Испытания двигателя на базе SSME, фото NASA
Перезапуск производства для SLS
От шаттлов осталось шестнадцать двигателей SSME. Этого хватит на четыре полета сверхтяжелой ракеты SLS (на второй ступени стоят четыре двигателя), но для последующих пусков потребуются новые. Поэтому еще в 2015 году Aerojet Rocketdyne получила контракт на возобновление производства. Параллельно тогда же начались проверки адаптированных под новую ракету двигателей со склада. А с конца 2017 года приступили к испытаниям модификаций для новых двигателей.
Главным отличием новых RS-25 будет увеличенная тяга. В конце эксплуатации шаттлов двигатели работали на 104,5% исходной тяги. Для адаптированных двигателей со склада ее уже увеличили до 109%, и если в 2017 году планировали добавить 2 процента, то уже в феврале этого года тестовый двигатель «разогнали» до 113% исходной тяги. Кроме этого, на RS-25 поэтапно внедряются новые детали.
На этапе 1А на двигатель установили новый демпфер пого-колебаний, произведенный методом селективного лазерного спекания на 3D-принтере. Печатать деталь сложной формы будет дешевле, чем изготавливать использовавшимися ранее методами.
Этап 1B, как ожидается, начнется 4 августа, и на нем проверят 9 новых деталей, среди которых новая камера сгорания, изготовленная методом горячего изостатического прессования, и более дешевая теплоизоляция насоса топлива высокого давления.
Новая изоляция — серебряное покрытие слева. Фото NASA
Главным изменением этапа 2 будут простые гофрированные трубопроводы вместо сложных гибких соединений. В отличие от шаттла, двигатели SLS будут меньше поворачиваться в полете, что позволяет упростить конструкцию.
А на этапе 3 сопло, которое раньше изготавливалось из 37 деталей, заменят на новое, собирающееся из всего четырех.
Изготовление нового сопла, фото NASA
В итоге кроме увеличения тяги двигатель должен заметно подешеветь, потому что новые компоненты, как ожидается, будут стоить на 20-60% меньше.
Экономия на новых деталях, иллюстрация NASA
По условиям заключенного контракта шесть новых двигателей должны быть переданы NASA в июле 2024 года.
Подтверждение многоразовости для XSP
Экспериментальный космоплан XSP (или еще недавно XS-1) — это проект DARPA по созданию ракеты-носителя с крылатой многоразовой первой ступенью.
В качестве двигателя крылатой ступени выбрали один SSME. Под названием AR-22 двигатель, в отличие от первого проекта, использует уже хранящиеся на складе детали и дефорсирован с 104,5% до исходных 100% тяги, которая была в 70-х. Зато здесь двигатель успешно показал пригодность к повторному пуску через сутки — в начале июля завершилась серия испытаний с 10 пусками двигателя за 10 дней. Именно быстрота повторного использования является одной из «киллер-фич» проекта.
Конечно же, такая скорость межполетной подготовки породила новые проблемы, например, пришлось искать способы быстро просушить двигатель. Но с ними справились, и среднее время межполетной подготовки составило 18,5 часов, а лучшее — 17 часов.
Заключение
Использование удачных конструкций прошлых проектов — логичная вещь, но сейчас, с модой на многоразовость, забавно смотреть, как из многоразового двигателя шаттла делают одноразовый для SLS. И если задуматься, тут скрыта любопытная история. Те компоненты шаттла, которые могли служить десятки полетов, устарели. В начале нулевых NASA пришлось искать по чуть ли не помойкам процессоры 8086. А двигатели постоянно перебирались и заменялись — за 135 полетов шаттлов на них отработали 46 SSME (еще один был изготовлен, но не летал ни разу). В среднем один двигатель служил 8,8 полетов, и при производстве новых двигателей в них закладывали модификации, улучшающие их характеристики.
История обновлений двигателя, схема NASA
В результате двигатель пережил свою ракету, и сейчас его может ждать еще долгая жизнь в других проектах.
