РОСКОСМОС-СПОРТ

Интервью

#Роскосмос#Русский космос#Интервью#НПО Энергомаш#Игорь Арбузов#РД-171МВ
08.05.2021 17:30

Самый пламенный мотор

На РД-171МВ в отрасли возлагают большие надежды. Эту модификацию самого мощного в мире жидкостного ракетного двигателя предполагается использовать в перспективных космических программах, в том числе для пилотируемых полетов к Луне. В марте 2021 года был сделан важный шаг в создании РД-171МВ: в НПО Энергомаш (входит в состав Госкорпорации «Роскосмос») с успехом завершился цикл из восьми огневых стендовых испытаний.

Исходный вариант двигателя РД-170/171, на базе которого разработана нынешняя модификация, был создан еще в середине 1970-х в рамках программы «Буран» и обеспечил два пуска легендарной сверхтяжелой ракеты-носителя «Энергия». Кроме того, он успешно применялся на ракете среднего класса «Зенит» вплоть до завершения ее эксплуатации в проектах «Морской старт» (последний пуск состоялся в мае 2014 г.) и «Наземный старт» (декабрь 2017 г.).

Когда в октябре 2017 г. было принято решение о разработке ракеты-носителя сверхтяжелого класса «Енисей», РД-171 стал естественным кандидатом на маршевый двигатель блоков первой ступени. По замыслу, каждый из этих блоков будет являться самостоятельной ступенью в другой перспективной ракете, но уже среднего класса — «Союз-5». Универсальный стартовый комплекс для носителей сверхтяжелого и среднего класса будет построен на космодроме Восточный — отсюда и буквенное сочетание МВ («модифицированный для Восточного») в названии двигателя. Поскольку с 2015 г. двигатель не изготавливался, Энергомаш проделал большую работу по возобновлению серийного выпуска, которую можно сравнить с организацией нового производства.

***

«Двигатель состоялся!»

Подробнее о двигателе РД-171МВ, об итогах первых огневых испытаний и о дальнейших работах журналу Госкорпорации «Роскосмос» — «Русский космос» рассказал генеральный директор НПО Энергомаш Игорь Арбузов.

 

— Игорь Александрович, каков итог испытаний? Что они означают для предприятия?

— РД-171МВ — один из наших ключевых проектов. Испытания, продолжавшиеся три месяца, подтвердили работоспособность изделия и правильность выбранных конструкторско-технологических решений. Теперь по их результатам можно уверенно сказать: да, двигатель состоялся!

— Какие зарубежные аналоги РД-171МВ вы можете назвать? И какие принципы закладывались при его создании?

— А аналогов-то по большому счету и нет. Зарубежные маршевые жидкостные двигатели имеют тягу в несколько раз меньше. Мы идем к созданию ракеты сверхтяжелого класса с полезной нагрузкой более 100 т. Летать она будет редко, и поэтому в проект закладывается принцип, реализованный в системе «Энергия—Буран»: все элементы носителя должны летать самостоятельно. «Боковушки» сверхтяжелой ракеты — это первые ступени «Союза-5» с РД-171МВ, а центральный блок — модифицированная первая ступень «Союза-6» с обновленным РД-180. Эти носители будут летать значительно чаще, чем ракета сверхтяжелого класса.

— Какие дальнейшие планы в отношении двигателя? На какой объем выпуска вы ориентируетесь?

— Еще до начала испытаний мы отправили макет РД-171МВ в самарский РКЦ «Прогресс» для примерки к ступени «Союза-5». До конца года наша задача — собрать несколько РД-171МВ для различных испытаний, в том числе огневых в составе первой ступени. В 2022 г. мы начнем поставку двигателей для летных испытаний.

Предполагаемые объемы выпуска РД-171МВ после 2023 г. составят ежегодно три-четыре единицы. Все будет зависеть от того, как будет формироваться спрос на рынке пусковых услуг на «Союз-5».

— Как в целом идут дела на предприятии? Что изменится с созданием Интегрированной структуры ракетного двигателестроения?

— За последние несколько лет решено большое количество задач, связанных с техническим перевооружением, модернизацией НПО Энергомаш. Сделан серьезный шаг в технологическом развитии, создан цифровой кластер. Все это, безусловно, повышает эффективность конструкторской деятельности, производства, качество выпускаемой продукции и конкурентоспособность предприятия на мировом рынке. Буквально в феврале закончено формирование Интегрированной структуры ракетного двигателестроения, а это дает возможность грамотно распределить нагрузку между предприятиями.

В будущем мы хотим использовать производственную базу НПО Энергомаш только для создания перспективных образцов ракетных двигателей. Освободившись от серийного производства, мы дадим себе возможность сократить сроки разработки новых образцов до 3–4 лет. Скорость вывода двигателя на рынок очень важна, даже принципиальна, так как на этом рынке очень высокая конкуренция.

