Движение вверх: космические двигатели «Кузнецова»

Движение вверх: космические двигатели «Кузнецова»

9 апреля 2020 года на космодроме Байконур состоялся первый пилотируемый старт ракеты-носителя «Союз-2.1а», которая доставит корабль «Союз МС-16» с российско-американским экипажем на Международную космическую станцию. Ракета полностью оснащена российскими комплектующими, в том числе маршевыми двигателями РД-107А и РД-108А производства ПАО «Кузнецов». Примечательно, что в состав экипажа вошел космонавт-испытатель Роскосмоса Иван Вагнер, работавший ранее инженером-конструктором в АО «ОДК-Климов».     

«Кузнецов» сегодня является единственным предприятием Объединенной двигателестроительной корпорации, которое специализируется на создании не только авиационной, но и ракетной техники. С 1960-х годов здесь производятся двигатели, с помощью которых человек впервые поднялся в космическое пространство.

«Кузнецовскими» двигательными установками РД-107А/РД-108А и НК-33 оснащаются все ракеты-носители «Союз». Доля предприятия в сегменте ракетных двигателей на российском рынке составляет 80%, а по пилотируемым пускам – 100%. Мир до сих пор не предложил модель космического двигателя, которая бы превзошла советские/российские разработки по стоимости и надежности в эксплуатации. Они до сих пор составляют основу отечественной космонавтики.

От «Гномов» до великанов

История ПАО «Кузнецов» началась в 1912 году, когда в Москве был открыт механический завод французского общества «Гном» (позже − «Гном и Рон») по сборке одноименных авиационных двигателей. В царской России двигатели устанавливались на покупные самолеты и авиатехнику отечественного производства. Моторы «Гном и Рон» поднимали в небо практически все самолеты времен Первой мировой войны, причем всех сторон конфликта.

После революции завод был национализирован и получил обозначение «№2», а после объединения с заводом №4 в 1927 году стал Государственным заводом №24 имени М.В. Фрунзе. Здесь выпускались в серию первые советские двигатели для легкомоторной авиации и один из лучших поршневых двигателей в мире АМ-34. В 1937 году на самолетах АНТ-25 с двигателями АМ-34 советские летчики под командованием Валерия Чкалова совершили легендарный беспосадочный перелет Москва – Северный полюс – Ванкувер (США).

beseda_s_nach-1._otd._okb.jpg
Н.Д. Кузнецов

В 1941 году завод эвакуируется в Куйбышев (ныне − Самара) и продолжает производить двигатели для военных самолетов и кораблей. В конце 1940-х − начале 1950-х на заводе осваивается выпуск первого в СССР серийного турбореактивного двигателя ВК-1 конструктора Владимира Климова. 

В 1949 году в Куйбышев приезжает конструктор Николай Кузнецов, который возглавляет Государственный союзный опытный завод №2 по разработке и производству опытных реактивных двигателей. Под его руководством создается 57 оригинальных и модифицированных двигателей марки «НК» для самолетов, ракетно-космических комплексов и наземного применения. В 1996 году предприятию присваивается имя конструктора, а после объединения с другими машиностроительными предприятиями Самары весь комплекс получает имя «Кузнецов».

Выход на новые орбиты

Космическая страница в истории предприятия была открыта в 1958 году, когда самарский завод освоил производство новых двигателей РД-107 и РД-108, разработанных в ОКБ-456 специально для межконтинентальной баллистической ракеты Р-7.

Р-7 была жидкостной двухступенчатой ракетой. Первая ступень представляла собой четыре конических боковых блока длиной 19 метров и наибольшим диаметром три метра. На каждом блоке первой ступени были установлены двигатели РД-107. Они располагались симметрично вокруг центрального блока, второй ступени. Каждый двигатель имел шесть камер сгорания, две из которых использовались как рулевые.

3476-4073.jpg
Запуск ракеты-носителя «Восток-1» с Юрием Гагариным

В качестве двигателя второй ступени применялся РД-108, конструктивно основанный на РД-107. РД-108 отличался большим количеством рулевых камер и был способен работать дольше силовых установок блоков первой ступени. Запуск двигателей первой и второй ступени производился одновременно во время старта на Земле при помощи пирозажигательных устройств в каждой из 32 камер сгорания.

Конструкция Р-7 оказалась настолько удачной и надежной, что на ее основе было создано целое семейство ракет-носителей. Они подняли в космос первый искусственный спутник Земли, корабль «Восток» Юрия Гагарина, отправили в полет межпланетные станции для изучения Луны и космического пространства. С помощью двигателей РД-107 и РД-108 и сегодня доставляют на орбиту российских космонавтов, американских астронавтов и космических туристов из разных стран.
 

