Прорыв СССР перехваченный Западом - Ракетный двигатель закрытого цикла

Превосходство советской инженерной школы было настолько подавляющим, что США официально признали его, начали закупать готовые двигатели десятками и не могли повторить технологию более 30 лет.

Речь идёт о двигателях с дожигом генераторного газа — схеме, которую на Западе называют staged combustion cycle. Это та самая технология, которая позволила советским ракетным двигателям, на протяжении десятилетий, достигать характеристики, недостижимые для западных аналогов.

Гениальность идеи
В обычной ракете часть топлива сжигается просто для того, чтобы раскрутить турбину насоса, который качает основное топливо в камеру сгорания. В обычных (открытых) двигателях этот «отработанный» газ просто выбрасывается. Это потеря энергии — и значительная.
Советское решение — направить этот горячий газ обратно в основную камеру сгорания.
Проблема – непостижимо сложная! Газ движется с огромным давлением и температурой, он мгновенно разрушает полости, в которых циркулирует. Прорыв состоял в том, что советские инженеры создали уникальные жаропрочные сплавы, которые не разрушались сверхагрессивной средой. Западные учёные долгое время отклоняли вероятность таких разработок.

Первопроходцы: РД-253 и НК-33
Советский Союз начал разработку двигателей закрытого цикла раньше всех в мире. В 1959 году Николай Кузнецов начал работу над двигателем закрытого цикла НК-9 для орбитальной МБР Королёва ГР-1. Позже эта конструкция эволюционировала в НК-15 и НК-33 для лунной ракеты Н-1.

Параллельно в ОКБ Глушко в 1961 году началась разработка РД-253 — первого в истории некриогенного жидкостного ракетного двигателя, использующего схему закрытого цикла. Он был установлен на первой ступени ракеты-носителя «Протон», первый запуск которой состоялся в 1965 году.

Это были не просто двигатели — это были технологические прорывы, опередившие своё время на десятилетия.

Драма НК-33: из металлолома — на Луну (американскую)
Двигатель НК-33 создавался Николаем Кузнецовым для «лунной» ракеты Н-1. Это был кислородно-керосиновый двигатель закрытого цикла с уникальными характеристиками: отношение тяги к весу было запредельным даже для конца XX века.
Когда лунную программу закрыли в 1974 году, Министерство обороны СССР отдало приказ уничтожить все двигатели. Кузнецов ослушался: рискуя карьерой, он законсервировал двигатели и спрятал их на складах в Самаре.

1990-е годы: американцы приехали в Самару и увидели эти двигатели, они не поверили своим глазам. Характеристики НК-33 были настолько выдающимися, что Aerojet скупила их по $1 млн за штуку. Всего в США попало несколько десятков законсервированных НК-33.

Американцы переименовали их в AJ-26 и успешно использовали для запусков ракеты Antares к МКС.
В 2011 году в Самарской области прошли испытания НК-33, который не работал 40 лет. Двигатель отработал штатно. Главный конструктор ОАО «Кузнецов» Валерий Данильченко сказал тогда: «Двигатель не работал 40 лет. То, что мы его запустили, и он идёт на три ресурса — это беспрецедентно».
РД-170 и РД-180: сердце американских «Атласов»
РД-170 — самый мощный жидкостный ракетный двигатель из когда-либо построенных, даже мощнее знаменитого американского F-1. Четырёхкамерный двигатель закрытого цикла на кислороде и керосине. Разработка началась в 1976 году, первый полёт состоялся на ракете «Энергия» 15 мая 1987 года.
На его основе в середине 1990-х годов был создан РД-180 - двухкамерный двигатель закрытого цикла.
США их покупали, потому что создать свой двигатель с таким же удельным импульсом и надёжностью у них не получалось десятилетиями.
В 1997 году Россия и США заключили контракт на поставку 101 двигателя РД-180 на сумму около $1 млрд. Всего в США было поставлено 119 двигателей, выполнено 89 полётов на ракетах Atlas.
РД-180 выводил в космос самые секретные военные спутники Пентагона и миссии к Марсу:
New Horizons к Плутону (2006)
Mars Reconnaissance Orbiter (2005)
Mars Science Laboratory (2011)
Juno к Юпитеру (2011)
Solar Dynamics Observatory (2010)
Илон Маск назвал российские ракетные двигатели «великолепными». Но он же был среди тех, кто выступал против закупок РД-180.
Почему СССР не смог развить успех?
Несмотря на мировое лидерство, СССР и Россия проиграли в экономике и массовости.
Отсутствие многоразовости.
Советские двигатели были шедеврами, но они были одноразовыми. Илон Маск взял идею закрытого цикла (его двигатель Raptor работает на метане по схеме «полного потока»), но сделал его многоразовым и дешёвым в производстве.
Зависимость от старых кадров.
Технология производства РД-180 и НК-33 держалась на уникальных мастерах и заводах. Когда в 1990-е и 2000-е цепочки начали рушиться, восстановить производство таких сложных сплавов стало огромной проблемой.
Потеря рынка.
В 2014 году Конгресс США ввёл запрет на использование РД-180, хотя позже он был отменён. Россия прекратила поставки двигателей в США. «Энергомаш» потерял ключевого заказчика.
Западный ренессанс: Raptor и BE-4
Сегодня эра доминирования РД-180 уходит. Запад наконец-то освоил закрытый цикл и довёл его до серийного производства.
Raptor (SpaceX) - первый двигатель полного цикла газогенерации, доведённый до лётного использования. Работает на жидких метане и кислороде, развивает давление в камере сгорания, превышающее рекорд РД-180. Сам Маск признавался, что изучал российские разработки при создании Raptor.
BE-4 (Blue Origin) - двигатель закрытого цикла на метане и кислороде, разрабатываемый с 2011 года. Поставляется компании ULA для использования на ракете Vulcan.
Итог: от подавляющего доминирования к отставанию
1. СССР создал технологию
2. СССР довёл её до серийного производства
3. Запад признал превосходство
Но Россия проиграла в экономике - не создала многоразовых двигателей, не смогла удержать рынок, потеряла уникальные кадры и технологии.
Сегодня Россия продолжает эксплуатировать советское наследие, медленно теряя рынок коммерческих запусков. За 35 лет после распада СССР не был создан принципиально новый двигатель, который бы превзошёл разработки Глушкова и Кузнецова. Американские компании — SpaceX и Blue Origin — наконец-то освоили закрытый цикл, сделали его многоразовым и дешёвым.
СССР когда-то выиграл в технологиях. Но проиграл в системе, которая не смогла превратить технологическое превосходство в устойчивое лидерство. И сегодня, когда Илон Маск запускает Starship на Raptor, а Россия ищет западные станки для производства своих же двигателей — это горькое напоминание о том, как великая инженерная школа была предана забвению вместе со страной, которая её породила.
* * *