ГДЛ - ОКБ
- «Как радостно вспомнить сейчас маленькие
ОРМ, так прочно заложившие основы
советского ракетного двигателестроения.
1965 г. С. П. КОРОЛЕВ
- В 1957 г. весь мир узнал об успешных
полетах запущенной в СССР первой в мире
межконтинентальной ракеты, которая
вскоре вывела на орбиты первые три
спутника Земли. На обеих ступенях этой
ракеты были установлены двигатели
конструкции ГДЛ—ОКБ, работающие на
кислородно-керосиновом топливе.
- Основным показателем совершенства и
эффективности ракетного двигателя
является его удельный импульс (экономичность).
Удельный импульс в пустоте двигателя РД-107
первой ступени ракеты-носителя «Восток»,
применяемой в космических
исследованиях с 1957 г., составляет 314 сек.
при тяге 102 т и давлении в камере
сгорания 60 ата; рулевые двигатели
снижают удельный импульс лишь на 1 сек.
Указанная величина удельного импульса
почти на 30 сек. больше удельного
импульса усовершенствованного
американского двигателя Н-1 того же
класса тяги и работающего на том же
кислородно-керосиновом топливе, с 1966 г.
применяемого на первой ступени ракеты «Сатурн-1Б».
- В специальном послании конгрессу о
важнейших задачах страны от 25 мая 1961 г., в
котором достижение Луны космонавтами до
1970 г. было поставлено как национальная
задача США, президент Д. Кеннеди писал: «Мы
стали свидетелями того, что начало
достижениям в космосе было положено
Советским Союзом благодаря имеющимся у
него мощным ракетным двигателям. Это
обеспечило Советскому Союзу ведущую
роль...».
- Двигатель РД-107 — четырехкамерной
конструкции с двумя рулевыми камерами,
питающимися компонентами топлива от
одного турбонасосного агрегата (ТНА).
Многокамерность позволяет существенно
уменьшать длину двигателя, что приводит
к уменьшению веса ракеты. ТНА имеет два
основных центробежных насоса,
окислителя и горючего, и два приводимых
через мультипликатор оборотов
вспомогательных насоса — для питания
перекисью водорода газогенератора и
жидким азотом системы наддува топливных
баков ракеты. Для газификации жидкого
азота в ТНА предусмотрен трубчатый
теплообменник, обогреваемый
отработанным в турбине парогазом.
Привод турбины осуществляется
продуктами разложения перекиси
водорода твердым катализатором в
газогенераторе. Отработанный в турбине
парогаз выбрасывается через выхлопной
патрубок за борт ракеты, создавая
дополнительную тягу.
- Камеры сгорания — цилиндрические, с
плоской форсуночной головкой. Основные
камеры имеют внутренний диаметр
цилиндрической части 430 мм, диаметр
критического сечения сопла — 166 мм.
Камеры двигателя — паяно-сварной
конструкции. Огневая стенка камеры в
наиболее нагруженных в тепловом
отношении участках изготовлена из
жаропрочной бронзы с фрезерованными
ребрами, скрепленными вершинами с
наружной силовой рубашкой с помощью
высокотемпературной пайки. В менее
нагруженных местах бронзовая огневая
стенка спаяна с рубашкой через
гофрированную проставку,
обеспечивающую каналы для протока
горючего и заменяющую оребрение. Такая
конструкция позволяет создавать камеры
исключительно малого веса при весьма
высоких давлениях и тепловых потоках.
- Двухкомпонентные центробежные
бронзовые форсунки обеспечивают
высокую полноту сгорания топлива.
Охлаждение камер — горючим, проточное,
регенеративное, а также внутренней
завесой, образуемой периферийным рядом
форсунок. Сочетание наружного и
внутреннего охлаждения, использование
бронзовых высокотеплопроводных
внутренних стенок обеспечивает
надежное охлаждение камеры при высокой
температуре сгорания и значительном
давлении газов.