Комментарии (53)
zerg59
06.08.2018 10:28+2например, пришлось искать способы быстро просушить двигатель.
Сразу вспомнил Интерстеллар (взлёт с планеты вблизи чёрной дыры)
teecat
06.08.2018 11:24просушить двигатель
Имеется в виду очистка внутренностей с последующей сушкой? Тоесть проливка и просушка?pnetmon
06.08.2018 16:20Тут в оригиналах есть чуть подробнее http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/messages/forum13/topic13935/message1784335/#message1784335
lozga Автор
06.08.2018 19:00Просто сушка. По словам менеджера Aerojet Джефа Хайнса (Jeff Haynes) после теста в двигателе остается много влаги, которую надо высушить перед новым огневым испытанием.
teecat
07.08.2018 10:27С программой космического челнока эта влажность также была проблемой, но высыхание должно было происходить только через несколько недель или месяцев. «Мы должны показать, что мы можем сделать это примерно через восемь часов, может быть, шесть часов».
То есть получается, что даже изначально Шатл не был расчитан для полетов с минимальными промежутками?Lexxnech
07.08.2018 11:48Шаттлы должны были летать не менее 28 раз в год, что бы быть экономически эффективными. Так как Шаттлов было 4 (одновременно 4, Индевор построили на замену Челленджеру), это давало от 7 полетов в год. Для этого требовалось обеспечить 52 дня между
полетамистартами, что давало более месяца (в зависимости от длительности полета) на межполетное обслуживание. Причем на такой уровень почти удалось выйти — Атлантис слетал дважды за 54 дня. Но это было скорее «дотянулись в прыжке» а не «вышли на штатную скорость работы » и достигнуто было в авральном режиме. А через два месяца произошла катастрофа Челленждера, похоронив надежду на высокую частоту полетов.pnetmon
07.08.2018 12:41Откуда у вас о 28 полетах в год для выхода на экономическую эффективность?
Mike_soft
07.08.2018 12:54да сами буржуи нечто такое считали, еще на этапе ТЭО. там натяжек море, конечно, но хоть что-то.
Lexxnech
07.08.2018 13:44Ну вот тут, к примеру, приведена таблица с анализом, причем сам анализ еще от 69 года.
https://history.nasa.gov/SP-4221/ch6.htm.
Если что, сравнение идет только с Титаном потому, что тогда кроме него из ракет сравнимой грузоподъемности в США были только Сатурны 1B и V, которые стоили еще дороже, а новые конкуренты по грузоподъемности (из доступных на международном рынке) появились только в девяностые.pnetmon
07.08.2018 16:42Это 1969 года анализ Бюджетного Бюро даже до принятия той системы шаттла что приняли. Сравнение с Титаном 3, который не решал те задачи что решал шаттл.
Это как говорить о эффективности РН Союз-5 по документам 2015 года
teecat
07.08.2018 12:22Все же интересно, где могла быть быть вода опасной для запуска. Из того, что придумывается — отсечные клапана и форсунки могут замерзнуть. Уплотнения на ТНА. Все пожалуй.
Я почему задумался — не помню на схемах наших ЖРД, чтобы какие были приспособления для прогрева/продува после заморозки (а при резком охлаждении воздуха лед на металле выпадет стопудово)Mike_soft
07.08.2018 12:24а зачем прогрев? если двигатель захолаживается сухим азотом — то все, что внутри — сухое, а влага снаружи некритична
teecat
07.08.2018 12:29Вот и я не понимаю в чем им так критична влага внутри. Просто рассуждаю
Mike_soft
07.08.2018 12:31влага внутри — это примерзание тарелок клапанов, например.
teecat
07.08.2018 12:40Уплотнения ТНА критичнее пожалуй. Если при прокручивании лед начнет гонять по лабиринтным уплотнениям — чревато.
