Огненные годы
В июле 1940 г. на Московском авиационном карбюраторном заводе N33 создается конструкторское бюро (КБ-2) по разработке агрегатов непосредственного впрыска (НВ) топлива в цилиндры авиационных моторов. Начальником КБ и заместителем главного конструктора завода назначается Семен Ариевич Косберг.
13 октября 1941 г. КБ было преобразовано в самостоятельную организацию и эвакуировано в город Бердск Новосибирской области на завод N296, эвакуированный из Харькова. С.А. Косберг был назначен главным конструктором завода. По прибытии на место коллектив ОКБ (29 человек) в неприспособленных помещениях, в суровых сибирских условиях продолжил работы по созданию агрегатов НВ, а работники завода приступили к подготовке производства для изготовления агрегата НБ-ЗУ.
В 1942 г. агрегат НБ-ЗУ в составе авиационного мотора М-82 успешно прошел заводские испытания, на самолете Су-2 - летные испытания, и с сентября 1942 года завод начал его серийное изготовление. Летные испытания показали, что замена карбюратора агрегатом НБ-ЗУ дала прирост мощности мотора М-82 на ~70 л.с. при значительном снижении удельного расхода топлива, что позволило повысить летно-технические характеристики самолетов Ла-5, Ла-7, Ту-2, Ту-2Д — скороподъемность, маневренность, скорость, дальность полета, что обеспечило им преимущество над лучшими немецкими боевыми самолетами. Преимущество агрегатов НВ над карбюраторной системой оценили практически все основные разработчики авиационных моторов (генеральные конструкторы А.Д. Швецов, А.А. Микулин, В.Я. Климов, В.А. Добрынин), для которых в течение 1941-1952 г.г. ОКБ разработало около 50 вариантов агрегатов НВ и их модификаций.
В начале эпохи реактивных двигателей
В апреле 1946 г. ОКБ перебазировалось в Воронеж на завод N265 Министерства авиационной промышленности и получило наименование ОКБ завода N265, а в мае 1946 г. в связи с изменением номера завода - ОКБ завода N154. Послевоенные годы ознаменовались началом развития реактивной авиации, поэтому предприятие, наряду с продолжением работ по агрегатам НВ, начало разработку различных агрегатов для турбореактивных и турбовинтовых двигателей.
За период 1946-1954 г.г. было разработано около 80 наименований агрегатов: топливные форсунки, масляные флюгерные насосы, топливные фильтры, регуляторы подачи топлива, системы управления и регулирования и др.
Одной из последних разработок этого направления было создание пусковых стартеров, работающих на твердом и жидком топливе, для мощных реактивных двигателей. Стартеры включали ряд основных агрегатов жидкостных ракетных двигателей (ЖРД): газогенератор, турбину, насосы, органы управления и регулирования, что явилось основой для перехода к разработке более сложных изделий - ЖРД.
Первые ЖРД разрабатывались как дополнительные силовые установки для истребителей-перехватчиков А.И. Микояна (ЖРД РД0100 и РД0101) в 1955-56 г.г., А.С. Яковлева (РД0102) в 1957-59 г.г., П.О. Сухого (РД0103) в 1957 г.
Становление КБХА как фирмы ракетного двигателестроения
Успешные результаты работы послужили основанием для преобразования ОКБ при заводе N154 в самостоятельное государственное союзное ОКБ-154, и ему была поручена разработка ракетных двигателей.
Работы проводились по двум направлениям: разработка ЖРД для ракет-носителей (РН) космического назначения и ЖРД для боевых ракет.
Началом работ, связанных с освоением космоса, стала деловая встреча С.А. Косберга и С.П. Королева 10 февраля 1958 г., результатом которой явилась совместная разработка кислородно-керосинового двигателя РД0105 для третьей ступени РН «Луна» (ведущий конструктор двигателя — В.П. Кошельников). С помощью этого двигателя впервые в мире была достигнута вторая космическая скорость, доставлен на поверхность Луны вымпел СССР, проведен облет Луны с фотографированием ее обратной стороны. Позднее одному из кратеров на обратной стороне Луны было присвоено имя С.А. Косберга.
