¿Por qué los estafadores de la luna no pueden hacer RD-180? Entrevista al académico Boris Katorgin
21 junio en el Foro Económico de San Petersburgo fue la adjudicación de los ganadores del Premio Global de Energía. La comisión autorizada de expertos de la industria de diferentes países seleccionó tres solicitudes del 639 presentado y nombró a los galardonados con el premio 2012 del año, que ya se suele llamar el "Nobel para los ingenieros de potencia". Como resultado, 33 millones de rublos premium este año fueron compartidos por el famoso inventor del Reino Unido, el profesor Rodney John Allam y dos de nuestros destacados científicos: los académicos RAS Boris Katorgin y Valery Kostyuk.
Los tres tienen que ver con la creación de tecnología criogénica, el estudio de las propiedades de los productos criogénicos y su uso en varias centrales eléctricas. El académico Boris Katorgin fue premiado "por el desarrollo de motores de cohetes propulsores líquidos de alto rendimiento en combustibles criogénicos que, con parámetros de alta energía, garantizan el funcionamiento confiable de los sistemas espaciales para el uso pacífico del espacio". Con la participación directa de Katorgina, que había dedicado más de cincuenta años a la empresa OKB-456, ahora conocida como NPO Energomash, se crearon los motores de cohetes líquidos (LRE), cuyo rendimiento ahora se considera el mejor del mundo. El propio Katorgin participó en el desarrollo de esquemas para la organización del proceso de trabajo en motores, la mezcla de componentes de combustible y la eliminación de pulsaciones en la cámara de combustión. También conocido por su trabajo fundamental en motores de cohetes nucleares (YARD) con impulsos y desarrollos específicos altos en el campo de la creación de láseres químicos continuos de alta potencia.
En los tiempos más difíciles para las organizaciones rusas de ciencia intensiva, desde 1991 hasta 2009, Boris Katorgin dirigió NPO Energomash, combinando las posiciones de director general y diseñador general, y logró no solo retener a la compañía, sino también crear varios motores nuevos. La falta de orden interno para los motores obligó a Katorgin a buscar un cliente en el mercado externo. Uno de los nuevos motores fue el RD-180, desarrollado en el año 1995 específicamente para la licitación organizada por Lockheed Martin, una corporación estadounidense, que eligió el motor de cohete de propulsante líquido para el lanzamiento del vehículo Atlas que se estaba modernizando. Como resultado, Energomash firmó un acuerdo para suministrar el motor 101 y, para comienzos del año, el 2012 del año ya había suministrado más de 60 LRE a los EE. UU., De los cuales 35 había trabajado con éxito en los sistemas Atlas para varios satélites.
Antes de la presentación del premio Expert, habló con el académico Boris Katorgin sobre el estado y las perspectivas de desarrollo de los motores de cohetes líquidos y descubrió por qué los motores basados en el desarrollo de hace 40 años todavía se consideran innovadores, y el RD-180 no se pudo recrear en las fábricas estadounidenses.
- Boris Ivanovich, ¿cuál es exactamente su mérito en la creación de motores de chorro de líquido domésticos, y cuáles son considerados los mejores del mundo?
- Para explicárselo a un no especialista, es probable que necesites una habilidad especial. Para LRE desarrollé cámaras de combustión, generadores de gas; en general, lideró la creación de los propios motores para la exploración pacífica del espacio exterior. (En las cámaras de combustión, el combustible y el oxidante se mezclan y arden, y se forma un volumen de gases calientes que, a continuación, expulsados a través de las boquillas, crean la propulsión a chorro; la mezcla de combustible también se quema en los generadores de gas, pero para el funcionamiento de las turbo bombas, que, bajo una enorme presión, inyecta el combustible y el oxidante En la misma cámara de combustión. - "Experto".
- Está hablando de la conquista pacífica del espacio, aunque es obvio que todos los motores, desde unas pocas docenas hasta toneladas de 800, que se crearon en NPO "Energomash", estaban destinados principalmente para fines militares.
- No tuvimos que lanzar una sola bomba atómica, no entregamos una sola carga nuclear al objetivo con nuestros misiles, y gracias a Dios. Todos los desarrollos militares entraron en un espacio pacífico. Podemos estar orgullosos de la enorme contribución de nuestra tecnología espacial y de cohetes al desarrollo de la civilización humana. Gracias a la cosmonáutica, nacieron agrupaciones tecnológicas completas: navegación espacial, telecomunicaciones, televisión satelital, sistemas de detección.