- Качающиеся рулевые камеры служат для
управления полетом ракеты. Пуск,
управление работой и выключение
двигателя производятся автоматически,
по командам с борта ракеты. Зажигание —
пиротехническое, с электрическими
сигнализаторами и блокировкой. Запуск
двигателя осуществляется через
предварительную ступень тяги, в
процессе которой компоненты топлива
подаются в камеры сгорания под
давлением наддува топливных баков
ракеты. Переход двигателя на главную
ступень тяги производится
автоматическим включением в работу
газогенератора. Изменение тяги и
соотношения компонентов топлива в
полете выполняется регуляторами
двигателя по командам систем управления
полетом и опорожнения баков.
- Конструкция двигателя РД-108 второй
ступени ракеты «Восток» аналогична
описанной. Основные отличия — четыре
рулевые камеры, агрегаты автоматики в
связи с другой схемой пуска и останова,
больший ресурс, так как РД-108 запускается
при старте ракеты одновременно с
двигателями первой ступени.
- Двигатели РД-107 и РД-108 разработаны в 1954
— 57 гг. Ракеты-носители с двигателями РД-107,
РД-108 и их модификациями обеспечили
успешные полеты многих искусственных
спутников Земли, Луны и Солнца,
автоматических станций на Луну, Венеру,
Марс и пилотируемых кораблей «Восток», «Восход»
и «Союз».
- С начала космической эры до настоящего
времени, т. е. 17 лет, эти двигатели
надежно выводят на космические орбиты
пилотируемые корабли и автоматические
станции. И еще немало лет им предстоит
нести свою службу.
- В книге отзывов летчиков-космонавтов
СССР о работе двигателей ГДЛ—ОКБ на
кораблях «Восток» можно прочесть:
- «Двигательную установку принято
называть сердцем машины. Очень сложное и
совершенное сердце, созданное
коллективом ОКБ, работало отлично и
вынесло «Восток» 12 апреля 1961 года в
космическое пространство. Как командир
«Востока» сердечно благодарю Вас,
дорогие товарищи, за созданные
совершенные двигатели и оборудование к
ним. Желаю новых больших творческих
успехов. Гагарин».
- «Приношу сердечную благодарность
коллективу ОКБ за безупречную работу
двигателей носителя. Титов».
- «Во время старта и выведения корабля на
орбиту хорошо ощущаешь силу и мощность
ракетных двигателей, созданных Вашим
коллективом. Не зря двигатели называют
сердцем ракеты-носителя. Это очень
правильно. Благодаря Вашему коллективу
наши советские летчики-космонавты
осуществили мечту всего человечества.
Сердечное спасибо Вам за замечательные
двигатели. Николаев».
- «Когда сидишь в космическом корабле и
ощущаешь мощный гул и порыв двигателей
носителя — сердце наполняется радостью
и гордостью за наш великий советский
народ, за Вас, дорогие друзья! От души Вам
большое, космическое спасибо и желаю
всему коллективу ОКБ новых успехов и
замыслов! Попович».
- «Сила природы удерживает человека на
Земле. Но человек, гением своего ума и
труда, сумел оторваться от притяжения
Земли и выйти в космическое
пространство. Это Ваш труд — труд
коллектива ОКБ — создал мощные
двигатели, с помощью которых стартовали
наши замечательные корабли и вывели их
на орбиту. От всей души благодарю
коллектив ОКБ за отличную работу
двигателей носителя и желаю Вам новых
успехов в создании новых мощных
установок. Быковский».
- «Низкий поклон Вам и сердечное спасибо
за отличную работу сердца «Востока-6». От
всей души желаю коллективу ОКБ новых
творческих успехов в создании
замечательных двигательных установок
для будущих кораблей. Терешкова».
- Дальнейшие записи в книге отзывов
летчиков-космонавтов, летавших на
космических кораблях серий «Восход» и «Союз»,
также свидетельствуют о работе
двигателей без замечаний.
