Как в США пытаются копировать российские ракетные двигатели

Эта советская ракета под названием Н-1 должна была в августе 1974 года запустить к Луне орбитальный корабль и посадочный модуль, чтобы они облетели вокруг нашего естественного спутника и вернулись назад. Разумеется, без экипажа. Таков был первый этап лунной программы СССР. Дальше нужно было снова запустить Н-1 с "пустым" кораблём, чтобы уже посадить его на лунной поверхности, и, наконец, следующий шаг — полёт с советским космонавтом. Главной кандидатурой был Алексей Леонов, первый человек в открытом космосе.

На первых четырёх версиях Н-1 стояло три десятка керосин-кислородных двигателей НК-15 от Конструкторского бюро Кузнецова. Все четыре, к сожалению, взорвались во время испытаний, но это нельзя считать свидетельством безнадёжности ракеты: конструкцию просто нужно было упорно дорабатывать — точно так же, как это делал полвека спустя Илон Маск в процессе доведения до ума своего Starship. Сколько бишь у него прототипов взлетело на воздух один за другим? С десяток. В создании ракет для полётов к другим планетам это нормально. Так что Н-1 не полетела не потому, что она плохая, а потому что лунную программу Советского Союза закрыли. А закрыли потому, что не хотели быть вторыми на Луне.

Так вот, на момент закрытия удалось построить пятую Н-1 уже с усовершенствованными двигателями — НК-33. У них тяга такая же точно (полторы сотни тонн), но есть возможность многократных огневых испытаний. НК-15 был, так сказать, "одноразовым". Под руководством самого Николая Кузнецова НК-33 на испытательном стенде успешно отработал подряд 16 пусков, больше четырёх часов. Но это уже оказалось никому не нужно.

Тем не менее двигатель отнюдь не стал просто музейным экспонатом. Оказалось, что он настолько опережал своё время, что даже по теперешним меркам поражает. А когда в 1990-е годы на выставке в Москве НК-33 увидели иностранцы, они пришли в неописуемый восторг. И спустя какое-то время американская компания Aerojet Rocketdyne купила у КБ Кузнецова сохранившиеся у них 37 экземпляров, которым уже на тот момент было лет сорок. Тамошние инженеры сняли с них некоторую оснастку, поставили свою электронику, внесли ещё какие-то изменения и назвали всё это AJ-26. Эти двигатели установили на ракету Antares, на которой запускали (и продолжают пока что запускать) к МКС грузовые корабли Cygnus.

Тут надо сказать, что эти Cygnus не просто транспорт снабжения. У них есть двигатели, с помощью которых можно корректировать орбиту космической станции, а это для неё жизненно важно: МКС из-за трения об атмосферу (на высоте 400 километров она хоть и крайне разрежённая, но ещё есть) всё время "сползает" вниз, и её нужно регулярно "приподнимать". Много лет это делается с помощью двигателей грузовиков "Прогресс", но в последнее время на фоне известных событий в NASA размышляют, что в случае чего будут делать без российских кораблей. И пока что выходит так, что без российских кораблей остаётся обходиться американскими кораблями, которые запускаются на российских двигателях.

И "Сигнусы" четыре раза подряд на этих проданных и переделанных НК-33 успешно запустили. Но на пятый раз в октябре 2014 года через 15 секунд после старта ракета Antares взорвалась и с высоты полутора сотен метров рухнула вместе с грузовиком и двумя тоннами его содержимого, в котором было в том числе ценное научное оборудование. Разбирательство привело NASA к выводу, что в турбонасосе двигателя, во-первых, хилый подшипник, во-вторых, посторонние предметы (но это не точно) и, в-третьих, он изначально якобы был сделан с дефектом. Забавно, что тогда поступили вопросы на этот счёт к российским специалистам, и они ответили, что, конечно, при переделывании НК-33 помогали американцам как могли, но в некоторых производственных процессах просто физически не участвовали, так что никак не могут досконально знать всего, что делали с двигателем.