- El motor del misil balístico intercontinental P-9, en el que trabajó, formó la base de casi todo nuestro programa tripulado.
- Al final de 1950-x, realicé un trabajo computacional y experimental para mejorar la mezcla en las cámaras de combustión del motor RD-111, que estaba destinado a ese mismo cohete. Los resultados del trabajo todavía se utilizan en los motores RD-107 y RD-108 modificados para el mismo cohete Soyuz, y se realizaron aproximadamente dos mil vuelos espaciales, incluidos todos los programas tripulados.
- Hace dos años entrevisté a su colega, el ganador de Global Energy, el académico Alexander Leontyev. En una conversación acerca de los especialistas del público general, quien alguna vez fue el propio Leontyev, mencionó a Vitaly Ievlev, quien también hizo mucho por nuestra industria espacial.
- Muchos académicos que trabajan para la industria de la defensa fueron clasificados - esto es un hecho. Ahora mucho está desclasificado, esto también es un hecho. Conozco muy bien a Alexander Ivanovich: trabajó en la creación de métodos de cálculo y métodos para enfriar las cámaras de combustión de varios motores de cohetes. No fue fácil resolver este problema tecnológico, especialmente cuando comenzamos a exprimir la energía química de la mezcla de combustible lo más posible para obtener el impulso específico máximo, aumentando entre otras medidas la presión en las cámaras de combustión a las atmósferas 250. Toma nuestro motor más potente - RD-170. Consumo de combustible con un oxidante - queroseno con oxígeno líquido que pasa a través del motor - 2,5 toneladas por segundo. Los flujos de calor en él alcanzan los megavatios 50 por metro cuadrado, esto es una energía enorme. La temperatura en la cámara de combustión - 3,5 miles de grados centígrados. Era necesario crear un enfriamiento especial para la cámara de combustión, de modo que pudiera funcionar de manera calculada y soportar la presión térmica. Alexander Ivanovich hizo precisamente eso y, debo decir, trabajó en la gloria. Vitaly Mikhailovich Ievlev, miembro corresponsal de la Academia de Ciencias de Rusia, doctora en ciencias técnicas, el profesor, desafortunadamente, falleció bastante pronto, era un científico del perfil más amplio que poseía una erudición enciclopédica. Al igual que Leontyev, trabajó mucho en el método de cálculo de estructuras térmicas de alto estrés. Su trabajo se intersectó en alguna parte, se integró en alguna parte, y como resultado, se obtuvo una excelente técnica por medio de la cual se puede calcular la densidad del calor de cualquier cámara de combustión; Ahora, tal vez usándolo, cualquier alumno puede hacerlo. Además, Vitaly Mikhailovich participó activamente en el desarrollo de motores nucleares de cohetes de plasma. Aquí nuestros intereses se entrecruzaron en aquellos años en que Energomash estaba haciendo lo mismo.
- En nuestra conversación con Leontyev, abordamos el tema de la venta de motores de puré de energía RD-180 en los EE. UU., Y Alexander Ivanovich dijo que, en muchos aspectos, este motor es el resultado de desarrollos que se realizaron justo durante la creación de RD-170, y en cierto sentido la mitad ¿Es esto realmente el resultado de la escala inversa?
- Cualquier motor en una nueva dimensión es, por supuesto, un nuevo dispositivo. RD-180 con una carga de 400 ton es realmente dos veces más pequeño que un 170 RD con un peso de 800 ton. En el RD-191, diseñado para nuestro nuevo misil Angara, el empuje es 200 toneladas. ¿Qué tienen en común estos motores? Todos ellos tienen una turbobomba cada uno, pero el RD-170 tiene cuatro cámaras de combustión, el RD-180 "americano" tiene dos cámaras, y el RD-191 tiene uno. Cada motor necesita su propia unidad de turbopomba, porque si un RD-170 de cuatro cámaras consume aproximadamente 2,5 toneladas de combustible por segundo, para lo cual se desarrolló una bomba de turbina 180 de miles de kilovatios, por ejemplo, más del doble de la capacidad del reactor del Arktika atomic icebreaker. El RD-180 de dos cámaras es solo la mitad, 1,2 toneladas. Participé directamente en el desarrollo de bombas turbo para X-Rum-180 y RD-191, y al mismo tiempo lideré el desarrollo de estos motores en su conjunto.
