Почему США покупают российские ракетные двигатели РД-180?

Почти в каждом посте про Илона Маска непременно возникает вопрос: "Если американцы такие крутые, то почему они покупают российские ракетные двигатели?". Попробую на него ответить.

Сначала немного теории. Единственный тип двигателей, который способен оторвать ракету от Земли и разогнать до нужной скорости - это жидкостный ракетный двигатель (ЖРД). Да, про твердотоплиыные я помню, но серийно они применяются только в связке с жидкостными.

Характеристик у ЖРД много, однако нас в данном случае интересуют только четыре:

Начнём по порядку.

Типы топлива у ЖРД используются разные - на серийно используемых двигателях применяются три основные пары горючего и окислителя. Это водород-кислород, кислород-керосин и гептил-амил. Последняя пара - очень опасные яды, первые две при попадании в атмосферу испаряются и окружающей среде вреда не наносят. Соответственно, остаётся два варианта горючего - керосин и водород. Водород позволяет получить больший удельный импульс (об этом - ниже), но у него меньше плотность, что требует увеличения размеров топливного бака.

Двигатель проектируется только под один тип топлива, и изменить это - фактически создать новый двигатель. При этом в СССР-России водородные двигатели практически не использовались. Однако СССР-Россия лидирует по керосиновым двигателям - так, в США не создан (и не планируется) керосиновый двигатель закрытого цикла, который более эффективен, чем ЖРД с открытым циклом. Однако реализовать закрытый цикл сложнее.

Удельный импульс (УИ) - это характеристика количества движения, которое способен создать двигатель, израсходовав единицу топлива. Соответственно чем выше УИ, тем более эффективен двигатель, потому что при том же расходе топлива может создать больше тяги или работать больше времени. УИ считается также одной из главных характеристик эффективности двигателя.

Зависит он от топлива. Так, пара кислород-водород теоретически позволяет получить в вакууме импульс в 428 секунд. Кислород-керосин - 335 с, гептил-амил - 318 с. Измеряется она в секундах - т.е. сколько секунд двигатель способен создавать тягу в 1 кгс, истратив при этом 1 кг топлива. В реальной жизни УИ будет меньше, потому что идеального двигателя не бывает. Снижает импульс и открытая схема двигателя - при ней часть топлива, которая приводит в действие насосы, сбрасывается и не участвует в создании тяги.

Тяга двигателя - это сила, которую двигатель способен приложить к ракете. изменяется в ньютонах или тонн-силах (тс). Больше двигатель - больше тяга, тут всё просто. Также следует помнить, что тяга (как и удельный импульс) в вакууме больше, чем в атмосфере.

И наконец, цена. Она важна, потому что двигатели покупаются и продаются (см. заголовок)Однако нам будет важна нем абсолютная цена, а стоимость двигателя в пересчёте на тонн-силу тяги - ведь можно поставить десяток дешевых маленьких двигателей, а можно - один большой и дорогой.

Однако это и самый недоступный параметр. Секунды и тонны есть в общем доступе, точный цен - нет. Цена продажи и себестоимость могут отличаться очень сильно. А уж пересчитать цену созданного при плановой экономике полвека назад двигателя в современные доллары или рубли и вовсе нереально.

Здесь, естественно, следует учитывать и страну разработки, и массовость, и ещё кучу других факторов. Больше зарплаты конструкторов - больше стоимость двигателя, например.

С теорией разобрались, переходим к примерам.

В 60-х годах в США для полёта на Луну был создан самый мощный (на тот момент) ЖРД - однокамерный керосиновый F-1, с тягой в 690 тс на уровне моря. А вот удельный импульс - всего 265 секунд. Двигатель мощный, но не особо эффективный.

Для лунной программы СССР был создан НК-15, а позе на его базе - НК-33. Тоже керосиновый и однокамерный, но тяга - всего 151 тс на уровне моря. Зато удельный импульс - 297 секунд. Эффективность выше, но меньшая тяга потребовала установки тридцати двигателей на первую ступень Н-1 (против пяти у Saturn-V).

В 1970-х в СССР создаётся РД-170, тоже керосиноый, но четырёхкамерный. На четыре сопла установлен общий турбонасос и другие системы. Тяга на уровне моря - 740 тс, удельный импульс - 309 с на уровне моря, 337 с в вакууме.

В тех же семидесятых в США создаётся однокамерный RS-25 для Шаттла. Тяга - 181 тс, то есть примерно столько же, сколько приходится на одно сопло у РД-170. А вот УИ выше - 363 с на уровне моря, 452 с в вакууме. Причина - в другом горючем, водороде.

В 90-х по заказу США на базе РД-170 создаётся его "половинка" - РД-180. Топливо остаётся то же, удельный импульс практически не меняется - 337 и 311 с. Тяга закономерно снижается вдвое - до 390 тс. Цена - "по мнению ряда экспертов", от 11 до 15 миллионов долларов (получается 28. 38 тысяч долларов за тс).