Что касается прорывных разработок, наше КБ ведет ряд тем по применению в ракетном двигателестроении композитных материалов. Идет проектирование кислородно-метанового двигателя. Еще одним важным направлением является создание водородных двигателей.

 

Для «Иртыша» и «Енисея»

О назначении двигателя, его особенностях, а также о перспективах метановых разработок мы поговорили с главным конструктором НПО Энергомаш Петром Лёвочкиным.

 

— Какие технологии применялись при создании РД-171МВ?

— РД-171МВ относится к семейству мощных маршевых двигателей, в которое входят также РД-170/171, созданный для «Энергии-Бурана» и «Зенита», РД-180, разработанный для американского носителя Atlas, и РД-191 для «Ангары».

РД-171МВ, предназначенный для «Союза-5» («Иртыша»), сделан целиком из российских компонентов и материалов. Кроме того, по опыту работы с РД-180 и РД-191 мы внедрили в него ряд конструктивных изменений и улучшений. Это, в частности, новые исполнительные механизмы системы управления, улучшенная защита от возгораний, новые фильтры на входе и современная система аварийной защиты.

Мы также понизили температуру на турбине, самом напряженном элементе конструкции двигателя, и повысили ее ресурс. При этом тяга осталась прежней, а основной показатель экономичности — удельный импульс тяги — даже подрос. Мы планируем существенное обновление РД-171МВ при переходе на модификацию, предназначенную для сверхтяжелого носителя «Енисей». Но сейчас внедрять эти нововведения нет времени. Дело в том, что «Союз-5» должен полететь уже в 2023 г., а цикл изготовления двигателя составляет 18 месяцев. То есть нам уже сейчас надо разворачивать производство летных изделий. Хотя мы готовы и к применению композитных материалов и порошковой металлургии...

РД-171МВ проектировался «в цифре», то есть параллельно с традиционной конструкторской документацией (КД) сразу на компьютере. Это не просто дань моде: раньше конструкторы выпускали чертежи, а технологи были вынуждены адаптировать их к имеющемуся оборудованию, создавая некую модель двигателя. Фактически это вело к двойному циклу разработки и создавало риск ошибок. Сквозная система автоматизированного проектирования предусматривает создание 3D-модели — подлинника КД, которой пользуются и конструкторы, и технологи. С ее помощью мы уже сейчас, например, переходим на изготовление всех трубопроводов «обвязки» методом трехмерного моделирования.

— Какие цели ставились перед испытаниями?

— Практика создания ракетных двигателей предусматривает цикл наземной отработки, который состоит из двух этапов: автономного — для отдельных узлов и агрегатов — и огневых стендовых испытаний уже собранного изделия.

Сегодня эти два этапа полностью завершены. На одном доводочном двигателе мы провели комплексную проверку всех внесенных в проект изменений, в первую очередь по новым приводам и алгоритмам регулирования. По техническому заданию мы должны были подтвердить надежность, обеспечив определенную наработку по времени. Проверялось функционирование РД-171МВ на всех режимах, включая крайние значения диапазона изменений давления и температуры.

Программа предусматривала восемь огневых испытаний. Первое было коротенькое. Мы даже не выходили на номинальный режим: просто запустились, чтобы «пощупать изделие», и остановились — «выдохнули». Да, вот он, двигатель — собран, работает. После этого мы сняли двигатель, осмотрели его и установили на стенд, как будто только что поставленное изделие, и провели семь остальных испытаний, уже без съема со стенда.

— Все проходило строго по плану или все-таки были замечания?

— Безусловно, при отработке были нюансы. При первых испытаниях вдруг обнаружилось повышенное давление перед приводами системы управления. Стали разбираться — выявили ее взаимосвязь с системой подачи топлива. Доработали алгоритм, согласовали с разработчиками приводов, проверили, пошли дальше...

По результатам испытаний многие вещи будут скорректированы. Например, в первом доводочном двигателе было два разных газогенератора (исходно их тоже два, но одинаковых): базовый, от РД-171М, а на втором применены решения от РД-180 и РД-191. Сейчас мы переходим на новую конструкцию.

В целом можно сказать, что двигатель есть и его сейчас надо просто хорошо и качественно делать.

— Как будут проходить дальнейшие испытания?

— Программа предусматривает производство и испытания еще ряда доводочных и сертификационных двигателей. Тот, который уже испытан на стенде, будет использован для завершающего этапа автономных проверок: его агрегаты пройдут дефектацию, разрезку, металлографические исследования.

Работа на этом не завершится: запланирован второй этап отработки двигателя по программе создания сверхтяжелой ракеты-носителя. Отличия двигателя для «сверхтяжа» от экземпляра для «Союза-5» — в большем (примерно на треть) времени работы. Такую длительность мы должны подтвердить на стенде, для чего предстоит провести цикл ресурсных испытаний. Все работы ведутся исходя из задачи, что «сверхтяж» должен полететь в 2028 г.