- Первым представителем многообразных
ракет-носителей серии «Космос» является
двухступенчатая ракета, выполняющая
космические рейсы с 16 марта 1962 г., а с 14
октября 1969 г. выводящая на орбиты
спутники Земли серии «Интеркосмос».
- На 1 ступени этой ракеты установлен
двигатель РД-214 тягой 74 тонны в пустоте,
первый в СССР мощный серийный двигатель,
работающий на высококипящем
азотнокислотном окислителе и продуктах
переработки керосина в качестве
горючего. Двигатель обладает
наибольшими тягой и удельным импульсом
среди известных двигателей этого класса,
работающих на азотнокислотном
окислителе и углеводородном горючем.
- Двигатель РД-214 — четырехкамерный, с
общим турбонасосным агрегатом,
включающим турбину, центробежные насосы
окислителя и горючего (по одному), а
также насос перекиси водорода для
питания газогенератора. Продукты
каталитического разложения перекиси
водорода в газогенераторе служат для
привода турбины. Отработанный в турбине
парогаз выбрасывается через сопло за
борт ракеты, что создает дополнительную
тягу. Охлаждение камер горючим —
регенеративное, а также внутренней
завесой, образуемой периферийными
форсунками головки камеры сгорания.
Внутренний диаметр камеры сгорания 480 мм,
диаметр критического сечения 176 мм.
Зажигание химическое, пусковым горючим,
самовоспламеняющимся с основным
окислителем; пусковое горючее
заливается в основную магистраль перед
насосом горючего. Запуск производится
без промежуточной ступени.
- Регулирование тяги в полете
достигается изменением расхода
перекиси водорода в газогенератор.
Выключение двигателя через конечную
ступень. Управление вектором тяги
производится с помощью газовых рулей.
Двигатель РД-214 летает с 1957 г. на
прототипе ракеты «Космос» и относится к
ранним разработкам.
- На второй ступени этой ракеты-носителя
установлен двигатель РД-119 тягой 11 т,
работающий на кислородно-диметилгидразиновом
топливе (несимметричный
диметилгидразин), созданный в 1958 — 62 гг.
Двигатель РД-119 обладает наивысшим
удельным импульсом в пустоте (352 сек.) для
кислородных двигателей, использующих
высококипящее горючее. Камера сгорания
этого двигателя титановая, обеспечивает
удельный импульс 358 сек., давление в ней 80
ата.
- Двигатель РД-119 состоит из камеры
сгорания с форсуночной головкой и
профилированным соплом; турбонасосного
агрегата с центробежными насосами
окислителя и горючего (по одному);
однокомпонентного газогенератора,
работающего на основном горючем,
подвергающемся термическому разложению;
комплекса агрегатов автоматики,
включающего регуляторы тяги и
соотношения расходуемых компонентов
топлива; системы рулевых сопел с
газораспределителями; силовой рамы,
несущей вспомогательные агрегаты и
служащей для стыковки двигателя с
ракетой. В конструкции двигателя широко
использован титан и другие современные
конструкционные материалы. Внутренний
диаметр камеры сгорания — 210 мм, диаметр
критического сечения сопла — 93 мм.
Рулевая система двигателя
предназначена для управления и
ориентации второй ступени ракеты
«Космос» в полете. Управление
осуществляется за счет
перераспределения между неподвижными
рулевыми соплами отработанных в турбине
газов.
- Пуск двигателя, управление его работой
и выключение выполняются автоматически,
по командам с борта ракеты. Зажигание
осуществляется пиротехническим
устройством, обеспечивающим надежное,
автематически контролируемое
срабатывание в высотных условиях.
Первоначальный разгон турбины с
насосами производится пирозарядом,
размещенным в газогенераторе. Тяга в
полете регулируется изменением расхода
горючего, питающего газогенератор.
