Введение
22 июля 2018 г. исполнилось 60 лет со дня основания в составе конструкторского бюро «Южное» специализированного конструкторского бюро жидкостных ракетных двигателей – КБ-4. В отличие от самостоятельных КБ по разработке ЖРД для ракет различного назначения и различных предприятий главной задачей КБ-4 является разработка ЖРД для ракетных комплексов, разрабатываемых ГП «КБ «Южное». Тесный контакт с разработчиками ракет позволяет более глубоко понимать запросы ракетчиков и находить нужные решения, в том числе за счет применения новых нестандартных схем. Такое взаимодействие, как правило, способствует получению на разрабатываемых двигателях высоких энергомассовых характеристик на уровне лучших зарубежных аналогов.
Основные вехи творческого пути коллектива КБ-4
За прошедшие 60 лет специалистами КБ-4 разработано более 50 двигателей, двигательных и энергетических установок различного назначения, часть которых, в том числе 18 двигателей, прошли полный цикл отработки и устанавливались на ракетах, созданных ГП «КБ «Южное». Практически на каждой из ракет, созданных КБ «Южное», будь то МБР или РН, присутствовали двигатели разработки КБ-4. Рисунки ниже это прекрасно демонстрируют (рис.1, 2) [1].


Это рулевые двигатели для первых и вторых ступеней, в том числе для РН «Циклон» и «Зенит», маршевые двигатели для верхних ступеней и космические двигатели, двигатели специального назначения, в которых применялись высококипящие компоненты топлива АТ+НДМГ, монотопливо, экологически чистое топливо кислород+керосин.
При разработке ЖРД специалисты КБ-4 широко использовали опыт, накопленный при изготовлении и отработке двигателей, разработанных другими КБ СССР для МБР и РН разработки КБ «Южное», которые изготавливались на Государственном предприятии «ПО «Южный машиностроительный завод» и испытывались на стендах КБ и завода. Таких двигателей с тягой от ~50 до ~470 тс было более двух десятков. Этот фактор способствовал накоплению специалистами КБ-4 уникального опыта по решению как конструктивных, так и технологических задач, что способствовало обеспечению высоких энергомассовых характеристик и высокой надежности разрабатываемых двигателей.
Так, в частности:
- высокими энергомассовыми характеристиками обладают маршевые двигатели верхних ступеней РН РД854 и РД861, у которых сверхзвуковые участки сопел трубчатой конструкции. Для реализации этой конструкции потребовалось разработать и освоить совершенно новые технологии изготовления профилированных тонкостенных трубок, их сборки и пайки;
- этапной вехой в творческой биографии КБ-4 является разработка маршевых двигателей вторых ступеней МБР РД857 и РД862, работающих на высококипящих самовоспламеняющихся компонентах топлива. Эти двигатели впервые в мировой практике двигателестроения выполнены по схеме с дожиганием восстановительного генераторного газа.
Кроме того, в этих двигателях применен газодинамический способ управления вектором тяги путем вдува генераторного газа в свехзвуковую часть сопла. В двигателе РД857 был к тому же реализован режим конечной ступени с дросселированием тяги более чем в десять раз, что потребовало применения специальных схемных решений. Создание этих двигателей потребовало модернизации стендовой базы для отработки агрегатов, строительства новых стендов для огневых испытаний узлов. В процессе отработки узлов и двигателей, их квалификации получены уникальные экспериментальные данные по рабочим процессам в камере двигателя, газогенераторе и других узлах, по исследованию газодинамического способа управления вектором тяги ЖРД;
- предметом гордости коллектива КБ-4, мерилом его зрелости и мастерства может служить разработка двигателя РД858 для лунного посадочного модуля. В двигателе применена турбонасосная система подачи компонентов топлива, что позволило за счет повышения давления в камере существенно повысить его энергомассовые характеристики и при этом обеспечить заданное техническим заданием плавное дросселирование тяги в 4,4 раза. В процессе отработки достигнуто восьмикратное дросселирование тяги двигателя. Для подтверждения требуемой надежности испытано 189 двигателей в штатном исполнении, а 3 двигателя испытаны в составе двигательной установки на орбитах искусственных спутников Земли. Отдельные двигатели наработали суммарный ресурс, в 40 раз превышающий потребный. На базе этого двигателя нынешнее поколение специалистов КБ-4 разрабатывает проекты ЖРД для взлетнопосадочных модулей, которые могут применяться в европейских программах по освоению Луны;
- рулевой двигатель РД8 второй ступени РН «Зенит» впервые разработан по замкнутой схеме, с дожиганием окислительного генераторного газа. На его базе разработаны проекты маршевых двигателей для верхних ступеней РН;
- уникальным является многофункциональный двигатель третьей ступени РД866, который выполняет следующие задачи:
--подает горючее высокого давления в рулевой агрегат для управления полетом ракеты на этапах конца полета первой ступени, при полете второй и третьей ступеней;
--обеспечивает управление по крену при полете третьей ступени;
--создает тягу и управляющие усилия на участке разведения космических аппаратов при многократных включениях ЖРД большой тяги и ЖРД малой тяги;
--питает горючим гидропривод качания камеры двигателя большой тяги.