— Отвлечемся от РД-171МВ и поговорим о другой перспективной разработке — метановом двигателе. Какой потенциал в этом направлении?

— НПО Энергомаш было родоначальником работ по метану, о котором сейчас много и часто говорят. Метан как компонент топлива имеет определенные преимущества по сравнению с керосином. В паре с кислородом он несколько лучше по энергетике, процесс зажигания смеси упрощен. Но плотность у такого топлива меньше, а температура его криогенная, что неудобно для хранения. Кроме того, газообразный метан взрывоопасен. Таким образом, заниматься «метаном ради метана», наверное, нецелесообразно. А вот применительно к многоразовым системам, наверное, стоит. И сегодня это реализуется в проектах «Крыло-СВ» и «Амур-СПГ».

— Есть мнение, что SpaceX достигает многоразовости двигателей за счет их избыточного ресурса и больших запасов прочности, заложенных в проект. Это так?

— Да, но в повторном использовании есть нюансы. Классический пример — Space Shuttle, который американцы продвигали под лозунгом снижения стоимости выведения на порядок, а то и на два. Но оказалось, чтобы поддерживать эту многоразовость (например, в двигателях) нужно сохранять специальную инфраструктуру, надо содержать персонал. В результате расходы на проект растут — и вместо уменьшения стоимости выведения получается увеличение.

Везде надо смотреть экономическую целесообразность, и тогда одноразовая техника вдруг может оказаться эффективнее многоразовой. Хотя «сорить отработавшими ступенями» одноразовых ракет тоже плохо. Их надо приземлять спокойно, прогнозируемо.

Возвращаясь к РД-171МВ, есть понимание, как сделать двигатель мощнее или экономичнее, но здесь основную роль играют цена и сроки. Сегодня двигатели должны становиться легче и дешевле, с тем чтобы пусковые услуги были конкурентоспособными по стоимости и надежности. И мы видим, что достичь этого можно только за счет внедрения новых технологий. А многоразовость — это отдельная тема. И надо от имеющихся возможностей, созданных предшественниками, переходить к ее реальному, понятному и экономически обоснованному применению.

 

«Облик предприятия изменился кардинально»

О производственной и технологической базе, на которой создается РД-171МВ, а также запланированной в рамках проекта кооперации рассказал директор по производству НПО Энергомаш Василий Марфин.

 

— Какая модернизация проведена на предприятии под этот проект?

— Принципы, изначально заложенные в семейство РД-170/171, позволили НПО Энергомаш не только воспроизводить исходное изделие, но и развиваться (РД-180 и РД-191), хотя последний РД-171М изготовлен более пяти лет назад. Для нас возобновление серии через такой срок равносильно созданию нового двигателя. Это связано и с подготовкой производства, и с обучением и аттестацией персонала. Объем работ по изготовлению необходимой оснастки и техническому перевооружению был велик. Облик предприятия по отношению к 2015 г. в технологическом плане изменился кардинально.

Изготовление РД-171МВ практически полностью переведено на современное металлообрабатывающее оборудование, высокопроизводительные станки с числовым программным управлением. На таком оборудовании мы впервые отрабатываем технологию изготовления трубопроводов под новый двигатель. Уже на третьем экземпляре РД-171МВ все трубопроводы будут изготавливаться без использования шаблонов и ручной гибки.

— Сейчас много говорят о цифровом проектировании. При этом некоторые считают, что это просто сканирование бумажных чертежей. Что бы вы ответили?

— Это не так. В нашем случае исходно разрабатывается трехмерная модель двигателя, и на ее основании в электронном виде создаются технологические процессы. Модель, разработанная конструктором, через технолога-программиста непосредственно уходит на станок с ЧПУ.

— Какая кооперация предусмотрена в рамках проекта?

— Программа производства РД-171МВ построена так, что камеры сгорания будет изготавливать Конструкторское бюро химической автоматики (КБХА), а турбонасосы и общая сборка будут производиться здесь, в Химках.

— Что изменилось в технологиях после включения в контур Интегрированной структуры ракетного двигателестроения новых предприятий, в частности воронежского КБХА?

— Воронеж обладает высокими компетенциями. Предприятие имеет оборудование, которое позволяет, например, делать среднюю часть камеры ракетного двигателя методом «ротационной вытяжки» из одной заготовки. По сравнению со сварным вариантом, выпускаемым заводом «Металлист-Самара», конструкция получилась более технологичной. В перспективе мы планируем применять совершенно новые технологии.

Продолжается подписка на журнал «Русский космос» на 2021 год. Вы можете найти нас в каталоге агентства «Урал-пресс»
Наш индекс: 013856

Сообщить об ошибке в тексте

Фрагмент текста с ошибкой:

Правильный вариант:

При обнаружении ошибки в тексте Вы можете оповестить нас о ней. Для этого нужно выделить мышкой часть текста с ошибкой и нажать комбинацию клавиш "Ctrl+Enter".