РД-107/108: двигатель-рекордсмен

С 1960 года РД-107/РД-108 продолжает совершенствоваться, создаются новые модификации. К настоящему времени были проведены работы по модернизации базовых двигателей РД-107 для первой ступени (основные модернизации – двигатели 8Д74, 8Д728, 11Д511 и 14Д22) и двигателей РД-108 для второй ступени (основные модернизации – двигатели 8Д75, 8Д727, 11Д512 и 14Д21) – всего 18 модификаций для различных программ.

4c625fcf0ace3253f93f0c2cc9aa9cdf.png

Двигатель РД-107/РД-108 уже поставил свой космический рекорд по долголетию. Конечно, когда-нибудь и его время пройдет, но еще сегодня ему нет альтернативы во всем мире. В наши дни все космонавты, не только российские, добираются до МКС благодаря этим двигателям. Когда в 2011 году эксплуатация американских шаттлов прекратилась, «Союзы» с двигателями РД-107/РД-108 остались единственным средством доставки на МКС астронавтов NASA и Европейского космического агентства. 

9 апреля этого года с космодрома Байконур впервые с космонавтами на борту стартовала ракета-носитель «Союз-2.1а». Она доставит корабль «Союз МС-16» с российско-американским экипажем на Международную космическую станцию. Ракета полностью оснащена российскими комплектующими, в том числе маршевыми двигателями РД-107А и РД-108А производства ПАО «Кузнецов». Всего же за все время серийного производства с помощью двигателей РД-107, РД-108 и их модификаций выполнено более 1900 запусков космических кораблей.

Трансляция запуска «Союз МС-16». Видео: Россия-24


НК-33: возвращение «лунного» двигателя

В 1960-е годы после первых успехов в освоении космоса СССР включается в «лунную» гонку. Советские ученые разрабатывают сверхтяжелую ракету для полета на Луну. Фантастический по масштабам проект реализовывается силами многих КБ. Для создания двигателя, который смог бы доставить космонавтов на Луну и вернуть их обратно, разработчик ракеты Сергей Королев выбирает Государственный союзный опытный завод №276. Здесь под руководством Николая Кузнецова создается жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) НК-15 для первой ступени ракеты-носителя Н1.

В процессе летных испытаний двигатели дорабатываются до модели НК-33 и разрабатываются модификации для всех четырех ступеней ракеты − НК-15В (НК-43), НК-19 (НК-39), НК-21 (НК-31). Коллектив Кузнецова смог создать высокоэффективный и простой в эксплуатации двигатель. Главным преимуществом НК-33 стал минимальный вес к тяге и чрезвычайная надежность, подтвержденная многократными испытаниями. НК-33 стал первым в мире двигателем в своем классе, выполненным по замкнутой схеме, работающим на компонентах кислород-керосин и предназначенным для многократного применения.

ff1c9742-71a4-42bc-bede-7eceaa3ac3dc.jpg
Фото: ПАО «Кузнецов»

Как известно, американцы опередили Советский Союз в высадке на Луну, и в 1974 году отечественная «лунная» программа была свернута. Более сотни уже изготовленных двигателей НК-33 и НК-43 подлежали уничтожению. Однако Кузнецов пошел наперекор властям и сохранил свое детище, законсервировав и спрятав двигатели на предприятии под Куйбышевым.

В 1990-е годы, когда система госзаказа рушилась на глазах, многие оборонные предприятия находились в режиме выживания. Государство дало им «зеленый свет» на самостоятельную международную торговлю. Здесь и получила продолжение история двигателей НК-33. Извлеченные Николаем Кузнецовым из запасников, они с большим успехом были продемонстрированы широкой публике и привлекли внимание иностранцев.

Зарубежные специалисты поразились оригинальности конструкции НК-33. Созданный КБ − разработчиком авиационных двигателей, он даже внешне сильно отличался от своих ракетных собратьев. Другой особенностью НК-33 была высочайшая надежность. Огромные ресурсы позволили Кузнецову на этапе испытаний выработать около 100 двигателей. Один из образцов НК-33 проработал на стенде более 4 часов, при том что расчетное время работы двигателя в космосе – около 200 секунд. Особенно двигателем заинтересовались американцы, которые затем выкупили часть сохранившихся НК-33 для своей космической программы.

С военного космодрома Плесецк стартовала ракета «Союз-2-1в»
Старт ракеты-носителя легкого класса «Союз-2-1в». Фото: Роскосмос

Работа американцев по доводке двигателей велась совместно с самарскими специалистами. Параллельно проводились отечественные опытно-конструкторские работы по модернизации НК-33 и его адаптации к современным условиям. В 2012 году после испытаний было принято решение использовать ЖРД НК-33 в качестве маршевого двигателя для первой ступени ракеты-носителя легкого класса «Союз-2-1в». В 2013 году «кузнецовский» двигатель спустя 40 с лишним лет после его создания поднялся в небо – первые полеты совершили и американская, и российская ракеты. Современная модификация НК-33А сегодня используется для запуска ракет «Союз-2-1в» и продолжает совершенствоваться.