- Около 13 лет работает на ракете-носителе
«Космос» двигатель РД-119, а двигатель РД-214
летает 17 лет, и их эксплуатация
продолжается. Примером дальнейшего
развития двигателей может служить
двухкамерный двигатель РД-219 тягой 90
тонн, на самовоспламеняющемся
азотнокислотно-диметилгидразиновом
топливе; разработан в 1958 — 61 гг. для II
ступени ракеты-носителя. Две одинаковые
камеры этого двигателя питаются одним
ТНА, расположенным между камерами, в
районе критических сечений сопел, для
уменьшения габарита двигателя. ТНА
состоит из газовой турбины и двух
центробежных насосов (для окислителя и
горючего). Питание турбины от
газогенератора, работающего на основных
компонентах топлива. Внутренний диаметр
камеры сгорания 480 мм, а критического
сечения сопла 206 мм. Использование
высокого давления газов в камере
сгорания (75 ата), профилированного сопла
со значительной степенью расширения
газов и эффективной конструкции
форсуночной головки позволило достичь
на долгохранимом, высококипящем топливе
высокого значения удельного импульса (293
сек.).
- Пуск, управление работой и выключение
двигателя выполняются автоматически по
электрическим командам с борта ракеты
на соответствующие элементы автоматики
двигателя. Пуск двигателя
осуществляется без предварительной
ступени тяги путем подачи основных
компонентов топлива в газогенератор из
пусковых бачков (подача вытеснительная).
Поддержание и изменение режима работы (тяги)
двигателя осуществляется
автоматическим регулированием режима
работы газогенератора за счет изменения
расхода подаваемых в него компонентов
топлива.
- Двигатель обладает наибольшей тягой
среди двигателей, работающих на
азотнокислотном окислителе.
- Другим примером дальнейшего развития
двигателей может служить РД-111 с
четырьмя качающимися камерами для
первой ступени ракеты, разработанный в
1959 — 62 гг. на кислородно-керосиновом
топливе. В пустоте тяга двигателя 166 тонн,
удельный импульс 317 сек. (у земли 275 сек.),
при давлении в камере 80 ата. Привод
турбонасосного агрегата — от
газогенератора, работающего на основных
компонентах топлива.
- Еще более высокими показателями по
тяге, удельному импульсу, давлению в
камере сгорания, степени расширения
газа в соплах, удельному весу двигателей,
чем описанные выше конструкции,
обладают ракетные двигатели,
разработанные ГДЛ—ОКБ в последующие
годы.
- Дальнейшее увеличение удельного
импульса двигателей требовало роста
начального давления в камере, что
лимитировалось потерями на привод
турбонасосного агрегата. Для
разработанных нами двигателей с тягой в
диапазоне 11—166 т эти потери в удельном
импульсе составляли лишь 0,8—1,7% при
давлении в камере 75—90 ата, но возрастали
до неприемлемых величин при больших
давлениях.
- В 1947—48 гг. были опубликованы мои
исследования по жидкостным реактивным
двигателям (ЖРД) с приводом турбины
водяным паром от замкнутой системы
испарительного охлаждения камеры
двигателя. В 1947— 51 гг. в ГДЛ—ОКБ
проводилось экспериментальное изучение
этой системы на агрегатах двигателя РД-110
тягой 120 т. Окончательное решение
проблемы было найдено в Советском Союзе
в новой схеме ЖРД, при которой
отработанный в турбине
газогенераторный газ дожигается в
основной камере сгорания при смешении с
недостающим компонентом топлива. Ясно,
что при этом потери на привод
турбонасосного агрегата практически
отсутствуют. В таких двигателях
смешение компонентов топлива при
поступлении в камеру происходит по
схеме газ — жидкость, в отличие от
обычной жидкость — жидкость.
- Первый экспериментальный двигатель,
основанный на этой схеме, был разработан
и испытан в РНИИ в 1958 — 59 гг., а затем в
опытно-конструкторских бюро.
- Достижение в камере сгорания давления
в несколько сотен атмосфер позволило
также создавать двигатели большой тяги
с существенно уменьшенными габаритами.
