севрука) был разный взгляд на отношение к ТЗ. Д.Д.Севрук очень тщательно относился к согласованию ТЗ, и в дальнейшем строил работу по его выполнению без каких-либо существенных корректировок. А.М.Исаев не так педантично относился к согласованию ТЗ, но оставлял за головником право вносить изменения в ТЗ на любом этапе разработки двигателя.

Есть и противоположные примеры, когда ракетчики перекладывают на двигателистов повышенные требования без должного обеспечения со своей стороны. Примером может служить «Бриз-М», где рекордный ресурс работы двигателя с ТНА не был проверен тепловыми вакуумными огневыми испытаниями при максимально плотной компоновке блока.

Есть надежда, что проектанты НПЦ «Прогресс» после 3-х лет упорной инициативной работы смогут сформулировать ТЗ двигателистам в интересах общего дела – создания первой отечественной РН, работающей на метане.

Этап доводочных испытаний двигателей.

Хорошая охлаждающая способность метана и многоразовая арматура метановых двигателей позволяет существенно ограничить число двигателей необходимых для отработки. На каждом экземпляре двигателя по достижению N-кратного полетного ресурса можно проводить специальные испытания (форсирование, дросселирование, термостатирование, определения импульса последействия и др.). Доработка стендовой базы под метан в «Энергомаше» и КБХА по опыту доработки стенда в НИЦ РКП не представляет больших трудностей. Т.к. сроки выхода на ЛКИ будут определяться отработкой ступеней РН, важно как можно раньше приступить к поставке двигателей в РКЦ «Прогресс» для макетов и огневых испытаний в составе ДУ или ступени. Все сказанное возможно только в том случаи, если государственные интересы будут преобладать над местными, а Главный (генеральный) конструктор будет первым лицом на предприятии, а не «эффективный менеджер». Именно тогда окончательный результат может быть достигнут в кратчайшие сроки с меньшими затратами, а государство должно стимулировать предприятия за сжатые сроки и экономию средств специальными премиями и другими наградами.

ЛКИ

Отработка двигателей не будет определять сроки начала ЛКИ. Первые поставки на ЛКИ можно проводить после 1-го этапа завершающих доводочных испытаний (ЗДИ). Важна готовность пусковой площадки (старт, МИК, заправочная станция). Работы по ним следует начинать сразу после защиты ЭП. В темпах проведения ЛКИ следует ориентироваться на темпы ЛКИ «семерки», на смену которой идет «Феникс», а не темпы ЛКИ «Булавы» или «Ангары».

В настоящее время мы фактически вступили в соревнование с США за приоритет в космосе по созданию РН на метане, и возможно это в последний раз. Мы победили с керосиновой Р-7 С.П.Королева. Удастся ли победить с метановой РН «Феникс» А.Н.Кирилина американскую РН «Вулкан» с двигателями Б-4 и Б-3 Д.Безоса?

Все идет к тому, что скоро для средств выведения (РН и РБ) будут применяться три простых химических вещества: О2, Н2 и СН4. В не столь отдаленное время метан заменит в ЖРД керосин и пороха в бустерных ускорителях. Пороха останутся только в боевых ракетах, как и предвидел С.П.Королев. Еще долго в ДУ КА будут применяться АТ и НДМГ, пока не найдут стойкую самовоспламеняющеюся и экологически чистую пару компонентов. Существующие ЭРД (ионные и СПД) из-за малого уровня тяги могут применяться и применяются на относительно небольших КА. Таким образом, метану предстоит долголетие при существованию химических ЖРД.

Применение метана открывает дорогу к многоразовому применению РН и их двигателей. Здесь нам следует ориентироваться не на Э.Маска, а на «Россиянку» ГРЦ им. В.П.Макеева. Большая вероятность применения метановых РН в «Воздушном старте». ОАО «Кузнецов» закончило реконструкции и возобновило производство двигателя НК-33 (надеюсь в варианте НК-33-1). Осталось дело за небольшим - перевести его на метан. Это будет надежная дешевая РН легкого класса на которую всегда будет много ПН. В дальнейшем на основе «Феникса» будет создана РН «Союз-5.3», таким образом будет создан задел для РН свертяжелого класса, для которой от ОАО «Энергомаш» может потребоваться двигатель большей тяги. В отдельных случаях РБ на метане может быть выгоднее РБ на водороде. И последние, в ближайшие годы целесообразно иметь двигатель-демонстратор на метане, на котором можно проверять различные схемы и отдельные элементы двигателей больших тяг. Эту работу может проводить КБХМ совместно с НИЦ РКП.

Естественно для проведения работ с метаном требуется государственное финансирование, и это в условиях, когда происходит сокращение финансирования на космонавтику. Я считаю, что нужно исходить из того, что заложено в бюджете с учетом уже объявленного 10% секвестра, но еще раз посмотреть так ли мы рационально тратим выделенные на космонавтику деньги.