В тех же 90-х в США создаётся однокамерный RS-68. Горючее - водород, тяга - 289 тс, удельный импульс - 359 с на уровне моря, 409 с в вакууме. Цена - порядка 20 миллионов долларов (69к$ за тс).

И наконец Merlin 1D, установленный на Falcon 9. Керосиновый, однокамерный, открытая схема. Удельный импульс - 282 с на уровне моря, тяга - 74 тс. Цена - мне встречалась оценка в 1,5 или 2,12 миллиона (20. 29 тысяч долларов за тс).

А теперь попробуем ответить на популярные вопросы.

Почему США покупают российские двигатели?

Потому что это было дёшево. Я не знаю, сколько именно получал конструктор или рабочий в 90-х в США и сколько в России, но думаю, что разница - примерно на порядок. Поэтому на волне мра-дружбы жвачки оплатить разработку двигателя на базе уже существующего вышло дешевле, чем использовать свои. К тому же, если использовать керосин, то тут у России преимущество - США отстают в таких двигателях.

Почему же они не летают на своих двигателях?

Опять же - потому что цена. Некоторые запуски делаются и на своих (см. Delta IV), но не все.

Почему они продолжают покупать, несмотря на санкции?

Потому что это по-прежнему дешевле и эффективнее, чем разрабатывать свой двигатель или новую ракету под существующие.

А Россия (минутка политики) эмбарго на импорт продуктов наложила, а на экспорт двигателей - почему-то нет. Вот торговля и продолжается.

А как же Маск и его замечательные двигатели?

Посмотрите на характеристики ещё раз. Эффективность ниже, тяга ниже - понадобится полная переработка ракеты (с падением полезной нагрузки), чтобы вместо одного РД-180 поставить пять Мерлинов.

А как же Маск и его замечательные ракеты?

Госконтракты - штука тонкая. А ракета довольно молодая. Поэтому тендер на разработку корабля и доставку грузов к МКС выиграли, а вот на запуск военных спутников (другие требования к надёжности и массе) не получилось. Но это чисто моё мнение, у вас может быть другое.

Итак, что мы видим в итоге?

США покупают российские ракетные двигатели, потому что это самые эффективные двигатели на керосине, и при этом дешёвые. Однако и свои двигатели у США тоже есть и используются.

11K поста 40.1K подписчик

Какие тут могут быть правила, кроме правил установленных самим пикабу :)

В целом довольно интересно. Однако следует отметить тот факт, что в этом вопросе играет огромную роль кулуарные игры вокруг денег НАСА и контрактов на запуски. Российские двигатели покупает одна из многих компаний, остальные (как и Маск) используют свои наработки. За каждый компанией стоит какая-то группа влиятельных людей, которые не собираются терять такие деньги из-за сугубо политических споров. Отсюда такие выверты с эмбарго.

Просто В США решили не складывать все яйца в одну корзину в условиях запаздывания создания собственного аналога РД-180, и подстраховались, заказ двигатели в России. В любом случае, свою замену они сделают. При этом в США продолжают стимулировать конкуренцию в ракетостроении и коммерциализации космоса. Создаются условия для разработки разных ракет и двигателей разными производителями, включая частников типа Маска, а заказчики, включая государство, уже будет выбирать.

Такой путь в долгосрочной перспективе гораздо лучше, чем как у нас административными решениями решают перспектив конкурентов.

Роскосмом уже потерял значительную долю космических запусков под давлением Маска. И дальше особых перспектив вернуть обратно былые позиции у наших нет, учитывая, что в гонку вступают ещё и Китай с Индией.

А Маск продолжит совершенствовать свои ракеты.

В принципе пост неплохой, но автор допустил одну большую ошибку: написал, что США закупает российский двигатель РД-180.

РД-180 не является российским двигателем. Да, он разработан российскими учеными на основе двигателя рд-170 - но под заказ и за деньги американской компании "Pratt & Whitney", которой принадлежат патентные права на данный двигатель а также производственная линия по его выпуску в России. Так что юридически это американский двигатель, производство которого локализовано в России

"А как же Маск и его замечательные двигатели?

Посмотрите на характеристики ещё раз. Эффективность ниже, тяга ниже - понадобится полная переработка ракеты (с падением полезной нагрузки), чтобы вместо одного РД-180 поставить пять Мерлинов."

Все правда кроме падения полезной нагрузки, с двигателями Мерлин она возрастет поскольку них тяговооруженность ниже. А это значит, что при той же мощности, они весят меньше.

РД-180 закупили потому что было предложено дешево и было сотрудничество, вот и все.

Попробую объяснить, не вдаваясь в технические подробности /99% читателей в них не вникнет и не прочтет - ибо им лениво/ Автор - за технические подробности - снимаю перед вами шляпу.