Для ракеты-носителя «Протон» и других
ракет были созданы двигатели по такой
схеме. Ракеты с этими двигателями летают
уже десятый год.
- Ныне космос бороздят ракеты с
двигателями, обладающими значительно
более высокими характеристиками, и
работа в этом направлении непрерывно
продолжается.
- Значительное давление в камере
сгорания, измеряющееся сотнями атмосфер,
и обеспечение высокой степени полноты
сгорания, а также реализация
равномерного и равновесного истечения
продуктов сгорания из сопел с большой
степенью расширения позволили создать
мощные малогабаритные двигатели с
исключительно высокими
характеристиками.
- При разработке этих двигателей были
использованы новейшие достижения
термодинамики, гидро- и газодинамики,
теплопередачи, теории прочности,
металлургии высокопрочных и
жаростойких материалов, химии, электронной вычислительной
техники, измерительной техники,
вакуумной, электронной и плазменной
технологии. Создание таких двигателей
является одним из основных достижений
ракетно-космической техники СССР.
- Ракета-носитель «Протон» по мощности
втрое превосходит ракету-носитель «Восток».
С ее помощью с 1965 г. на орбиту
искусственного спутника Земли выведены
научные автоматические станции «Протон»,
вес которых достиг 17 тонн. Она же вывела
на космические орбиты корабли «Зонд-4 — 8»
для облета Луны и возвращения на Землю, а
также автоматические станции «Луна-15 —
21», обеспечившие доставку на Землю
лунного грунта и исследование Луны с
помощью луноходов. Полеты
автоматических межпланетных станций «Марс-2»
и «Марс-3», выполнивших посадку на Марс и
выход на орбиту спутника этой планеты, а
также последующих станций этой серии
осуществлены с помощью ракеты-носителя
«Протон».
- Расширение тематики ракетно-космической
техники привело впоследствии к
организации в СССР других ОКБ для
разработки ЖРД, использовавших богатый
опыт и основные конструкторские решения
ГДЛ—ОКБ.
- В 1942 г. ГДЛ—ОКБ навестил главный
конструктор самолетостроительного ОКБ
В.Ф.Болховитинов (1899 — 1970) со своим
сотрудником А.М.Исаевым (1908 — 1971). Имея
годичный опыт работы с ракетным
самолетом БИ-1, А.М.Исаев решил изменить
специальность и посвятить себя
разработке ЖРД. В.Ф.Болховитинов и А.М.Исаев
обратились с просьбой помочь в этом и
она была удовлетворена. А.М.Исаев
получил интересовавшие его методики и
коэффициенты для расчета ЖРД и системы
охлаждения камеры сгорания и
организовал группу по разработке
двигателей. В 1944 г. руководимый А.М.Исаевым
коллектив вырос в ОКБ по разработке ЖРД.
Разработанные ими конструкции
двигателей на высококипящих
компонентах топлива нашли широкое
применение в ракетно-космической
технике.
- В то время как мощные двигатели,
установленные на первых ступенях всех
ракет-носителей и на вторых ступенях
большинства из них, разработаны ГДЛ—ОКБ,
основные двигатели, установленные на
автоматических межпланетных станциях и
пилотируемых космических кораблях,
разработаны А.М.Исаевым в руководимом им
конструкторском бюро.
- ОКБ, руководимое С.А.Косбергом (1903 — 1965),
начало заниматься разработкой
самолетных ЖРД с 1954 г., сначала на
унитарном топливе (изопропилнитрате), ас
1956 г. на двухкомпонентном (жидкий
кислород с керосином и др.). С 1958 г. этим
коллективом разрабатываются двигатели
для верхних ступеней многих ракет-носителей.
Были созданы и другие двигательные ОКБ.