На базе двигателя РД0105 нашим ОКБ был разработан ЖРД РД0109 для третьей ступени РН «Восток» (ведущий конструктор — В.П. Кошельников). Двигатель имел повышенную надежность и улучшенные технические характеристики за счет создания новой экономичной и легкой камеры сгорания. С помощью двигателя РД0109 произведен вывод на околоземную орбиту космического корабля «Восток» с Ю.А. Гагариным на борту, всех одноместных пилотируемых кораблей, а также различных спутников оборонного и научного назначения.
Развитие космонавтики в конце 50-х начале 60-х годов потребовало создания более мощной ракеты-носителя для вывода на орбиту объектов массой до 7000 кг. С этой целью ОКБ на базе отработанного кислородно-керосинового двигателя РД0106 второй ступени боевой ракеты Р-9А разработало двигатели РД0107, РД0108 и РД0110 (ведущий конструктор — Я.И. Гершкович) для третьих ступеней РН «Молния», «Восход» и «Союз» главного конструктора С.П. Королева, которые обеспечили запуски автоматических межпланетных станций к Марсу и Венере, вывод на околоземные орбиты космических кораблей с экипажами из двух и трех человек. Эти экипажи впервые осуществили выход в открытый космос, стыковку на орбите и совместный полет двух кораблей, в том числе с американским «Аполлоном». С помощью РН «Союз» обеспечивается доставка космонавтов и грузов на орбитальные космические станции.
С использованием высоконадежного двигателя РД0110 произведено более 1500 запусков РН.
В начале 1965 г. в результате автомобильной катастрофы при исполнении служебных обязанностей погиб главный конструктор С.А. Косберг. Главным конструктором ОКБ был назначен А. Д. Конопатов.
Новые схемы - новые двигатели. Рубеж 70-х
Очередным этапом в развитии отечественной космонавтики стало создание мощной РН УР 500 генерального конструктора В.Н. Челомея, способной выводить на орбиту тяжелые объекты массой до 20 т. Для второй ступени двухступенчатой РН «Протон» КБХА создало ЖРД РД0208 и РД0209 (ведущий конструктор — В.П. Козелков), работающие по схеме с дожиганием окислительного генераторного газа. В качестве прототипа был использован двигатель РД0206 для второй ступени боевой ракеты УР-200. С помощью этой РН были выведены на околоземные орбиты тяжелые автоматические станции «Протон». РН УР500 впоследствии стала именоваться «Протон».
Более мощной РН стал трехступенчатый «Протон», для второй ступени которого были модернизированы двигатели РД0208 и РД0209, которые получили название двигатели РД0210 и РД0211 (ведущий конструктор — В.П. Козелков), а для третьей ступени - РД0212 (ведущий конструктор — Я.И. Гершкович). Кроме того, для коррекции орбиты космической станции «Алмаз», выводимой на орбиту РН «Протон», КБХА создало двигатель РД0225 (ведущий конструктор — В.М. Бородин) с вытеснительной системой подачи топлива, многократного включения (до 100 раз), с длительным пребыванием на орбите (до двух лет). Этой РН были доставлены на Луну луноходы, запуск межпланетных космических аппаратов, взявших пробы лунного грунта и совершивших посадку на Марс и Венеру. Стало возможным выводить в космос долговременные орбитальные станции «Салют» и «Мир», а также модули «Заря» и «Звезда» для международной космической станции. К настоящему времени произведено уже более 300 запусков «Протонов».
Т
ехническое совершенство двигателей РД0110, РД0210, РД0211, РД0212 обеспечило им эксплуатационное долголетие. Более 40 лет с помощью этих двигателей осуществляются запуски различных спутников, автоматических станций и
пилотируемых космических кораблей. Высокие энергомассовые характеристики, простота в эксплуатации ставят эти двигатели в число лучших среди российских и зарубежных двигателей того же класса.