Mike_soft
07.08.2018 12:53это зависит от количества льда. имхо, лед в лабиринтах растает достаточно быстро. а вот тонкая ледяная пленка, хорошо адгезированная к металлу, на больших площадях подогнанных поверхностей — может потребовать больших усилий на отрыв (по крайней мере, значительно бОльше предусмотреных)
но это все-таки нужно у двигателистов уточнять.
pnetmon
06.08.2018 11:41От шаттлов осталось шестнадцать двигателей SSME. Этого хватит на четыре полета сверхтяжелой ракеты SLS (на второй ступени стоят четыре двигателя),
Эти двигатели стоят на первой ступени. А если они стоят на второй — то что за супер двигатели стоят на первой?
Mike_soft
06.08.2018 13:10первой ступенью в данном случае считаются стартовые ускорители (бустеры). твердотопливные.
pnetmon
06.08.2018 14:02Кем? В американской практике это первая ступень, центральный блок. И SLS пока двухступенчатая РН. В российской тоже.
Mike_soft
06.08.2018 14:09в американской практике «боковушки» Союза (блоки Б, В, Г, Д) считаются «бустерами», у нас — первой ступенью. аналогично у Энергии блоки А считались первой ступенью, а у американцев у шаттла — бустерами. тут вопрос больше терминологии, чем сути
Lexxnech
07.08.2018 11:55Эх, терминология. Если учесть, что боковушки Шаттла это бустеры а не ступень, полезная нагрузка (в нашем случае сам орбитер) ступенью не считается, даже если имеет двигатели (скиф-дм не считался же верхней ступенью Энергии, к примеру), а внешний бак это половинка ступени, то можно зажмурится и объявить что Шаттл превзошел любые мечты о SSTO, обеспечив аж полуступенчатый выход на орбиту.
Mike_soft
07.08.2018 12:00ну тогда нужно считать, что сама Энергия на орбиту ничего вывести не могла (у нее орбита была с отрицательным перигеем), или считать ее трехступенчатой…
pda0
06.08.2018 15:08Те компоненты шаттла, которые могли служить десятки полетов, устарели. В начале нулевых NASA пришлось искать по чуть ли не помойкам процессоры 8086.
Строго говоря, насколько я помню, 8086 использовался не в шаттле, а в какой-то из наземных систем, заправочной, кажется. Да и не чуть ли с помоек, а партии «в масле», т.к. не распакованные неиспользованные оригинальные коробки. Я точно помню, они просили не обращаться с предложениями в стиле «ради вас распаяю свой старый Поиск».lozga Автор
06.08.2018 19:02По ссылке в посте утверждается, что представители NASA рассказывали о покупке старого медицинского оборудования.
Krapivnik
06.08.2018 19:02В отличие от шаттла, двигатели SLS будут меньше поворачиваться в полете, что позволяет упростить конструкцию.
Нет ли здесь неточности в переводе?lozga Автор
06.08.2018 19:05Нет, все верно. Для управления полетом ракеты двигатели поворачиваются, меняя направление тяги. Из-за этого приходится ставить на двигатель сильфоны и прочие гибкие герметичные трубопроводы.
Mike_soft
Эх, еще бы чуть-чуть экономической информации: цена двигателя, цена межполетного обслуживания двигателя — чтоб понять, стоила ли овчинка выделки… (я имею ввиду именно спасение двигателей. потому как таскать на орбиту сам планер на мой взгляд дороговато).
BlackMokona
С форума инфа
"Merlin 1D: some fraction of $1M, SpaceX internal cost. See: https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=42923.0
RD-180: about $23 or $24M (used to be $10 million ~2005ish)
RS-25: around $50M
RL-10: around $25M
BE-4: $16M per pair or $8M each (that's the estimated ULA purchase price, Blue can build them internally for less)
RS-68: $10 to $20M each (old info ca. 2006) https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=2623.0"
Mike_soft
т.е. получается, что при стоимости межполетного обслуживания на уровне половины стоимости двигателя — на 3-4-й полет уже проявляется некий смысл многоразовости. (ч понимаю, что нужно считать болььшее количество факторов, но плюс-минус)
BlackMokona
В теории во втором полёте ты уже экономишь 50%. Чтобы понять на каком полёте идёт экономия, нужно чётко понять сколько бы стоил такой же одноразовый двигатель, и можно ли было запихнуть что-то под макс ПН.