- ¿La cámara de combustión significa que todos estos motores son iguales, solo que su número es diferente?
- Sí, y este es nuestro principal logro. En una de esas cámaras con un diámetro de solo 380 milímetros, un poco más de 0,6 quema toneladas de combustible por segundo. Sin exagerar, esta cámara es un equipo único de alta temperatura con cinturones de protección especiales contra los poderosos flujos de calor. La protección se lleva a cabo no solo por el enfriamiento externo de las paredes de la cámara, sino también por el ingenioso método de "forrar" una película de combustible que se evapora y enfría la pared. Sobre la base de esta cámara excepcional, que no es igual en el mundo, fabricamos nuestros mejores motores: RD-170 y RD-171 para Energia y Zenit, RD-180 para el Atlas americano y RD-191 para el nuevo cohete ruso "Angara".
- Se suponía que "Angara" reemplazaría al "Protón-M" hace unos años, pero los creadores del cohete enfrentaron serios problemas, las primeras pruebas de vuelo se pospusieron varias veces y el proyecto parece seguir patinando.
- Realmente hubo problemas. Se ha tomado la decisión de lanzar el cohete en 2013. La peculiaridad de “Angara” es que, en función de sus módulos de cohetes universales, puede crear toda una familia de vehículos de lanzamiento con una carga útil de 2,5 a 25 toneladas para llevar la carga a una órbita cercana a la Tierra basada en el motor de queroseno de oxígeno universal RD-191. El Angara-1 tiene un motor, el Angara-3 tiene tres toneladas con una carga total de 600, el Angara-5 tiene toneladas de empuje 1000, lo que significa que puede poner más carga en órbita que el Proton. Además, en lugar de un heptilo muy tóxico, que se quema en los motores Proton, utilizamos un combustible respetuoso con el medio ambiente, después de la combustión del cual solo queda agua y dióxido de carbono.
- ¿Cómo fue que el mismo RD-170, que fue creado en medio de 1970-s, sigue siendo, de hecho, un producto innovador, y sus tecnologías se utilizan como base para el nuevo LRE?
- Similar historia Sucedió con el avión creado después del Segundo Mundo, Vladimir Mjasishchev (bombardero estratégico de largo alcance de la serie M, desarrollado por el OKB-23 1950-s de Moscú - Experto). En muchos sentidos, el avión estaba treinta años adelantado a su tiempo, y luego otros fabricantes de aviones tomaron prestados elementos de su diseño. Así que aquí: en RD-170 hay muchos elementos nuevos, materiales, soluciones de diseño. Según mis cálculos, no se volverán obsoletos por varias décadas más. Este es principalmente el mérito del fundador de NPO Energomash y su diseñador general Valentin Petrovich Glushko y miembro de la Academia Rusa de Ciencias Vitaly Petrovich Radovsky, quien dirigió la compañía después de la muerte de Glushko. (Tenga en cuenta que las mejores características de rendimiento y energía del RD-170 en el mundo se garantizan en gran medida resolviendo el problema de Korgin de suprimir la inestabilidad de la combustión de alta frecuencia debido al desarrollo de particiones antipulsivas en la misma cámara de combustión. "Experto".) Y el motor RD-253 de la primera etapa para cohete portador "proton"? Adoptado tan pronto como 1965, es tan perfecto que hasta ahora nadie lo ha superado. Así es como Glushko enseñó a diseñar, en el límite de lo posible y necesariamente por encima del promedio mundial. Es importante recordar algo más: el país ha invertido en su futuro tecnológico. ¿Cómo fue en la Unión Soviética? El Ministerio de Ingeniería General, a cargo del espacio y los cohetes, en particular, gastó 22 en un porcentaje de su enorme presupuesto en I + D en todas las áreas, incluida la propulsión. Hoy en día, la cantidad de fondos para investigación es mucho menor, y eso dice mucho.
- ¿Significa que estos LRE alcanzan ciertas cualidades perfectas, y sucedió hace medio siglo que un motor de cohete con una fuente química de energía en cierto sentido se vuelve obsoleto: los descubrimientos principales se hicieron en las nuevas generaciones de LRE, ahora estamos hablando más sobre las llamadas innovaciones de apoyo? ?