Мы создавали ракетно-ядерный щит
Одним из приоритетных направлений деятельности КБХА являлось выполнение оборонных заказов — создание ЖРД с высокими энергетическими характеристиками и надежностью, технологичных в серийном производстве, не требующих обслуживания в течение всего длительного срока эксплуатации. В 1957 г. ОКБ, опираясь на опыт, приобретенный при разработке двигателей РД0100, РД0101, РД0102, предназначенных для использования на истребителях-перехватчиках в качестве дополнительных силовых установок, приступило к созданию двигателей для зенитных управляемых ракет (ЗУР) на самовоспламеняющихся компонентах топлива.
Первый ЖРД РД0200 (ведущий конструктор — А.А. Голубев) был разработан для второй ступени ЗУР 5В11 генерального конструктора С.А. Лавочкина. Двигатель спроектирован по открытой схеме при десятикратном регулировании тяги. Двигатель прошел все виды испытаний и изготавливался серийно.
ЖРД РД0201 (ведущий конструктор — Л.А. Поздняков) разрабатывался для третьей ступени ЗУР В1100 генерального конструктора П.Д. Грушина. Двигатель отличается от РД0200 наличием четырех качающихся КС, с помощью которых производится управление полетом ракеты. В конце 50-х годов назрел вопрос о создании более мощной ракеты Р-9 второго поколения взамен ракеты 8К72. Для второй ступени (блок «Б») этой ракеты ОКБ в 1959-1962 г.г. разработало кислородно-керосиновый двигатель РД0106 (ведущий конструктор — Я.И. Гершкович).
Высокие энергетические характеристики, удобная компоновка в сочетании с относительно небольшим размером по высоте, простота в эксплуатации, отработка, проведенная в ходе наземных и летных испытаний, стали основанием для разработки на базе данного ЖРД ряда двигателей для космических ракет С.П. Королева, в том числе двигателя РД0110 для третьей ступени (блок «И») ракеты-носителя «Союз». С начала 60-х годов идет отсчет длительного плодотворного сотрудничества КБХА с ОКБ генерального конструктора В.Н.Челомея, для ракет-носителей которого разработано около 20 ЖРД.
Создание в эти годы мощных ракет-носителей космического назначения потребовало существенного повышения энергетических характеристик и эксплуатационных качеств, разрабатываемых ЖРД. КБХА в числе первых приступило к разработке таких ЖРД. В 1961-1964 г.г. были созданы ЖРД РД0203 и РД0204 (ведущий конструктор - В.П. Козелков) для первой ступени ракеты УР200 и ЖРД РД0206 и РД0207 (ведущий конструктор — Л.А. Поздняков) для второй ступени этой же ракеты.
Это были новые, технически более сложные, первые в мире ЖРД на высококипящих компонентах топлива, выполненные по схеме с дожиганием генераторного газа. Применение такой схемы позволило сразу более чем в 2 раза увеличить давление в камере (до 150 кгс/см2 вместо 70 кгс/см2) по сравнению с двигателями открытых схем и исключить потери удельного импульса тяги на привод турбины ТНА.
Мощные, высокоэкономичные двигатели, созданные в короткий срок, прошли наземную отработку и этап летных испытаний. Двигатели стали базовыми для создания очередных ЖРД. В 1963 году КБ В.Н. Челомея приступило к созданию новой ракеты PC-10, для первой ступени которой КБХА в 1963-1966 гг. разработало двигатели РД0216 и РД0217 (ведущий конструктор - В.П. Кошельников). Повышенные технические и эксплуатационные требования к ракете определили необходимость обеспечения высокой экономичности и надежности двигателя, защиты его внутренних полостей от окружающей среды и т.д. Эти требования были выполнены и подтверждены наземной отработкой и летными испытаниями в составе ракеты.
Накопленный опыт послужил основой для проведения проектных работ по двигателям нового поколения с более высоким давлением в камере сгорания, первыми из которых являются ЖРД РД0233 и РД0234 (главный конструктор - В.П. Козелков, ведущий конструктор - В.А. Ежов), созданные КБХА в 1969-1974 г.г. для первой ступени ракеты РС-18.
Далее были разработаны два двигателя: основной РД0235, выполненный по замкнутой схеме, и рулевой РД0236, выполненный по открытой схеме (главный конструктор - В. П. Козелков, ведущий конструктор - Ю.А. Гарманов) для второй ступени РС-18.