В проекте космической программы «львиную долю», порядка 30% занимают расходы на пилотируемую программу. В существующем положении это разврат. Мне понятно, что для народного хозяйства, науки и обороны страны дают спутники ДЗЗ, связи, навигации, разведки, метеорологии, а что дает пилотируемая космонавтика? В ближнем космосе все новое – давно прошедшее старое. Ничего не дадут ни новые модули к МКС, ни новая национальная орбитальная станция. По МКС у нас есть международные обязательства, пока до 2024 г.  2-3 года мы можем кормиться извозом зарубежных (в основном американских) астронавтов. Далее бесполезно держать на МКС постоянный российский экипаж. Нужно переходить на вахтовый метод и существенно сократить направляемые на МКС пилотируемые и грузовые корабли. Если говорить о космическом (экстремальном) туризме, то это не дело государства, а частных коммерческих фирм. В США это возможно, у нас вряд ли, хотя по числу миллиардеров мы уступаем, кажется, только США и Китаю. Если принято решение о создании РН «Феникс» для замены «Союзов», то автоматом нужно прекратить все разговоры об «Ангаре», как РН для пилотируемых полетов.

Теперь о дальнем пилотируемом космосе. Луна это дальней-ближний, а Марс и далее дальней-дальней. По Луне я согласен с «личным мнением» Д.О.Рагозина – надо подождать. По Луне намечаются две цели: высадка космонавта на Лунный полюс, где возможно есть вода в виде льда, и создание постоянной лунной базы. Исследование Лунных полюсов человеком слишком мелкая задача на фоне первой высадки человека на Луну. Лунные полюса, скорее всего, будут исследованы китайскими или индийскими луноходами. Создание постоянной базы на Луне («Барминоград», как его называли у нас в 60-х годах прошлого столетия) видно навсегда останется несбыточной мечтой. Явных целей для работы человека на Луне не видно. Обеспечение жизнедеятельности на Луне на порядки сложнее и дороже, чем обеспечение космонавтов на МКС. Но основное не в этом. Космонавты на МКС защищены от радиоактивного излучения магнитными поясами Земли. Радиоактивное излучение на Луне намного больше и оно на порядок возрастает при вспышках на Солнце, влияние которых на Землю также смягчаются магнитными поясами, которых нет при Луне. Длительное пребывание на Луне опасно для жизни человека. Не строить же радиоактивные убежища глубоко в лунном грунте. Луна видно останется вечным безжизненным спутником Земли, т.к. побороть радиоактивность Солнца нам не удастся.

Теперь о дальнем-дальнем космосе. Основная опасность для человека при дальних космических полетах – радиоактивность. Первой и последней планетой Солнечной системы, где побывает человек, будет Марс. Пилотируемый полет на Марс не нужен для решения каких-либо научных задач, он нужен для самоутверждения человека, как творца Вселенной. Первая такая задача была решена в 1961 г. С.П.Королевым, Ю.А.Гагариным, Н.С.Хрущевым – выход человека в космос. Вторая задача решена в 1969 г. Д.Ф.Кеннеди, В.ф.Брауном, Н.О.Армстронгом – первый человек на Луне. Что касается Марса, то первым на его поверхность может ступить гражданин США в неведомом году. Но Э.Маск надеется, что это будет еще при его жизни, а способы защиты марсианского экипажа проверят на КК «Орион», пока КА при полете на Марс зарегистрировали получение дозу радиации смертельную для человека. Про «есть ли жизнь на Марсе?» мы узнаем раньше от автоматических космических аппаратов. Полеты на дальние планеты и их спутники еще более проблематичны для здоровья человека. Видно мечта К.Э.Циолковского о переселении на другие планеты, так и останется мечтой. Человечеству суждено вечно оставаться на своей планете и думать и делать все для ее сохранения в экологически чистом природном виде в интересах своих дальних потомков.

 В августе 2015 г. Дарк из Канады обратился на форум журнала «Новости космонавтики» с предложением организовать дискуссию о пользе пилотируемой космонавтики. Цитата:   

«Однако вся известная человечеству полезная коммерческая и научная деятельность в космосе может быть осуществлена беспилотными аппаратами при значительно меньших затратах и отсутствие риска для человеческого экипажа. Это поднимает вопрос о том, какие именно проекты пилотируемой космонавтики, недоступные для беспилотных аппаратов могут принести измеримые выгоды для организующих их стран или компаний с рациональной точки зрения. Эти проблемы заставляют задуматся о том, каким будет будущее пилотируемой космонавтики если нет ясно видимых перспективных направлений ее развития.
Чтобы решить эту задачу сначала нужно найти ответить на следующий вопрос:
“Зачем нужна пилотируемая космонавтика?”

 Модераторы форума «НК» решили прикрыть эту дискуссию, как противоречащую «Космической программе РФ».

Может быть мнение Дарка случайно совпало с «личным мнением» Д.О.Рогозина? Так или иначе, но у нас наметился поворот к настоящему изучению и использованию космоса, но время и средств потеряно много, как «на извоз» так и на создание различных ПТК НП. С отказом от полетов на Луну отпала необходимость в создании «Ангары-5П», и, возможно, и «Ангары-5В». Исследование космоса будет продолжаться автоматами, которые могут сделать это более эффективно. Косвенно об этом можно судить по тому, как выдающийся шахматист современности Г.Каспаров (после А.Алехина и Р.Фишера) проиграл автомату в самой интеллектуальной игре. 

