Готовы ли американские ракетчики заменить российские ракетные двигатели?
В печати на днях появилась масса претенциозных сообщений, что в США поставили первый ракетный двигатель BE-4 на замену российского РД-180. Первоисточником всех этих сообщений стало объявление в «Твиттере» от 1 июля этого года, согласно которому первый экспериментальный образец двигателя BE-4 производства Blue Origin прибыл на завод United Launch Alliance в Декатуре, Алабама. Насколько же на самом деле реальна замена российских двигателей на американские BE-4 и в какие сроки?
Проблема замены наших двигателей на американских ракетах не так проста, как это описано в американских средствах массовой информации. Дело в том, что реальной надежной замены наших двигателей у американцев пока что и нет. Широко разрекламированная ими поставка первого (и пока единственного) экспериментального образца двигателя ВЕ-4, разработанного компанией Blue Origin, — это всего лишь первый этап достаточно длительного процесса отработки его конструкции в реальных условиях для организации последующего серийного производства и установки на будущих ракетах-носителях Vulcan, которые тоже пока находятся в стадии разработки.
До сих пор не решен вопрос и с выбором конкретных предприятий для организации серийного выпуска двигателей ВЕ-4. Изготовление даже одного современного ракетного двигателя является чрезвычайно сложным процессом, занимающим много месяцев. Учитывая, что заменять один двигатель РД-180 американцам придется двумя двигателями ВЕ-4 (т.к. их двигатель в 2 раза слабее), то нужное количество товарных двигателей ВЕ-4 они смогут накопить только через несколько лет. Для справки: НПО «Энергомаш» уже отправило американцам 116 двигателей РД-180 из заказанных 121 штуки. Для замены всех этих двигателей американцам уже потребовалось бы изготовить не менее 250 своих ВЕ-4. И это при жесточайших требованиях к надежности двигателей. Ведь американцы уже сертифицировали наши РД-180 по нормам для пилотируемых полетов в составе ракетоносителя «Атлас-5» для своих космических кораблей Boeing CST-100 Starliner с экипажем до 7 человек.
Доводка конструкции и сертификация серийных ВЕ-4 займет достаточно много времени, а использование несертифицированных двигателей с недостаточной надежностью рано или поздно, но обязательно приведет к катастрофе и гибели экипажа космического корабля. Поэтому специалисты фирмы Boeing много раз подумают, прежде чем согласятся на замену РД-180 двигателями ВЕ-4 в ракете «Атлас-5» для пилотируемых миссий их кораблей. Да и американские военные не в восторге от такой замены, и будут ее всячески затягивать и саботировать. Они не хотели и не хотят (даже под давлением Конгресса США) рисковать своими спутниками-шпионами стоимостью порядка 1 млрд долларов, которые уже много лет успешно выводятся в космос ракетами «Атлас-5» с помощью установленных на их первой ступени феноменально надежных российских двигателей РД-180.
А теперь попробуем сравнить эти двигатели в плане их реальной взаимозаменяемости. Американская разработка ВЕ-4 действительно оказалась вполне удачной, и должна позволить в будущем создать целое семейство первоклассных метановых ракетных двигателей. Дело в том, что в этом двигателе в качестве горючего используется сжиженный метан. Удельная тяга метано-кислородного двигателя на 25% выше, чем у керосино-кислородного, но на 15% ниже, чем у еще более эффективного водородно-кислородного. Таким образом, использование метана в качестве горючего позволит в перспективе создать более мощные и экономичные двигатели, чем большинство существующих, которые используют керосин в качестве горючего.
Однако на пути массового использования метана в качестве ракетного горючего предстоит еще решить множество проблем, т. к. в отличие от керосина метан приходится хранить на ракете под давлением в достаточно прочных баках и при низких температурах. Наилучшими же показателями обладают двигатели, работающие на жидком водороде и жидком кислороде, однако они чрезвычайно сложны в эксплуатации, т. к. приходится хранить на ракете топливо и окислитель в криогенных емкостях (жидкий водород при минус 255 градусах, и жидкий кислород при минус 186 градусах). Самые мощные и эффективные водородно-кислородные двигатели РД-0120 и SSME были созданы еще в 70-х годах прошлого столетия в СССР и США в рамках программ по созданию многоразовых космических челноков и до сих пор остаются самыми совершенными ракетными двигателями.
Разработанный американцами метановый двигатель ВЕ-4 имеет достаточно высокие характеристики, хотя и уступает российскому керосиновому РД-180 приблизительно в 2 раза как по тяге, так и по давлению в камере сгорания. Тяга двигателя характеризует его мощность, а достигаемое давление в камере сгорания — эффективность и «продвинутость» самой конструкции двигателя. Параметры РД-180 (тяга более 400 тонн, давление в камере сгорания 253,3 атм.) действительно пока еще вне конкуренции! Пока дешевле его просто покупать, чем делать такой же, но свой. И если бы не политика, то американцам не было смысла заново (и за большие деньги!) делать то, что можно купить уже готовое и за приемлемые деньги! Ведь для замены даже одного двигателя РД-180 им придется поставить на ракету «Атлас-5» два метановых ВЕ-4 или даже целых четыре параллельно работающих в форсированном режиме двигателя Merlin Илона Маска, что неизбежно существенно снизит надежность запуска ракеты-носителя.
Относительно многоразовости запуска. Сами двигатели РД-180 и ВЕ-4 рассчитаны на многоразовое использование, но американская ракета «Атлас-5» — одноразовая, так что функция многоразовости РД-180 в Америке пока не используется, а в России вообще нет ракет под этот двигатель! Да Россия и не имеет права его применять, т. к. все права на его использование были переданы американцам аж до 2030 года! К сожалению, длительное отсутствие конкуренции российским РД-180 на мировом рынке космических услуг существенно затормозило отечественное двигателестроение. Так, у России до сих пор нет серийного метанового ракетного двигателя, а опередивший свое время, самый «продвинутый» в мире, водородно-кислородный двигатель РД-0120 после прекращения программы «Энергия-Буран» так и не нашел своего применения.
В заключение следует подчеркнуть, что процесс доводки двигателя до соответствующих уровней надежности — процесс достаточно долгий и трудоемкий. Здесь я могу только подтвердить свои прогнозы, два года назад уже озвученные мною на страницах ИА Красная Весна: даже если у американцев с их двигателями всё будет идти без серьезных происшествий (что маловероятно), то достигнуть удовлетворительного уровня надежности они смогут не ранее, чем через 3–5 лет после начала серийного производства, а сравниться по надежности с российскими РД-180 не ранее, чем через 15–20 лет. А, учитывая, что процесс производства каждого двигателя длится много месяцев, еще потребуется и достаточно много времени для производства необходимого количества самих новых двигателей.
Таким образом, даже если всё у американцев будет продвигаться успешно, еще лет десять они будут вынуждены (хотя бы частично) использовать наши двигатели для вывода в космос своих тяжелых особо важных грузов.
Автор статьи — Сергей Иванович Буйло, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Высшей аттестационной комиссии, главный научный сотрудник Института математики, механики и компьютерных наук им. И. И. Воровича Южного федерального университета (ЮФУ). С. И Буйло в 1980-х годах участвовал в разработке теплозащиты первого отечественного многоразового космического орбитального корабля «Буран».