Двигатель РД0235 разработан на базе двигателя РД0216 и отличается от него повышенной надежностью, обеспеченной схемно-конструктивными и технологическими мероприятиями.
Приобретенный опыт разработки ЖРД послужил основанием для привлечения КБХА в 1967 г. к разработке двигателя РД0228 (ведущий конструктор - Я.И. Гершкович) для второй ступени ракеты РС-20 генерального конструктора М.К. Янгеля. Двигатель разрабатывался на базе ЖРД РД0212 третьей ступени ракеты-носителя «Протон», однако был значительно мощнее и отличался условиями эксплуатации в составе ступени.
Вооружая подводный флот...
В 1987 г. КБ машиностроения генерального конструктора В.П. Макеева начало разработку ракеты морского базирования РСМ-54 с высокими техническими и эксплуатационными характеристиками.
КБХА взялось за новую, сложную задачу создания двигателя первой ступени РД0243 с предельными техническими характеристиками (главный конструктор - В.П. Козелков, ведущий конструктор - В..А. Ежов).
Тщательная конструкторская, технологическая и экспериментальная отработка двигателя позволила уверенно провести летные испытания, внедрить его в серийное производство и сдать в эксплуатацию. По своим энергомассовым характеристикам ЖРД РД0243 является наиболее совершенным из всех существующих двигателей такого класса.
Первый ядерный двигатель
КБХА в 1965 г. поручено разработать ядерные ракетные двигатели РД0410 и РД0411 (главный конструктор - Г.И. Чурсин, ведущие конструкторы - Л.Н. Никитин, М.П. Бирюков, А.И. Белогуров, Ю.И. Мамонтов). Двигатели предназначались для разгона, торможения космических аппаратов и коррекции их орбиты при освоении дальнего космоса. Двигатели выполнены по замкнутой схеме. Рабочее тело - жидкий водород. Благодаря термодинамическому совершенству рабочего тела и высокой температуре нагрева его в ядерном реакторе (до 3000 К), двигатель имеет высокую экономичность (удельный импульс тяги в пустоте - 910 кгс·с/кг). Для ускорения работ ядерный реактор и «холодный» двигатель (агрегаты подачи, регулирования и управления) разрабатывались параллельно. Ядерный реактор выполнен по гетерогенной схеме — в его конструкции реализован принцип блочного построения, что позволило вести раздельную отработку ураносодержащих (тепловыделяющих) сборок и собственно реактора. Проведены комплексные натурные испытания «холодного» двигателя на номинальной мощности в НИИХИММАШе, а также серия огневых натурных испытаний реактора на Семипалатинском ядерном полигоне.
Результаты работ по созданию ЯРД РД0410 были использованы при создании ТНА двигателя РД0120, а также послужили основой при проектировании многорежимных ядерных энергодвигательных установок для космических аппаратов.
Первый газодинамический лазер
В начале 70-х годов КБХА приступило к разработке непрерывн ых газодинамических С02 - лазеров (ГДЛ) большой мощности, работающих по принципу преобразования тепловой энергии активной газовой среды, полученной при неравновесном расширении в сверхзвуковой сопловой решетке, в электромагнитное излучение. Было созда
но семейство стендовых образцов ГДЛ с мощностью излучения от 10 до 600 кВт, а также бортовой космический ГДЛ РД0600, работающих на газообразных компонентах топлива (ведущие конструкторы - В.П. Кошельников, Г.И. Завизион
, В.Ю. Гутерман). ГДЛ РД0600 прошел полный цикл стендовой отработки на специальном стенде с оптической трассой.
«Энергия - Буран»
В 70-80 г.г. был разработан кислородно-водородный ЖРД РД0120 (главные конструкторы - Г.И. Чурсин, В.С. Рачук, ведущий конструктор - Л.Н. Никитин), используемый в качестве маршевого двигателя второй ступени РН «Энергия» генерального конструктора В.П. Глушко. Эта разработка наиболее значима по сложности и новизне технических решений. Для создания высокоэнергетического двигателя, работающего на криогенных компонентах топлива, потребовались решение целого ряда научных, конструкторских и технологических проблем, организация нового производства, новой экспериментальной базы. Высокая надежность двигателя подтверждена более чем 800 огневыми испытаниями с суммарной наработкой около 170000 с, в том числе двумя летными испытаниями в составе РН «Энергия» и в составе ракетно-космической системы «Энергия-Буран».