«Ангара-5» создавалась по заказу МО для вывода военных спутников с отечественного военного космодрома. То, что она выводит с Плесецка 20 т. на НОО вполне достаточно для выполнения задач МО по выводу спутников навигации на высокие эллиптические орбиты и спутников связи на ГСО. Выводить коммерческие спутники связи на ГСО МО не планировало, хотя эти спутники могут иметь двойное назначение. Нужно было после 3-х, 4-х пусков РН «Ангары-5» (изготовленных ракетным заводом в Филях) со спутниками МО принимать ракету на вооружение, построив для страховки 2-й стенд в Плесецке. Если МО потребуется большая ПН, то можно заменить РБ «Бриз-М» (или «ДМ») на кислородно-водородный РБ, доработав под него старты в Плесецке. Вместо этого решили продолжить процесс создания ракеты растянув его до 30 лет. Для МО не нужны ПН в 35-37 т. МО не нужны 2 старта на гражданском космодроме  «Восточном» за сотни миллиардов рублей. Искусственное затягивание ЛКИ «Ангары-5» и прекращение ее изготовление в Филях, это, мягко говоря, головотяпство, если это не делается умышленно, ради распила денег из бюджета. Если мы не собираемся лететь на Луну, а МО не нужна ПН в 36-37 т., то зачем городить 3-ю водородную ступень. Для коммерческих пусков «Ангара-5» не годится, а «Ангара-5В» тем более. Отпадает и потребность в создании двигателя РД-191М (РД-195). 

Наконец-то принято решение о прекращении работ по транспортному энергетическому модулю (ТЭМ). Там накопилось много нерешаемых вопросов: по типу реактора, по КПД турбокомпрессора, по холодильнику-излучателю, по способу выведения и транспортировке ПН и пр. А начиналось все так хорошо. Уважаемые люди и большие профессионалы доказали Президенту, что полет человека на Марс с использованием ЖРД невозможен. В длительном полете космонавты могут получить недопустимую долю радиации. Все дело в том, что ЖРД имеют низкую удельную тягу. Их нужно заменить на ЭРД ионного типа, где удельная тяга на порядок выше, и, следовательно, потребуется на порядок меньше топлива. Питание ЭРД обеспечит ядерная энергетическая установка мощностью в 1мегаватт с турбомашинным преобразователем. Благодаря этому перелет на Марс сокращается с нескольких лет до нескольких месяцев, что допустимо для здоровья человека. В итоге разработка ТЭМ проводится по распоряжению президента России от 22 июня 2010 г. № 419-рп. На разработку выделено 17 миллиардов рублей и предоставлены некоторые другие льготы. Самое интересное, что уважаемые люди не могли не знать, что ЭРД холовского типа (СПД и ионные) не годятся для использования в энергоустановке мегаваттного класса из-за малой тяги, а ЭРД больших тяг (типа магнитоплазмодинамических) еще не созданы для практического применения.

Проект «Комической программы предлагает направить на развитие космодромов до 2025 г. 900 миллиардов рублей (это почти половина всех ассигнований на космос) из них 560 миллиардов на «Восточный». Стенды под «Феникс» на «Восточном» нужно создавать с учетом возможности с них пуска РН «Союз-5.3». которая в инициативном, или другом порядке, придет к 2025 г. на смену «Протону-М».

В заключении хотелось бы затронуть два общих вопроса:

1. Почему в СНГ нет общего «Космического Агенства»? На первых парах совместно с Казахстаном и Белоруссией. К нему со временем могли примкнуть и другие государства. Многие вопросы, как с использованием Байконура, решались бы легче. Неужели у нас с Белоруссией больше разногласий, чем у Франции с Италией или Испанией, которые объединены в ЕКА?

2. Благодаря исследованию космического пространства стало ясно, что переселение человечества на другие планеты невозможно, пока не будет выведена новая порода Homo sapiens стойкая к воздействию радиации. Придется слушаться экологов и беречь Землю. Но последнее время стремительно возрастает угроза жизни на Земле от применения ядерного оружия. Цивилизованные страны пытаются отодвинут эту угрозу различными соглашениями. От государств с правителями типа Ким Чен Ына, Мугабе или различных аятолл пытаются защититься с помощью ПРО. Однако наибольшая угроза вызвана двумя факторами: с одной стороны рост высоко организованных террористических объединений типа ИГИЛ, Талибан или Аль Каида, а с другой  совершенствование ядерного оружия, которое стало миниатюрным . Для него теперь не нужны мощные ракеты. «Ядерные чемоданы» в руках многочисленных джихадистов трудно контролировать. На эту угрозу человечеству еще в 1997 г. обращал внимание секретарь Совета Безопасности России генерал А.Лебедь. Кардинальный путь решения этой проблемы – всеобщее запрещение ядерного оружия под строгим международным контролем.