- Ciertamente no. Los motores de cohetes líquidos tienen una gran demanda y lo estarán durante mucho tiempo, ya que ninguna otra tecnología es capaz de levantar la carga de la Tierra de manera confiable y económica y llevarla a una órbita cercana a la Tierra. Están seguros desde el punto de vista de la ecología, especialmente aquellos que trabajan con oxígeno líquido y queroseno. Pero para vuelos a las estrellas y otras galaxias LRE, por supuesto, completamente inadecuado. La masa de toda la metagalaxia es de 10 a 56 gramos grado. Para acelerar el LRE al menos hasta un cuarto de la velocidad de la luz, necesita una cantidad absolutamente increíble de combustible: de 10 a 3200 gramos, por lo que incluso pensar en ello es una estupidez. El LRE tiene su propio nicho - motores de marcha. En los motores líquidos, puedes acelerar el portador a la segunda velocidad cósmica, volar a Marte, y eso es todo.
- ¿La próxima etapa - los motores de cohetes nucleares?
Por supuesto Se desconoce si viviremos en alguna etapa, y se ha hecho mucho para desarrollar el NRE ya en tiempos soviéticos. Ahora, bajo el liderazgo del Centro Keldysh, dirigido por el académico Anatoly Sazonovich Koroteyev, se está desarrollando el llamado módulo de transporte y energía. Los diseñadores llegaron a la conclusión de que es posible crear un reactor nuclear refrigerado por gas que sea menos estresante de lo que era en la URSS, que funcionará como una central eléctrica y como una fuente de energía para los motores de plasma cuando viajan en el espacio. Actualmente se está diseñando un reactor de este tipo en NIKIET que lleva el nombre de N. A. Dollezhal bajo la dirección del miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de Rusia, Yuri Grigorievich Dragunov. El proyecto también involucra a la oficina de diseño de Kaliningrado, Fakel, donde se crean los motores eléctricos de propulsión. Al igual que en la época soviética, no funcionará sin la oficina de diseño de Voronezh de automatización química, donde se fabricarán turbinas de gas y compresores, para conducir el refrigerante a través de un circuito cerrado: una mezcla de gases.
- Mientras tanto, ¿volamos al motor del cohete?
- Por supuesto, y vemos claramente las perspectivas de un mayor desarrollo de estos motores. Hay tareas tácticas, a largo plazo, no hay límite: la introducción de nuevos recubrimientos más resistentes al calor, nuevos materiales compuestos, reduciendo la masa de los motores, aumentando su confiabilidad, simplificando el esquema de control. Es posible introducir una serie de elementos para un control más completo sobre el desgaste de las piezas y otros procesos que ocurren en el motor. Existen tareas estratégicas: por ejemplo, el desarrollo de metano licuado y acetileno como combustible con amoníaco o un combustible de tres componentes. NPO "Energomash" está desarrollando un motor de tres componentes. Tal motor de cohete podría usarse como motor y en la primera y segunda etapa. En la primera etapa, utiliza componentes bien desarrollados: oxígeno, queroseno líquido y, si agrega aproximadamente el cinco por ciento de hidrógeno, el impulso específico aumentará significativamente, una de las principales características energéticas del motor, lo que significa que puede enviar más carga útil al espacio. En la primera etapa, todo el queroseno se produce con la adición de hidrógeno, y en la segunda etapa el mismo motor pasa de trabajar con combustible de tres componentes a uno de dos componentes: hidrógeno y oxígeno.
Sin embargo, ya hemos creado un motor experimental de una dimensión pequeña y solo aproximadamente 7 toneladas, realizamos pruebas de 44, fabricamos elementos de mezcla a gran escala en las boquillas, en el generador de gas, en la cámara de combustión y descubrimos que primero se puede trabajar en tres componentes y luego cambiar suavemente a dos Todo resulta, se logra un alto grado de combustión, pero para ir más lejos, se necesita una muestra más grande, necesita refinar los soportes para lanzar a la cámara de combustión los componentes que vamos a utilizar en un motor real: hidrógeno líquido y oxígeno, así como queroseno. Creo que esta es una dirección muy prometedora y un gran paso adelante. Y espero hacer algo en la vida.
- ¿Por qué los estadounidenses, habiendo recibido el derecho de jugar RD-180, no pueden hacerlo durante muchos años?