Новые двигатели на рубеже тысячелетий
Коллектив КБХА, располагающий большим конструкторским заделом, высококвалифицированными кадрами ученых (6 докторов технических наук, более 50 кандидатов технических наук), конструкторов, технологов, рабочих, экспериментаторов продолжает успешно трудиться над созданием новых образцов ракетных двигателей и энергетических установок.
РД0124
С 1993 г. ведется разработка четырехкамерного кислородно-керосинового ЖРД РД0124 (главные конструкторы - В.П. Козелков, В.Д. Горохов, ведущие конструкторы - В.М. Бородин, А.Г.Плис, В.В. Гурин) для третьей ступени ракеты-носителя "Союз-2" генерального конструктора Д.И. Козлова, предназначенной для выведения на орбиту искусственных спутников Земли, грузовых и пилотируемых космических кораблей. Двигатель РД0124 разрабатывается взамен РД0110, имеет практически одинаковые с ним габаритно-стыковочные размеры и массовые характеристики, но отличается более высокими параметрами, находящимися на уровне лучших разработок ЖРД данного класса. Он спроектирован по схеме с дожиганием окислительного генераторного газа, имеет более высокую (на 33 сек) экономичность по сравнению с РД0110, что позволит не только выводить на орбиту полезные грузы большей массы (~ на 950 кг), но и обеспечивать запуски ракеты-носителя "Союз-2" с космодромов, расположенных севернее Байконура. Проведенная серия успешных стендовых испытаний подтвердила соответствие основных параметров требованиям ТЗ. Проведено два огневых стендовых испытания в составе III ступени РН «Союз-2», завершившие I этап наземной отработки двигателя.
27.12.2006 г. успешно проведено первое ЛКИ двигателя в составе РН «Союз-2-1б». с выводом на орбиту французского космического аппарата «Corot»
В 1998 г. КБХА проработало и определило возможность использования двигателя РД0124 (РД0124А) для второй ступени ракетно-космического комплекса «Ангара» ГКНПЦ им. М.В.Хруничева, предназначенного для выведения на околоземные орбиты космических аппаратов различного назначения. Основными отличиями от требований к базовому двигателю является изменение времени работы двигателя на главной и конечной ступенях тяги.
По состоянию на 01.01.2008 г. более 150 огневых испытаний двигателей с суммарной наработкой более 30 т.сек., подтвердивших соответствие основных параметров требованиям ТЗ.
РД0750
В 1993-1998 г.г. на предприятии в инициативном порядке проведен большой объем проектных, расчетно-исследовательских и экспериментальных работ по созданию трехкомпонентного двухрежимного двигателя на базе двигателя РД0120. Компоненты: жидкий водород, керосин, жидкий кислород.
Основанием для проведения работ по созданию трехкомпонентных двигателей явились исследования ведущих российских и зарубежных НИИ и фирм, подтвердивших экономическую целесообразность применения на перспективных РН, особенно одноступенчатых, двухрежимных трехкомпонентных двигателей. Двигатель на первом режиме работает на кислороде и керосине с небольшой добавкой водорода, на втором - на кислороде и водороде.
В результате проведенных работ впервые в практике создания ЖРД был разработан трехкомпонентный двухрежимный газогенератор (ведущие конструкторы - Ю.А.Мартыненко, В.А.Туртушов). Последним этапом работ была сборка экспериментального двигателя-демонстратора РД0750Д и его огневые испытания.