В общем, американскую копию НК-33 признали неудачной. И теперь Antares летает на других российских двигателях, а именно — на РД-181. Это разработка НПО "Энергомаш", российские инженеры создавали его специально по заказу для "Антаресов" на основе 800-тонного РД-170, построенного ещё для ракеты "Энергия". По сути, РД-181 — это одна четверть от РД-170. То есть иностранцам примерно в одно и то же время понадобились от "Энергомаша" две ракеты, одна с тягой в 200 тонн и ещё одна на 400 тонн. Инженеры "разделили" четырёхкамерный РД-170 пополам и получили двухкамерный РД-180 (о нём чуть ниже), ещё раз пополам — вот вам однокамерный РД-181. Разумеется, всё далеко не так элементарно — и, надо полагать, вряд ли кто-то, кроме энергомашевцев, смог бы всё это грамотно "разделить".

В любом случае американцы ещё с 90-х годов закупают у "Энергомаша" РД-180, приобрели уже более сотни. Этот двигатель нужен был для ракеты Atlas 5. В 2014 году Конгресс США по понятным причинам громко заявил, что отныне американским ракетчикам запрещается зависеть от российских двигателей и что надо срочно — к 2019 году — сделать замену РД-180. Что характерно, временная лицензия (до 2030 года) на изготовление собственного аналога российского шедевра у США есть, притом приобретена тоже ещё в 90-е, но одно дело — купить разрешение на то, чтобы построить двигатель, а другое дело — его построить.

В 2014 году это вызвалась сделать Aerojet — та самая, которая, помнится, НК-33 скопировала. И вот они стали создавать двигатель AR1 с тягой на 250 тонн. В 2015 году поняли, что к 2019 году не успеют. Конгресс обратно разрешил покупать двигатели у России. В следующем году США заказали у "Энергомаша" ещё 18 РД-180. Параллельно американские ВВС заключили с Aerojet контракт на избавление от чуда враждебной для них техники.

В итоге от ракет Atlas решили отказаться вообще. Теперь надежды возлагают на носитель Vulcan Centaur, для которого предусмотрен уже приличествующий случаю метановый двигатель от Blue Origin Джеффа Безоса — ВЕ-4.

Но этот носитель пока ещё ни разу не летал, первый пуск намечается в конце 2022 года. А меж тем новый американский пилотируемый корабль Starliner запускается именно на Atlas V, и компания Boeing выразила намерение до последнего пользоваться этим носителем.

По поводу РД-181: контракт на покупку нескольких десятков этих двигателей был благополучно заключён в 2014 году, то есть примерно тогда же, когда Конгресс заявил, что принципиально отвергает российские разработки.

Кстати, недавно в США, наконец, обозначили возможную альтернативу: один частный стартап под названием Ursa Major Technologies разработал метановый двигатель на 90 тонн, назвал его Arroway и заявил, что данное творение разом спасёт Америку и от РД-180, и от РД-181. Ясно, что 90 тонн — это не 400 и даже не 200, но, очевидно, хотят, так сказать, взять количеством.

Очень любопытно, что основателя Ursa Major Technologies зовут Джо Лауриенти и что он в своё время трудился под началом самого Илона Маска: участвовал в создании двигателя Merlin, на котором летает Falcon 9.

И тут мы подходим к той фантастической истории, в которой одному гению удаётся-таки сделать нормальную копию (простите, развить идею) российского ракетного двигателя.

В вышедшей в 2015 году книге про Илона Маска приводятся воспоминания его друзей, из которых следует, что они частенько заставали его за чтением пожелтевшего советского учебника по ракетостроению. Но вот в НПО "Энергомаш" об этом увлечении главы SpaceX догадались сами, когда увидели двигатель Raptor, созданный для покорения Марса на корабле Starship. Дело в том, что Raptor — не что иное, как новая версия советского двигателя РД-270, созданного в рамках опять-таки несостоявшейся лунной программы СССР. А именно для ещё одной советской лунной ракеты — УР-700. Долгие десятилетия это был мощнейший однокамерный ракетный двигатель державы — тяга 640 тонн.

Среди выдающихся особенностей конструкции можно назвать то, что всё топливо полностью идёт в камеру сгорания. Это называется закрытый цикл. А открытый цикл — это когда часть горючего питает турбонасос, а потом отдельно выбрасывается наружу. Таков, например, тот же масковский Merlin.

Ещё в РД-270 всё топливо перед поступлением в камеру сгорания превращается в газ, то есть это двигатель с полной газификацией. Многие считают, что это самая эффективная схема. Всё это и унаследовал Raptor. Правда, тяга у него всё-таки не та: у первой модели 185 тонн, у Raptor 2 — 235.