Тот же Протон активно летает со спутниками и поменьше чем выводил Фалькон-9 в многоразе. Т.е часто складывается ситуация когда потери ПН на возврат можно списать на 100%.
Ну, а цена многораза похоже очень низка. Так как RD-180 всю свою жизнь летает в одноразовых РН при этом являясь многоразовым двигателем. Если бы разница была бы большой, сделали бы одноразовый вариант двигателя.
BugM
Сейчас все двигатели де факто двухразовые как минимум. Их все гоняют на заводе перед установкой на ракету.
Одноразовый двигатель один раз сделали. Первые версии НК-33 были такими.
Именно совсем одноразовыми. Двигатель никак нельзя было включить второй раз. Запустили, отработал и на помойку.
В итоге оказалось что брак в таком режиме выявлять невозможно. Тест каждого 6 двигателя из одной партии оказался не показательным. В итоге двигатели взрывались вместе с ракетой. Пришлось доработать до двухразовости (как минимум) и испытывать как и все остальные.
axe_chita
Де факто да, большинство современных двигателей многоразовые, в отличии от ракетных двигателей прошлого.
в начале ракетной эры РД тестировались партиями, на примере Н1 это выглядело так: приходила партия из 4-6 РД НК-15, один случайно выбранный РД прожигался полностью, и в случае успеха, вся партия считалась заведомо исправной).
К сожалению в случае с Н1 это было ошибкой, Изза отказов двигателей и КОРД были утеряны четыре РН.
По результатам ЛКИ Н1 ОКБ Кузнецова разработало НК33который тестировался поголовно, т.е. каждый двигатель. 1-ое огневое испытание проводилось на заводе изготовителе, 2-ое при приемке заказчиком, 3-е в составе изделия. более того РД не должен был перебираться.
Более подробно читайте у Б.Е.Чертока «Люди и ракеты»
Mike_soft
такой двигатель был только один — НК-15 — все остальные двигатели проходили огневые технические испытания («прожиг») до запуска.
да, кстати, у НК15 из партии в 6 штук прожигали 2. называлось «система Конрид». расшифровки или объяснения, почему так — я не нашел. Ни у Чертока (кстати, он говорил о том, что после аварий собирались ужесточить испытания — считать партией 8 двигателей, и прожигать половину), ни в других мемуарах.
black_semargl
На самом деле подобная система проверки даже повышала вероятность отказа — после прожига мы убираем из партии два исправных движка, вероятность того что неисправен один из оставшихся — в полтора раза выше.
Mike_soft
это если мы точно знаем, что в партии есть неисправный.
black_semargl
Неисправные есть, иначе бы тестировать не надо было.
И вероятность при таком тестировании что они попадут на ракету в полтора раза выше (или в полтора в квадрате? не помню я эту математику) чем если бы ставили не проверяя.
Mike_soft
не факт. при указанной системе тестирования для 30 двигателей нужно было протестировать 8 партий, т.е. удачно «прожечь» 16 двигателей, чтоб получить 32. по вашей логике в оставшихся после удачного прожига двигателях партии должен быть брак. следовательно, при каждом пуске мы должны были наблюдать 7-8 отказавших двигателей…
black_semargl
Нет — есть некая вероятность того, что двигатель неисправен. Скорей всего — в некоторых партиях все двигатели исправны, в некоторых неисправен один — статистику по прожигу не помню чтобы публиковали.
Но после тестов — процент неисправных двигателей в полтора раза выше.
И две из четырёх аварий — именно по причине плохих движков.
