Защо руснаците все още използват старите си двигатели за ракети, а американците - не?

Алекс Пенов Последна промяна на 16 юли 2024 в 00:00 5812 0

Двигател

Кредит YouTube

Американски двигател F-1

Защо американският двигател за надпреварата до Луната F-1, който бе най-мощният двигател за епохата си, бе изоставен след мисиите до Луната, докато много по-слабият съветски "лунен двигател" все още задвижва техните ракети в космоса?

Този въпрос е един от ключовите за създаването на "лунните конспирации", но и у много други хора той предизвиква разумно недоумение. F-1 е в пъти по-можен от другите двигатели от своята епоха. Например основният двигател на съветската лунна програма, легендарният НК-33, има тяга на морското равнище от едва 1,51 меганютона (154 тон-сила) - а F-1 има 6,77 меганютона (670 тон-сила). Разлика от четири и половина пъти.

И все пак, двигателите НК-33 от епохата на космическата надпревара все още изпращат руски ракети в космоса – дори през 2020 г. И това не са нови двигатели по стари чертежи, а точно тези, които са били създадени за полетите до Луната и случайно са се "натрупали" в архивите оттогава. Надеждността им е толкова голяма, че Роскосмос спокойно ги използва въпреки повече от половинвековната им възраст. А къде е F-1, който бе много по-мощен и така зрелищно спечели космическата надпревара срещу НК-33?

За да стане ясно защо това е така, трябва да се разгледа начина на работа на ракетния двигател. Важно е да се разбере значението на думите "специфична тяга". Специфичната тяга на ракетен двигател е броят секунди, в които той може да поддържа тяга от 1 килограм, докато изразходва 1 килограм гориво.

Това е изключително важен показател, защото самите двигатели не тежат толкова много, но горивото представлява повече от 90 % от масата на ракетата. Ако нещо е с 10 % по-икономично, при равни други условия то ще може да изстреля в космоса буквално десетки проценти повече полезен товар, отколкото нещо, което не е толкова икономично.

Специфичният импулс на F-1 на морското равнище е 263 секунди. Тъй като F-1 е двигателят на първата, най-масивна степен на лунната ракета "Сатурн-5", е важен специфичният импулс на морското равнище.

Но тази стойност сама по себе си не ни казва нищо. Дали тя е много или малко? Нека я сравним със съветския "лунен двигател" НК-33, монтиран на ракетата Н-1 след четвъртия ѝ екземпляр. При него специфичният импулс на морското равнище е 297 секунди.

В общи линии това е всичко – случаят е приключен. Няма еволюция на най-якия двигател от лунната ера, прословутия F-1, по простата причина, че е неефективен по отношение на горивото. И то не само на морското равнище, но и във вакуум, където има специфичен импулс от 304 секунди, докато НК-33 има специфичен импулс от 331 секунди. Ясно е, че F-1 изразходва някъде около една десета от процента повече гориво, за да произведе същата тяга, и това би било сериозен недостатък за ракетите с този двигател.

Но тук изниква въпросът – как тогава спечели надпреварата за Луната? И защо САЩ избраха такъв неефективен двигател за най-важната си ракета?

Причината за неефективността на F-1 е, че Щатите бързаха да стигнат до Луната. Ето защо за първата степен на ракетата те избират двигател, който вече е изработен, а не по-ефективен двигател, който тепърва трябва да се проектира и конструира, като съветския НК-33. По-малко полезен товар? Нищо, ще сложат още един двигател и ще преодолеят неефективността чрез количествено увеличение.

Факт е, че "Rocketdyne" разработва F-1 първоначално за междуконтиненталните балистични ракети на ВВС на САЩ, които са конструирани да носят много мощен термоядрен заряд. Първите термоядрени боеприпаси са били фантастично неефективни (много масивни за единица мощност), така че такава ракета се е нуждаела от супермнощен двигател.

През март 1959 г., когато започват първите изпитания на F-1, разработчиците на термоядрени боеприпаси драстично намаляват теглото им, така че военните вече не се нуждаят от супермощен двигател. Тогава се появява НАСА, които "си присвояват" проекта от военните и решават да го използват за лунната програма.

Разбира се, американските конструктори на двигатели са били наясно, че F-1, макар и много голям, е доста примитивен. Но не и когато го проектират в средата на 50-те години на миналия век, когато проектирането на ракетните двигатели с течно гориво е все още в зародиш.

Инженерите на "Rocketdyne" отлично разбират, че причината за ниската ефективност е ниското налягане в горивната камера (не по-високо от 70 атмосфери, в сравнение със 147 атмосфери в същия НК-33). Важен е и фактът, че F-1 работи на отворен цикъл. Те също така са наясно, че тестовете на F-1 са много проблематични. Едва към 1965 г. F-1 започва да работи стабилно – след като са изпробвани цели 1338 огневи тестове на горивната камера и цели 108 варианта на дюзови глави. Подобни трудности се дължали на самия размер на горивната камера: те създавали нестабилност, която по някакъв начин е трябвало да бъде преодоляна.

Тоест причините за уникалността на F-1 и фактът, че той все още е най-мощният еднокамерен двигател в човешката история, се дължат именно на това, че големият еднокамерен двигател е сложно решение, което изисква огромно количество време и пари за отстраняване на грешките. За разработването му САЩ са похарчили четири милиарда долара в онези години, което е 20 пъти по-скъпо, отколкото днес. Похарчените рубли на СССР за цялата лунна програма са приблизително толкова. Съветските конструктори на двигатели избягват големите горивни камери и дори когато създават двигатели, по-мощни от F-1, разделят горивните им камери на четири части. Ако американците бяха започнали да променят каквото и да било с херметизацията на F-1, нямаше да имат време да завършат първи своя двигател и своята ракета.

Затова не е изненадващо, че краят на лунната програма е и краят на F-1. Неговата неефективност по отношение на горивото, приемлива в ужасното бързане на програмата "Аполо", просто вече не е била необходима след нейното завършване.

Източник: Почему американский двигатель для лунной гонки F-1, который был самым крутым в свою эпоху, забросили после полетов на Луну, а намного более слабый советский «лунный двигатель» до сих пор выводит наши ракеты в космос?, Александр Березин, Naked Science 

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !