Pot SpaceX și Blue Origin să aibă cel mai bun design de rachete rusești vechi de zeci de ani - MIT Technology Review
Fotografia unei rachete care decolează
Cu o oră înainte de apusul soarelui, pe 24 mai 2000, o rachetă neobișnuită a decolat din complexul de lansare 36 de la stația forțelor aeriene Cape Canaveral. La fel ca majoritatea rachetelor, Atlas 3 își moștenise designul dintr-o rachetă balistică intercontinentală - în acest caz, de la prima astfel de rachetă americană, concepută pentru a amenința Uniunea Sovietică cu anihilarea nucleară. Acest lucru nu a fost neobișnuit. Dar racheta a avut o nouă etapă nouă, una care a fost considerabil mai puternică decât cele pe care le-a înlocuit. RD-180, așa cum se numește motorul, a fost construit de NPO Energomash într-o fabrică din afara Moscovei. Într-o căsătorie care ar fi fost de neimaginat la apogeul cursei spațiale, un motor rus alimenta o rachetă americană.
În cele două decenii de atunci, alte 83 de astfel de rachete au decolat din Florida.
Pe Atlas 3 și succesorul său, Atlas 5, RD-180 transporta cel puțin 16 sateliți spion americani pe orbită, împreună cu 13 sateliți militari de comunicații, o jumătate de duzină de sateliți GPS, doi sateliți militari meteo și trei sateliți de avertizare a rachetelor, conceput pentru a detecta lansări de rachete din, printre alte țări, cea în care a fost construită. A lansat patru misiuni americane pe Marte. Lansarea de către NASA a New Horizons la Pluto în 2006 și Juno la Jupiter în 2011 au fost realizate pe spatele RD-180.
Nu vă mulțumiți cu jumătate din poveste.
Obțineți acces gratuit la știrile tehnologice de aici și acum, fără paravane.
MIT Technology Review oferă un filtru inteligent și independent pentru fluxul de informații despre tehnologie.
RD-180 este remarcabil nu numai pentru particularitățile geopolitice ale ascensiunii sale, ci pentru că a fost în multe privințe pur și simplu mai bun decât orice alt motor de rachetă al timpului său. Când, în februarie 2019, Elon Musk a anunțat un test de succes al motorului Raptor al SpaceX, care este destinat să alimenteze racheta Starship a generației următoare, s-a lăudat cu presiunile ridicate atinse în camera de împingere a Raptorului: de peste 265 ori presiunea atmosferică pe mare nivel. Raptor, a spus el pe Twitter, a depășit recordul deținut de câteva decenii de „minunatul RD-180 rus”.
După ce Rusia a anexat Crimeea în 2014, zilele RD-180, ca element de bază al rachetei americane, au fost numărate. Șoimii de apărare au fost mult timp inconfortabili cu aranjamentul, dar motorul a fost foarte bun și, având în vedere capacitatea sa, ieftin - și așa a rămas. Dar, pe măsură ce relațiile cu Rusia s-au destrămat, oponenții congresului la motor, conduși de senatorul John McCain, au reușit să interzică utilizarea motorului în rachete americane după sfârșitul anului 2022. Acest lucru a forțat Forțele Aeriene să găsească o nouă rachetă pentru a reuși Atlas 5 alimentat de RD-180.
Toate acestea ridică o întrebare: Cum a devenit un motor rus vechi de zeci de ani bara împotriva căreia se măsoară cei mai buni oameni de știință ai rachetelor din America?
Dacă doriți să înțelegeți ce a făcut din RD-180 un motor atât de bun, vă ajută să înțelegeți că există o mulțime de ambarcațiuni implicate. Deși sute de oameni colaborează la motoare cu rachete, este vital să ai pe cineva cu un instinct pentru un design bun: compromisurile sunt prea complexe pentru a fi descoperite de forța brută sau de comitet. În cazul RD-180, cineva a fost numit Valentin Glushko.
După ce URSS a pierdut în fața Americii în cursa spre Lună, proiectarea celui mai bun motor rachetă posibil a devenit „o prioritate națională”, potrivit lui Vadim Lukashevich, inginer aerospațial și istoric spațial rus. Liderii sovietici au dorit să construiască cea mai puternică rachetă din lume, Energia, pentru a-și susține stațiile spațiale pe orbita Pământului și pentru a ridica Buran, o viitoare navetă spațială rusă. Lui Glushko i s-au oferit resurse pentru a construi cel mai bun motor pe care l-a putut și a fost bun la construirea motoarelor. Rezultatul a fost RD-170, fratele mai mare al RD-180. Motorul rus RD-180 a alimentat zeci de lansări Atlas V, unii transportând sateliți concepuți să spioneze, printre alte țări, pe cel în care a fost construit.
