Космическая отрасль совершает новый виток в развитии: российские инженеры создают «зелёные» двигатели для будущих ракет. Акцент на экологию и многоразовость — вот главные тренды, которые определяют облик космонавтики завтрашнего дня. И здесь АО «НИИМаш» (Научно-исследовательский институт машиностроения) демонстрирует впечатляющие результаты.
В течение последних десяти лет специалисты института вели активную работу над перспективными жидкостными ракетными двигателями малой тяги (ЖРДМТ). Их ключевая особенность — использование экологически безопасных компонентов топлива. Если раньше в таких двигателях часто применялись высокотоксичные производные гидразина, то теперь в качестве горючего инженеры тестируют нафтил, сжиженный природный газ (метан) и даже водород, а окислителем служит обычный газообразный кислород. Это делает эксплуатацию и обслуживание космической техники, особенно многоразовой, значительно безопаснее для людей и окружающей среды.
Один из флагманских проектов — двигатель тягой 25 ньютонов, работающий на паре «кислород + нафтил». В 2022 году он успешно прошел суровые испытания, подтвердив свою надежность. Двигатель способен включаться до 1000 раз и работать в сумме до 2400 секунд, выдерживая экстремальные температуры. Для создания условий, близких к космическому вакууму, специалисты модернизировали испытательный стенд, используя специальную газоэжекторную установку.
Но настоящим технологическим прорывом стало активное внедрение аддитивных технологий, или, проще говоря, 3D-печати металлом. Этот метод позволяет создавать сложнейшие детали двигателей, такие как камеры сгорания с миниатюрными каналами для эффективного охлаждения, в виде единого целого. Раньше на их изготовление уходили недели и месяцы, теперь — значительно меньше.
Успехи впечатляют: напечатанные на 3D-принтере из специального сплава камеры для двигателей тягой 10, 100 и 250 Н, работающих на метане и водороде, уже прошли огневые испытания. Например, двигатель 100Э1097 тягой 10 Н стабильно запускался 13 раз, а его «старший брат» на 100 Н показал рекордную эффективность сгорания топлива. Хотя с водородом еще предстоит работать — его эффективность пока ниже ожидаемой, что открывает поле для новых исследований.
Конечно, не все проходило гладко. При испытаниях самого мощного двигателя в 250 Н обнаружилась проблема с эрозией материала в зоне наибольшего нагрева. Однако инженеры видят в этой схеме большой потенциал и уже планируют доработки.
Накопленный в АО «НИИМаш» опыт не остался лишь теорией. Разработанные решения легли в основу созданного совместно с Южно-Уральским государственным университетом макета-демонстратора двигательной установки для многоразовых ракет-носителей. Его успешные огневые испытания — яркое доказательство того, что будущее за многоразовыми и экологичными технологиями.
Таким образом, работа, ведущаяся в стенах института, — это не просто научные изыскания. Это реальный вклад в создание новой, более экономичной, безопасной и часто летающей космической техники, которая определит лицо отрасли на десятилетия вперед.
Исследование опубликовано в журнале «Космическая техника и технологии»
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