- Расширялось и ГДЛ—ОКБ. Развитие ее
тематики и организация серийного
производства разработанных двигателей
на многих заводах потребовали создания
ряда филиалов ГДЛ—ОКБ. Несколько из них
отпраздновали свое 15-летие. Кроме того,
двигательные ОКБ организованы на базе
групп специалистов, выделенных из
нашего ОКБ.
- В 1971 г. исполнилось 50 лет со дня
организации первой в Советском Союзе
научно-исследовательской и опытно-конструкторской
организации по разработке ракет —
Газодинамической лаборатории.
- За 13-летний период своей деятельности
(1921 — 33) ГДЛ внесла основополагающий
вклад в развитие отечественного
ракетостроения и послужила основным
фундаментом для создания первого в мире
научно-исследовательского института по
ракетной технике.
- Исполнилось 45 лет, как в составе ГДЛ
было организовано подразделение по
разработке электрических и жидкостных
ракетных двигателей и ракет (1929 — 33),
которое прошло длительный и сложный
путь развития через подразделение РНИИ
(1934 — 38) к самостоятельной группе (1939 —
40), с 1941 г. выросшей в Опытно-конструкторское
бюро (ОКБ). Творческий путь развития этой
организации от ГДЛ до ОКБ, называемой
ГДЛ—ОКБ, освещался в печати в 1969 г. в
связи с ее 40-летием.
- В ГДЛ были заложены основы
отечественного ракетного
двигателестроения. Из стен ГДЛ вышли
основные кадры, вырастившие творческий
коллектив дважды орденоносного Опытно-конструкторского
бюро ГДЛ—ОКБ, которым созданы мощные
жидкостные ракетные двигатели для всех
советских ракет-носителей, летавших до
настоящего времени в космос, и для
многих дальних боевых ракет,
обеспечивающих могущество Ракетных
войск Советского Союза.
- В течение 45-летней деятельности нашей
опытно-конструкторской организации
неоднократно приходилось менять
наименование, подчиненность,
местонахождение, но при этом были
сохранены тематика ракетного
двигателестроения и основное
руководство. Прошло немало времени,
многие сотрудники ОКБ скончались, ушли
на пенсию или изменили место работы, но
до сих пор в ОКБ работают несколько
сотрудников, начинавших работу в
двадцатых-тридцатых годах.
- На стенах исторических зданий Главного
Адмиралтейства и Иоанновского равелина
Петропавловской крепости, украшающих
город Ленина, там, где некогда
подразделение ГДЛ разрабатывало ракеты
и ракетные двигатели, установлены
выполненные в мраморе и бронзе
мемориальные доски, текст которых
радует сердца всех, кому дорога история
становления отечественного
ракетостроения.
- Иоанновский равелин заложен в 1731 г.
повелением императрицы Анны Иоанновны и
назван в память ее отца. Спустя два века
гром работавших в этом равелине
ракетных двигателей напоминал русским
монархам, почившим в усыпальнице
Петропавловского собора, что
революционная техническая идея,
зародившаяся полвека назад, нашла
наконец свое воплощение в жизни — нашла
вопреки стараниям царей, под спудом
державших откровения Кибальчича и
Циолковского.
- Учитывая основополагающий вклад ГДЛ—ОКБ
в развитие отечественного ракетного
двигателестроения, вновь открытому
коллективному образованию на обратной
стороне Луны — кратерной цепочке
протяженностью 1100 км Комиссией Академии
наук СССР присвоено наименование ГДЛ, а
решением Международного
астрономического союза ряд лунных
кратеров назван именами сотрудников ГДЛ—ОКБ:
Малый, Петров, Чернышев, Жирицкий,
Артамонов, Гаврилов, Фирсов, Алехин,
Грачев, Мезенцев.
- Коллектив ГДЛ—ОКБ, выполняя решение XXIV
съезда КПСС по дальнейшему развитию
космонавтики, полон энергии и
стремления довести до успешного
завершения ведущиеся им работы по
созданию еще более совершенных и мощных
ракетных двигателей, использующих
наиболее эффективные источники энергии.
Далее...
-
-