Mike_soft
т.е. надо было ставить на ракетту движки из тез партий, в которых отобранные двигатели не прошли испытаний? :-) по вашей логике, раз в партии мы выявили неисправный двигатель, значит остальные заведомо исправны…
безусловно. но п овашей логике неисправных должно быть 7-8, а отказывал 1-2axe_chita
Проблема была в КОРДе, чтобы соблюсти устойчивость Н1 КОРД выключал неисправный двигатель, и противоположный исправный, форсируя оставшиеся. Второй запуск Н1 именно изза этого разрушил стартовый стол, что отключились двигатели Н1 при запуске.
Будь проверка полной, Н1 полетела быстрее
Mike_soft
проблема была совершенно не в КОРДе. (хотя, конечно, вина КОРДа при первом пуске очевидна, а авария на втором пуске с КОРДом не сязана — там был взрыв двигателя №8, и пожар).
вопрос к прежыдущему оратору был в том, что если — по его мнению — в партии обязательно был хотя бы один неисправный двигатель, то при пуске аварию терпели бы минимум 7 двигателей. а по факту — по одному.
axe_chita
На самом деле было все гораздо хуже, у всех других двигателей (первых ступеней), что у Глушко, что у Макеева, было три состояния: до старта (нулевая тяга), после старта (максимальная тяга), отсечка (двигатель заглушен, и не может быть запущен заново). На верхних ступенях использовались двигатели способные к повторному старту несколько раз.
И если, наверное надо сказать весьма вероятно, Королеву бы дали создать семейство РН Н(Наука) как он бы планировал от Н111 (класса Р7), до средней Н11 (класс Протон), и до оригинальной Н1 с полезной нагрузкой на НОО в 75тонн, то НК-15 бы полетели.Но в целях оптимизации сначала порезали н111 и н11, а потом форсировали еще не летавшие движки чтоб вывести 95 тонн. Что и привело к печальному итогу.
А про многоразовость двигателя Черток писал в 4-ой книге «Люди и Ракеты», на примере двигателя F1 Сатурна-5, который фактически был многоразовым, позволял выполнять несколько включений без перебора.
Mike_soft
во-первых, Макеев двигателями не занимался — тогда уж у Исаева.
во-вторых, двигатели дросселируются. прямо в полете. снижают тягу. в том числе и перед отсечкой.
в третьих, они на режим выходят не сразу — например, РД-253 набирает сначала 40% тяги, держит такую тягу 2 секунды, и лишь потом выводится на 100%
в четвертых, двигатели РД-107, РД-108, РД-170 — до установки на РН проходили ОТИ, и без переборки устанавливались на РН. (про все гидразинки не скажу, но вроде как раз РД268 перед установкой на УР-100 тоже проходили ОТИ, только не на полной тяге и не на весь ресурс). А БлокиА еще и проходили ОТИ в составе пакета (правда это было позже).
Mike_soft
вы все-таки не путайте количество включений с количеством ресурсов (полетных циклов). даже в одноразовом варианте РД-170 должен был обеспечить не менее 9 ресурсов, и не менее 5 включений (это было условием, что он с требуемой вероятностью выдержит два включения — технологическое огневое испытание, и рабочее, и что выдержит цикл ОТИ и полетный цикл без разрушений ).
Mike_soft
не, 50% на втором разе не получится — есть стоимость обслуживания, сам двигатель дороже.
РД-180, насколько знаю, на многразовость не сертифицировался (может, просто потому, что не предназначался), а вот его прародитель — РД-170 — предназначался. насколько помню, он должен был быть доведен до 27 ресурсов, что давало гарантировано 5 полетов при требуемом уровне надежности (вроде 99.97).
насколько дёшев РД-180? по табличке получается, что не очень. но если допустить, что его можно использовать максимум пятикратно, то получается на одном уровне с SSME,
Nordosten
Стоимость сама по себе не является показателем — тяга у каждого двигателя разная.
Вот пересчет стоимости одной тонны-силы (тс)
Merlin $11,834
BE-4 $33,333
RD-180 $60,052
RS-25 $268,817
RL-10 $2,272,727
Мерлин эффективнее в экономическом плане. Даже Безос в 3 раза проигрывает.
Mike_soft
и тяга — тоже не единственный показатель. нужно еще и УИ смотреть.