Racheta R-7
| După cel de-al doilea război mondial, Uniunea Sovietică și Statele Unite au acordat dezvoltării rachetelor o nouă prioritate, începând cu un studiu atent al V-2 german. Cei mai importanți experți sovietici, Serghei Korolev și Valentin Glushko, au fost eliberați din arest pentru a ajuta la acest efort. În curând, Korolev a fost numit șef al departamentului de rachete balistice cu rază lungă de acțiune al biroului guvernamental de cercetare NII-88. Lucrând cu ingineri germani, a început prin construirea unei fabrici pentru fabricarea copiilor rusești ale V-2. Finalizat în 1948, acesta a fost R-1 și s-a dovedit a fi mai fiabil și mai precis decât originalul german.
Majoritatea inginerilor germani au fost returnați în patria lor după proiectul R-1, iar Korolev și Glushko au început să proiecteze rachete și motoare îmbunătățite. R-2 a fost finalizat în 1949 și avea dublu față de R-1. În 1950, Korolev a primit propriul său birou experimental de construcții, OKB-1, unde viitorul program spațial sovietic va fi planificat în curând. Racheta sa R-5 a fost finalizată în 1953 și avea o autonomie de 1200 km, de aproximativ patru ori mai mare decât V-2 și de trei ori mai mare decât Redstone, contemporanul său american. Precizia R-5 a fost de 2 km, de zece ori mai mare decât cea a V-2. Dezvoltarea motoruluiPentru R-2 și R-5, Glushko a proiectat motoare mai puternice, pe baza acestei paradigme a camerelor de ardere grupate. În 1947, Korolev a propus R-3 cu o autonomie de 3000 km, dar a cheltuit imposibil să extindă proiectarea motorului V-2 la forțe de 140 de tone.
În 1954, au început lucrările la racheta intercontinentală R-7. Pentru a satisface cerințele motorului, Glushko a abandonat conceptul de design V-2 și s-a orientat spre ideile din experimentele sovietice dinainte de război. În anii 1930 și începutul anilor 1940, mai multe probleme fundamentale de proiectare a motorului fuseseră rezolvate. Una dintre aceste probleme este răcirea. Propusă pentru prima dată de Tsiolkovsky în secolul al XIX-lea, răcirea regenerativă folosește combustibilul care circulă în jurul motorului pentru a-l răci. O etapă importantă în această tehnologie a fost ORM-65 (al 65-lea motor experimental) al lui Glushko. Testat în 1936, a fost probabil primul motor rachetă care putea funcționa la nesfârșit fără a se topi. O altă problemă studiată de Glushko a fost arderea eficientă. Începând din 1931, a experimentat cu injectoare rotative care pulveriza combustibil și oxidant într-o foaie conică care s-a rupt în picături mici. De asemenea, a construit injectoare de amestecare inelare care combinau cei doi propulsori chiar înainte de a-i pulveriza în cameră. De asemenea, este o idee bună să intercalați multe injectoare mici de combustibil și oxidant pe o placă de la capătul îndepărtat al camerei de duza de evacuare. Acest lucru oferă timpul maxim de amestecare și arsură înainte de a ieși din camera de ardere din evacuare. La mijlocul anilor 1930, ORM-67 era tipic pentru motoarele care pur și simplu pulverizau combustibili în centrul camerei. După arestarea lui Glushko, Leonid Dushkin a continuat. În 1938, RDA-1-150 avea 4 injectoare rotative de combustibil și 4 oxidante grupate pe partea din spate a camerei, iar în 1941, motorul DA-1-1100 avea 63 de injectoare mici montate pe o placă conică. Designerul creator de motoare, Alexei Isaev, a preluat conducerea lui Dushkin în 1941. RD-1-ul său avea 95 de pulverizatoare, dar a observat că placa injectorului său conic făcea să se formeze canale de gaz fierbinți care uneori ardeau prin partea laterală a camerei de ardere. Între anii 1944-1946 a dezvoltat RD-1M „modernizat”, cu o placă plană și un aranjament în tablă de tablă a injectoarelor de combustibil și oxidante.
Una dintre cele mai importante invenții ale lui Isaev a fost o schemă de răcire regenerativă extrem de eficientă, care ar permite arderea combustibilului cu energie ridicată la presiune ridicată. Problema este cum se construiește un perete al camerei de ardere suficient de greu pentru a conține forțele, dar suficient de subțire pentru a fi răcit rapid prin curgerea combustibilului. Soluția sa a fost exemplificată de U-1250, testat în aprilie 1945. Peretele interior era o foaie subțire de cupru, iar peretele exterior era din oțel. Între ele se afla o foaie de oțel ondulat care susținea peretele interior și permite curgerea combustibilului de răcire pe lângă acesta. Straturile au fost unite prin lipire cu lipit de argint. În 1951, Glushko a apelat la acest design pentru motorul experimental de tracțiune de 7 tone, ED-140. Acest motor a putut arde oxigen lichid și kerosen la o presiune a camerei de 60 de atmosfere. Prin comparație, motorul V-2 a ars alcool diluat la 15 atmosfere. Pentru R-7 propus, Glushko a mărit acest design pentru a produce 68 de tone de tracțiune, cu motorul RD-105. Dezvoltat în perioada 1952-1954, problemele legate de instabilitatea arderii l-au obligat să renunțe la ideea unui singur motor gigant.
În 1954, s-a început lucrul la un design mai conservator, cu patru camere de combustie mai mici care împart un sistem comun de pompă de combustibil. Camerele aveau un diametru de 43 cm cu o constricție a duzei de 16,85 cm. Gazele fierbinți ating viteza critică la constricție și apoi revin la viteza super-sonică în secțiunea duzei în expansiune. Testat pentru prima dată în 1955, forța totală a fost de 93 de tone, cu o viteză de evacuare de 3020 metri/sec. Viteza de evacuare este o măsură a eficienței unui motor de rachetă (numit și impuls specific), iar RD-107 a fost cel mai eficient motor din lume la acea vreme. Cântărind doar cu 25 la sută mai mult decât motorul V-2, acesta s-a dezvoltat de trei ori mai mult ca tracțiune. |
