Ракетные двигатели RS-25 программы «Шаттл» возвращаются в лунную программу «Артемида»
Ракетный двигатель шаттлов — RS-25, который обеспечил 135 полетов за три десятилетия, возвращается в космос для осуществления новой миссии Артемиды — отправки людей на Луну
В США создается новая ракета для исследования глубокого космоса. Сверхтяжелой ракете Space Launch System (SLS) и кораблю Orion отводятся ключевые роли в лунной программе Artemis. В 2024 году планируется пилотируемая миссия к Луне и строительство окололунной станции Gateway. Система космического запуска НАСА, или SLS, представляет собой сверхтяжелую ракету-носитель, которая позволит исследовать дальний космос за пределами орбиты Земли. SLS – пока единственная американская ракета, которая способна отправить космический корабль Орион с астронавтами и грузом на Луну за один пуск. Кроме того, планируется, что SLS сможет осуществлять отправку роботизированных научных миссий не только на Луну, а и на Марс, Сатурн, Юпитер.
Когда НАСА начало поиск двигателей для следующей сверхтяжелой американской ракеты, вспомнили об RS-25, как об одном из самых популярных и используемых в прошлом двигателей. Он был основным двигателем космического корабля многоразового использования и обеспечил 135 успешных полетов за 30 лет. По окончании программы «Спейс шаттл»в 2011 году 16 двигателей RS-25 были законсервированы.
Таким образом, представилась возможность отказаться от затрат на разработку новых двигателей, используя уже имеющиеся, а также используя колоссальный опыт программы «Спейс шаттл».
В каждой конфигурации SLS используется основная ступень с четырьмя двигателями RS-25. Первый аппарат SLS, получивший название Block 1, сможет отправить более 27 тонн полезного груза на орбиту Луны. Он будет оснащен двумя пятисегментными твердотопливными ракетами-ускорителями и четырьмя жидкостными ракетными двигателями RS-25. После выхода на околоземную орбиту, вторая ступень SLS c помощью криогенного двигателя (ICPS) отправит КА «Орион» к Луне. Первые три миссии Artemis будут использовать ракету Block 1 с ICPS.
Компания Aerojet Rocketdyne модернизировала 16 двигателей RS-25, которые ранее планировалось использовать для полетов на шаттлах. Их оснастили новыми системами управления и протестировали на более высоких уровнях мощности, необходимых для первых четырех миссий Artemis. Кроме того, начато производство новых, улучшенных версий для будущих полетов.
Такие двигатели будут сжигать около 3 миллионов литров жидкого водорода и жидкого кислорода при температуре выше 3000 ºС, создавая при этом тягу почти в тысячу тонн.
Тот факт, что этот двигатель обладает универсальностью и подходит для запуска SLS, является свидетельством профессиональной работы инженеров, которые впервые построили его еще в 70-х годах. Тем не менее, адаптировать старый двигатель к новой мегаракете оказалось совсем не из области — «подключи и работай». Инженерам пришлось внести несколько изменений и улучшений в конструкцию, чтобы подготовить RS-25 к полетам в более сложных условиях SLS.
В 2015 году, когда НАСА и Aerojet Rocketdyne начали адаптировать существующие двигатели RS-25 для ракеты SLS, то первая модернизация, которую они выполнили, была замена устаревшего контролера полета или бортовой ЭВМ. Его часто называют «мозгом двигателя», поскольку он выполняет важную роль в управлении работой двигателя и управлении протоколами команд, а также обменом данными между двигателем и космическим кораблем. Модернизированный двигатель нуждался в суперкомпьютере, способном обрабатывать современные алгоритмы новой ракеты SLS и он его получил.
Но изменения системы управления двигателем было недостаточно, поскольку архитектура SLS отличается от архитектуры его предшественника шаттла.
Космический шаттл позволял трем RS-25 работать более безопасно, так как они были расположены дальше от основного твердотопливного ракетного ускорителя и во время старта корабля это создавало менее экстремальные тепловые условия.
В конструкции SLS четыре двигателя располагаются в основании ступени ракеты, непосредственно рядом с двумя твердотопливными ракетными ускорителями. Поэтому сопла двигателя RS-25 сильно нагреваются в течение первых двух минут взлета ракеты, когда работают твердотопливные ускорители. Эту проблему решили дополнительной изоляцией сопла двигателя, что явилось одним из ключевых улучшений.
Достаточный запас двигателей, позволяет обеспечить первые четыре миссии Artemis. Модернизированные RS-25 смогут развивать на 5% большую тягу в сравнении со старой модификацией.
НАСА профинансировало Aerojet Rocketdyne для возобновления производства шести новых двигателей, а затем изменило соглашение, добавив к заказу еще 18 дополнительных. Новые RS-25 обеспечат прирост тяги уже в 11%.
Новые передовые метода производства такие как: трехмерная печать, горячее изостатическое соединение давлением и пятиосевое фрезерование помогли снизить затраты на создание новых двигателей на 30% в сравнении с оригинальными двигателями шатла.
Плюс ко всему. компания Aerojet Rocketdyne модернизировала кожух сопла двигателя, который будет собираться из четырех больших металлических конусов, в отличие от предыдущей конструкции, которая состояла из 37 отдельных частей, что снизило стоимость сопла более чем на 20%.
Программа Artemis — это следующий шаг в освоении космоса человеком и исследования Луны и Марса и подготовка человечества к следующему гигантскому скачку: отправке астронавтов на Марс.