RD-170 a fost printre primele motoare cu rachetă care au folosit o tehnică numită combustie etapizată. Motorul principal al navetei spațiale americane, dezvoltat și în anii 1970, a fost un alt. În schimb, motoarele F-1 din prima etapă a rachetei Saturn V, care au lansat Apollo pe Lună, aveau un design mai vechi și mai simplu numit motor generator de gaz. Diferența cheie: motoarele cu ardere etapă pot fi mai eficiente, dar prezintă un risc mai mare de explozie. Așa cum explică William Anderson, care studiază motoarele rachete cu combustibil lichid la Universitatea Purdue, „Ratele de eliberare a energiei sunt doar extreme”. Este nevoie de cineva cu o imaginație cu adevărat înțeleaptă, spune Anderson, pentru a înțelege lucrurile nebune care se întâmplă în interiorul camerelor de ardere ale motoarelor rachete. În Rusia, acea persoană înțeleaptă era Glushko.
"S-au investit atât de multe în navetă, încât nimeni de la NASA nu a vrut să vorbească despre dezvoltarea unui motor cu ardere în etape bogat în oxigen ... Oxigenul va arde majoritatea lucrurilor dacă veți furniza o scânteie."
Pentru a înțelege de ce motoarele Glushko au fost o astfel de realizare inginerească, trebuie să devenim puțin tehnici.
Există două măsuri cheie ale performanței unei rachete: forța sau cantitatea de forță pe care o exercită o rachetă și impulsul specific, o măsură a eficienței în care își folosește propulsorii. O rachetă cu forță mare, dar un impuls specific redus nu va atinge orbita - ar trebui să transporte atât de mult combustibil încât greutatea combustibilului ar necesita mai mult combustibil și așa mai departe. Dimpotrivă, o rachetă cu impuls specific ridicat, dar cu forță redusă, nu ar părăsi niciodată solul. (Totuși, astfel de rachete funcționează bine în spațiu, unde este suficientă o împingere constantă.)
Un motor rachetă, la fel ca un motor cu reacție de aeronavă, arde combustibil împreună cu un oxidant - adesea oxigen - pentru a crea gaz fierbinte care se extinde în jos și în afara duzei motorului, accelerând motorul invers. Spre deosebire de motoarele cu reacție, care obțin oxigen din aerul din jurul lor, rachetele trebuie să-și transporte propriul oxigen (sau alt oxidant), deoarece în spațiu, desigur, nu există. La fel ca jeturile, rachetele au nevoie de o modalitate de a forța combustibilul și oxigenul în camera de ardere la presiune ridicată; toate celelalte fiind egale, o presiune mai mare înseamnă o performanță mai bună. Pentru a face acest lucru, rachetele folosesc turbopompe care se rotesc la sute de rotații pe secundă. Turbopompele sunt acționate de turbine și, la rândul lor, sunt alimentate de pre-arzătoare, care, de asemenea, arde combustibil și oxigen.
Diferența crucială între motoarele cu ardere etapă, cum ar fi RD-180 și motoarele cu generatoare de gaz, cum ar fi Saturn’s F-1, constă în ceea ce se întâmplă cu evacuarea acestor pre-arzătoare. În timp ce motoarele generatoare de gaz îl aruncă peste bord, motoarele cu ardere etapizată îl reinjectează în camera principală de ardere. Unul dintre motivele pentru aceasta este că evacuarea conține combustibil neutilizat și oxigen - pre-arzătoarele nu pot arde totul. Aruncarea este un deșeu, care contează într-o rachetă care trebuie să ridice și fiecare kilogram de combustibil și oxigen pe care îl va folosi. Dar reinjectarea eșapamentului presupune echilibrarea delicată a presiunilor și a debitelor relevante, astfel încât motoarele să nu explodeze. Este nevoie de o serie întreagă de turbopompe pentru ao face să funcționeze. Echipele de experți au nevoie, de obicei, de un deceniu sau mai mult de simulare și testare pentru a afla cum să o facă corect.