РД0146
В 1997 г. по ТЗ ГКНПЦ им. М.В.Хруничева КБХА приступило к разработке кислородно-водородного двигателя РД0146 (главный конструктор - Н.Е. Титков, ведущий конструктор - И.В. Липлявый) для КВРБ перспективных вариантов РН «Протон» и «Ангара». Двигатель впервые в России спроектирован по безгенераторной схеме, обеспечивающей высокую надежность, особенно при многократных включениях. В двигателе применены раздельные турбонасосные агрегаты кислорода и водорода, причем рабочая частота вращения ротора ТНАГ-123 тыс.об/мин; электроплазменное зажигание, оребрение огневой стенки камеры, шаровые пуско-отсечные клапаны, современные титановые и алюминиевые сплавы, нагруженные узлы турбонасосных агрегатов выполнены из титана по гранульной технологии, нижнее сопло камеры выполнено радиационно охлаждаемым из углерод-углеродного композитного материала. Проведены автономные испытания агрегатов, испытания блоков агрегатов каждого компонента на режимах выше номинальных и камеры с запальным устройством, изготовлено 4 экземпляра двигателей, на которых проведено 30 огневых испытаний с выходом на режим до 109,5% и суммарной наработкой 1680 сек. Наработка на одном двигателе составила 1604 сек. при 27 испытаниях. Отказом и аварий при испытаниях не было.
РД0126, РД0126Э
В 1995 г. была начата научно-исследовательская работа по созданию безгенераторных кислородно-водородных ЖРД для перспективных разгонных блоков и межорбитальных буксиров, определившая облик двигателя, его характеристики и закончившаяся выпуском технического предложения. На основании проведенных работ РКК «Энергия» выдала ТЗ на разработку двигателя, который был рассмотрен в двух вариантах:
РД0126 - с камерой, имеющей традиционное сопло Лаваля;
РД0126Э - с камерой, имеющей тарельчатое сопло и щелевое критическое сечение (главный конструктор - В.Д. Горохов, ведущий конструктор - И.В. Липлявый).
РД0126Э имеет ряд преимуществ по сравнению с ЖРД традиционной схемы:
более высокое значение удельного импульса тяги в пустоте при одинаковой длине;
меньшая масса при одинаковых значениях удельного импульса тяги;
возможность получения высоких значений температуры горючего в тракте охлаждения, что позволяет использовать его в качестве рабочего тела для вращения турбины ТНА;
возможность проведения испытаний высотных двигателей в земных условиях без газодинамической трубы.
В 1998 г. была испытана стендовая камера с кольцевым соплом. Было проведено 5 огневых испытаний в земных условиях, которые подтвердили безотрывное истечение продуктов сгорания из высотного тарельчатого сопла, что существенно упрощает отработку двигателя. Полученные показатели экономичности соответствуют расчетным. Рабочий процесс устойчивый, материальная часть находится в удовлетворительном состоянии.
ГПВРД 58Л
С 1994 г. КБХА по ТЗ ЦИАМа им. Баранова разрабатывает экспериментальный осесимметричный гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель ГПВРД 58Л (ведущие конструкторы - И.В. Липлявый, Ю.А. Мартыненко), предназначенный для исследования рабочих процессов горения водородного топлива в условиях полета при скоростях 3-6,5 М
и высотах от 20 до 35 км. Двигатель работает на жидком водороде, который проходит через тракт охлаждения камеры сгорания и затем попадает в зоны горения. Камера сгорания кольцевая, трехзонная. В первой зоне сгорание водорода происходит в дозвуковом потоке воздуха, в двух других - в сверхзвуковом. Камера сгорания полностью спроектирована и изготовлена в КБХА, при этом были реализованы оригинальные конструкторско-технологические решения.
В 1998 г. ГПВРД успешно прошел летные испытания в составе гиперзвуковой летающей лаборатории "Холод". Двигатель был включен при скорости полета ЗМ, в конце полета на 77 с. скорость достигла 6,47 М. Впервые в мире сгорание водорода в камере происходило в сверхзвуковом потоке. Двигатель полностью и без замечаний отработал по программе испытаний.
РД0155
В 1999 г. КБХА совместно с ГП «Красмашзавод» (КМЗ) создало экспериментальный кислородно-керосиновый двигатель РД0155 (ведущий конструктор - И.И. Фукс).
При разработке двигателя был максимально использован конструкторский и производственно-технологический задел, накопленный в процессе создания серийного двигателя-прототипа РД0244.