Специалистами КБ-4 разработано пять двигательных установок различного назначения и проведена экспериментальная отработка большинства из них в объеме, достаточном для их летно-конструкторских испытаний в составе ракет.
К их числу относятся:
- газодинамическая двигательная установка Б36, работающая на холодном газе (аргоне), которая обеспечивает управляющие усилия в системе успокоения, ориентации и стабилизации спускаемых аппаратов;
- энергосиловая установка Л905 для управления спускаемыми аппаратами на внеатмосферном и атмосферном участках полета до момента их приземления. В качестве рабочего тела в системе используется подогретый газ СО2;
- двигательные установки ДУ373 и ДУ377, работающие на монотопливе;
- двигательная установка ДУ802 для разгонного блока РН «Днепр», работающая на топливе АТ+НДМГ, отработка которой приостановлена на этапе стендовых испытаний. В ДУ802 впервые применена принципиально новая система подачи компонентов топлива в камеру с использованием пневмонасосного агрегата (ПНА). Применение ПНА позволяет снизить массу ДУ и повысить энергетические характеристики и надежность установки.
Помимо ЖРД и ДУ в период 1970 – 1992 гг. специалисты КБ-4 разработали девять бортовых источников мощности (БИМ), которые применялись в системах управления вектором тяги двигателей твердого топлива и ЖРД.
Накопленный опыт разработки ЖРД, ДУ, БИМов, освоенные эффективные технологии их изготовления и отработки позволяют коллективу КБ-4 предлагать услуги по созданию самых разнообразных двигателей для иностранных заказчиков. Успешный опыт сотрудничества с итальянской компанией «Авио», рядом других зарубежных компаний по разработке ЖРД позволяет коллективу КБ-4 с оптимизмом смотреть в будущее. По контракту с итальянской компанией «Авио» специалистами КБ-4 был разработан маршевый ЖРД для четвертой ступени космической РН легкого класса «Вега», работающий на самовоспламеняющихся долгохранимых компонентах топлива. Компании «Авио» в рамках заключенного контракта поставлено 16 двигателей, изготовленных Южмашем, 11 из которых успешно отлетали в составе РН. Подписан новый контракт с «Авио» на поставку дополнительных партий этих двигателей.
Выводы и перспективы
Сегодня перед коллективом КБ-4 стоят новые, более сложные, задачи в области разработки ЖРД [2].
Решая задачу обеспечения независимости Украины в вопросах доступа в космическое пространство, специалисты КБ-4 ведут разработки целого ряда ЖРД, которые необходимы в качестве маршевых не только для верхних, но и для первых ступеней разрабатываемых ГП «КБ «Южное» перспективных РН.
В частности, для первых ступеней разрабатывается ЖРД с тягой ~250 тс, работающий на экологически чистом топливе керосин+жидкий кислород. Этот двигатель рассматривается как базовый для последующих разработок кластерных двигателей тягой 500, 750 и 1000 тс и является приоритетной разработкой (рис. 3, 4). Разработки ведутся с использованием накопленного опыта и освоенных технологий, с ориентацией на внедрение новых прогрессивных технологий, которые позволят многократно сократить затраты на разработку каждого ЖРД, исключить негативное влияние на окружающую среду.
Анализируя возрастной и профессиональный состав специалистов КБ-4, следует отметить, что в подразделениях КБ продолжают работать лишь единицы «первопроходцев», обладающих бесценными знаниями и опытом и передающих эти знания молодым работникам. Основной костяк составляют специалисты со стажем от 5 до 25 лет работы в КБ-4, достаточно хорошо освоившие технологию разработки ЖРД. Хочется им пожелать активнее и глубже изучать опыт разработок и воплощения в жизнь обширных планов по разработке новых, более совершенных и эффективных ЖРД.
https://journal.yuzhnoye.com/files/issu ... /PDF/1.pdf