Космические твердотопливные двигатели

Последовательность функционирования перечисленных РДТТ заключалась в следующем. Через 0,5–0,7 с после команды на выключение маршевых ЖРД отработавшей ступени включаются РДТТ, обеспечивающие «осадку» топлива в баках последующей ступени. Спустя еще 0,1–0,2 с включаются тормозные РДТТ, отделяющие отработавшую ступень. В этот момент тяга ее маршевых двигателей еще составляет 10 % номинального значения. Тормозные РДТТ продолжают работать, а последующая ступень в течение 0,1–0,6 с совершает полет по инерции и под действием тяги РДТТ «осадки» топлива (например, через 1 с после момента разделения первой и второй ступеней расстояние между ними достигает 2 м). Затем подается команда на включение маршевых ЖРД. Через 3–6 с они выходят на номинальный рабочий режим, и действие РДТТ «осадки» топлива прекращается, а вскоре эти РДТТ сбрасываются, чтобы уменьшить «пассивную» массу ступени. Операции сброса осуществляются при помощи пиротехнических систем и пружинных толкателей.

Вспомогательные РДТТ ракеты-носителя «Сатурн-5» одинаковы по своей конструкции. В их стальных цилиндрических корпусах содержатся заряды с внутренними звездообразными каналами, изготовленные из смесевого топлива на основе перхлората аммония и полисульфидного каучука. Наиболее крупными являются тормозные РДТТ первой ступени; их высота 2,24 м, диаметр 0,39 м, масса 228 кг (в том числе 126 кг топлива). Наименьшие РДТТ, обеспечивающие «осадку» топлива в баках третьей ступени, содержат по 27 кг топлива.

«Титан-ЗСи», «Спейс Шаттл». На каждом из двух твердотопливных «навесных» их двигателей (о которых будет рассказано далее) имеется восемь РДТТ отделения, сгруппированных в два блока. РДТТ «Титан-ЗСи» показаны на последней странице обложки в момент их включения. Далее мы рассмотрим РДТТ аппарата «Спейс Шаттл», которые отличаются от двигателей РН «Титан-ЗСи» лучшими характеристиками. Они развивают тягу по 95 кН и работают 0,7 с (а с учетом процессов нарастания и спада тяги — 1,2 с). Суммарный импульс тяги каждого двигателя 82 кН с. Топливный заряд массой 35 кг с внутренним каналом в виде шестнадцатиконечной звезды (обеспечивающим большую поверхность горения) размещен в цилиндрическом корпусе диаметром 32,6 см. Общая длина двигателя 88 см при массе 74 кг.

При сгорании топлива в камере РДТТ образуются газы с высоким давлением (около 13 МПа), что позволяет достаточно эффективно использовать потенциальную химическую энергию топлива. Корпус РДТТ и деталь крепления сопла изготовлены из алюминиевого сплава, выходная часть сопла — стальная, неохлаждаемая, горловина сопла — графитовая.

При проектировании РДТТ отделения «Спейс Шаттл» обращалось особое внимание на то, чтобы реактивные струи газов, истекающих из РДТТ, не повредили теплозащитное покрытие этого аппарата во время полета. Поэтому необходимо было исключить возможность попадания в газовые струи каких-либо посторонних твердых частиц (частей воспламенителя и теплозащитных покрытий и т. д.). Даже состав топлива РДТТ был выбран таким, чтобы содержание этих частиц в продуктах сгорания было небольшим: в смесевом топливе всего 2 % алюминия (остальное — перхлорат аммония и полибутадиен с гидроксильными концевыми группами).

МАРШЕВЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ РДТТ

Далее на примере конкретных образцов двигателей ракет-носителей и космических аппаратов поясняются, те области применения космических маршевых РДТТ, которые перечислены в начале брошюры. Рассматриваемые образцы дают представление о современном состоянии развития космических РДТТ в отдельных странах и во всем мире, о возможных технических решениях, о разнообразии реализованных конструкций, о некоторых проблемах создания и использования космических РДТТ, о значении этих двигателей. Начнем рассказ с одной из последних разработок.

Двигатель SRM. Его полное название в переводе о английского означает «Твердотопливный ракетный двигатель». SRM является крупнейшим среди современных РДТТ, Он характеризуется следующими данными: высота 38,2 м, диаметр корпуса 3,71 м, масса 568 т. Работая в течение 122 с, двигатель развивает полный импульс тяги почти 1300 МН с при максимальной тяге ~ 14 МН.

Рис. 8. Двигатель SRM

В SRM используется смесевое топливо, состав и. характеристики которого приведены на стр. 13. Двигатель имеет ту особенность, что масса его топливного заряда, составляющая 502 т (т. е. 88,4 % от общей массы), распределена почти поровну между четырьмя секциями (рис. 8), которые изготавливаются отдельно и соединяются затем в одно целое при помощи механических замков с устанавливаемыми вручную штифтами-фиксаторами. Такая секционная (сегментная) конструкция разрешает проблемы, связанные с изготовлением и транспортировкой столь крупного РДТТ. Его можно перевезти в разобранном виде с завода-изготовителя прямо на космодром и собрать там в течение одних суток.