- Los estadounidenses son muy pragmáticos. En 1990-x, al comienzo del trabajo con nosotros, se dieron cuenta de que en el campo de la energía estábamos muy por delante de ellos y necesitamos adoptar estas tecnologías. Por ejemplo, nuestro motor RD-170 en un lanzamiento debido a un impulso específico más grande podría reducir la carga útil dos toneladas más que su F-1 más poderoso, que en ese momento significaba que 20 tenía millones de dólares ganados. Anunciaron una competencia por el motor de 400 toneladas para su "Atlas", que ganó nuestro RD-180. Entonces los estadounidenses pensaron que comenzarían a trabajar con nosotros y en cuatro años tomarían nuestras tecnologías y las reproducirían ellos mismos. Inmediatamente les dije: gastarás más de mil millones de dólares y diez años. Han pasado cuatro años, y dicen: sí, lleva seis años. Los años pasaron, dicen: no, necesitamos otros ocho años. Han pasado diecisiete años, y no han reproducido un solo motor. Ahora solo están en el stand los equipos para esta necesidad miles de millones de dólares. En Energomash tenemos stands donde se puede probar el mismo motor RD-170 en la cámara de presión, cuya potencia de chorro alcanza los 27 millones de kilovatios.
- Escuché bien - 27 gigawatt? Esto es más que la capacidad instalada de todas las centrales nucleares de Rosatom.
“Veintisiete gigavatios es la potencia de un chorro que se desarrolla con relativa rapidez. Cuando se prueba en un banco, la energía del chorro se extingue primero en una piscina especial, luego en una tubería de dispersión con un diámetro de metros 16 y una altura de metros 100. Para construir un soporte similar, que aloja el motor que crea tal poder, necesita invertir mucho dinero. Los estadounidenses ahora abandonaron esto y se llevaron el producto terminado. Como resultado, no estamos vendiendo materias primas, sino un producto con un gran valor agregado, en el que se invierte un trabajo altamente intelectual. Desafortunadamente, en Rusia este es un raro ejemplo de ventas de alta tecnología en el extranjero en un volumen tan grande. Pero esto prueba que si hacemos la pregunta correcta, somos capaces de mucho.
- Boris Ivanovich, ¿qué se debe hacer para no perder las probabilidades ganadas por la construcción de motores de cohetes soviéticos? Probablemente, aparte de la falta de fondos para I + D, otro problema es muy doloroso: ¿el problema del personal?
- Para permanecer en el mercado mundial, debemos avanzar todo el tiempo, crear nuevos productos. Aparentemente, mientras no estamos completamente presionados y el trueno no golpeó. Pero el estado debe darse cuenta de que sin nuevos desarrollos estará en las afueras del mercado mundial, y hoy, en este período de transición, aunque todavía no hemos alcanzado el capitalismo normal, primero debe invertir en el nuevo estado: el estado. Luego, puede transferir el desarrollo para el lanzamiento de una serie de compañías privadas en términos favorables tanto para el estado como para las empresas. No creo que sea imposible encontrar métodos razonables para crear algo nuevo, sin ellos es inútil hablar de desarrollo e innovación.
Hay marcos. Dirijo el departamento en el Instituto de Aviación de Moscú, donde preparamos los motores y lazerschik. Los chicos son inteligentes, quieren hacer el trabajo que están aprendiendo, pero necesitamos darles un impulso inicial normal para que no se vayan, como muchos lo hacen ahora, a escribir programas para la distribución de productos en las tiendas. Para hacer esto, necesita crear un ambiente de laboratorio apropiado, dar un salario decente. Construir la estructura correcta de interacción entre la ciencia y el Ministerio de Educación. La misma Academia de Ciencias resuelve muchos problemas relacionados con la capacitación del personal. De hecho, entre los miembros actuales de la Academia, los miembros correspondientes son muchos especialistas que administran empresas de alta tecnología e institutos de investigación, poderosas agencias de diseño. Están directamente interesados en que los especialistas necesarios en el campo de la ingeniería, la física y la química se asignen a sus departamentos para que reciban de inmediato no solo a un graduado universitario especializado, sino a un especialista ya preparado con algo de experiencia en la vida, científica y técnica. Siempre ha sido así: los mejores especialistas nacieron en institutos y empresas donde existían departamentos educativos. En Energomash y NPO Lavochkin, tenemos departamentos de la sucursal de MAI Kometa, que yo administro. Hay viejas tomas que pueden transmitir experiencia a los jóvenes. Pero queda muy poco tiempo, y las pérdidas serán irreparables: para volver al nivel que existe ahora, tendrá que gastar mucha más energía de la que necesita para mantenerla hoy.
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