Итак, США покупает у России РД-180 потому, что Россия их отдает за копейки по американским меркам. /Почему - другой вопрос/

Почему США не производит самостоятельно? Да потому, что /условно говоря/ для самостоятельного производства надо будет потратится на сумму, за которую таких двигателей у России можно будет купить на сто лет вперед.

По-моему для многих так будет доходчивее.

Покупают ибо дешевле-вот это да. А я то думал ибо мир и дружба. Лучше бы рассказал про наличие новых разработок в США и у нас.

И автор, почему ты сравнил наше эмбарго на импорт и экспорт? Мне кажется это они на нас наложили санкции и с их стороны нелогично закупать движки у вражины. ну это ладно.

Говорят, что один из самых выигрышных параметров у движков Маска - это как раз цена. Вот только на сторону они не продают, для себя-то еле успевают собирать. Так что проверить стоимость именно движка вряд ли выйдет, но ракета в сборе недорогая.

А ещё про виды топлива - нынче виден тренд на метан-кислород в разрабатываемых движках. И Энергомаш делает, и SpaceX, и Blue Origin по заказу ULA. Плотность ниже, но ISP выше чем у керосина, горение чистое (важно для любителей тестовых прожигов и повторного использования), да и метан хранится при одной температуре с кислородом - экономим ещё и на теплоизоляции.

Последний обзац надо было вставит первым

Фигасе. РД-180 же американский двигатель. Его тут разработали по заказу США. Производит его американская компания на наших мощностях.

ну есть ещё такой весёлый параметр как тяговооружённость, то есть отношение тяги движка к его весу. на начальных этапах полёта характеристика дюже важная, ибо определяет, с какой скоростью пепелац будет сваливать с нашей планетки. аффтар, есть циферки?

После фразы "Да, про твердотоплиыные я помню, но серийно они применяются только в связке с жидкостными" я еще продолжил читать, думая что автор ошибся, бывает, что уж (как бы почитайте про многострадальную Булаву чтоль, Тополь, или Трайдент американский, да куча их), но вот измерять удельный импульс в секундах, да и говорить, что "это характеристика количества движения, которое способен создать двигатель, израсходовав единицу топлива" это уже слишком. Хоть бы википедию открыли:

"Уде́льный и́мпульс — характеристика реактивного двигателя, равная отношению создаваемого им импульса (количества движения) к расходу (обычно массовому, но может соотноситься и, например, с весом или объёмом) топлива. Чем больше удельный импульс, тем меньше топлива надо потратить, чтобы получить определённое количество движения. Теоретически удельный импульс равен скорости истечения продуктов сгорания, фактически может от неё отличаться. Поэтому удельный импульс называют также эффективной (или эквивалентной) скоростью истечения."

Но всё почему-то меняется, если повернуть в обратную сторону. Вот российские авиакомпании покупают боинги и эйрбасы вместо Тушек и Илов. А почему? - Потому что американское правительство неплохо башляет из государственного кармана, чтобы обеспечить выгодные условия всем покупателям их продукции.

И для России это считается очень плохо, так как наша авиационная промышленность от этого загибается.

А когда то же самое делает США, то это типа прогрессивно ))) - Кому и как это прогрессивно?

кроме двигателеэя больше нахер ниче не надо.

"Луна". Лист из серии "Окна". 2010 год.

Бумага, фломастеры, тушь, изограф. 420х590 мм.

Создан портрет идеального кандидата для полета на Марс

Полет на Марс кажется сейчас не таким фантастическим событием, как несколько лет назад, — уже в этом году Илон Маск планирует испытать космический корабль многоразового использования Starship, предназначенный для путешествия на эту планету. В Институте медико-биологических проблем (ИМБП) РАН в 2011 году проводился эксперимент под названием «Марс-500». Он имитировал пилотируемый полет на Марс и проводился под эгидой «Роскосмоса» и РАН. Во время эксперимента шесть добровольцев находились в замкнутом комплексе 520 суток. «Экипаж» выполнял интенсивную научную программу, составленную РАН, Европейским космическим агентством и Институтом медико-биологических исследований США. Она включала в себя более 100 экспериментов.

Как выяснилось, первое, к чему должен быть приспособлен кандидат, — это дефицит информации, который неизбежно возникнет на космическом корабле.

— Чем длиннее полет, тем больше нервная система человека недополучает разного рода информации, к потокам которой он привык на Земле, тем она однообразнее. И тем слабее связь с родными и близкими, — объяснил ведущий научный сотрудник отдела «Психофизиология и оптимизация профессиональной деятельности операторов» ИМБП РАН доктор медицинских наук Вадим Гущин. — Поэтому он должен быть терпим к сокращению сенсорной и социальной информации, дефициту социальных контактов.

Также ученые установили, что успешный кандидат должен быть интровертом. Как считает заведующий кафедрой нейро- и патопсихологии МГУ им. М.В. Ломоносова профессор Александр Тхостов, человек должен быть самодостаточным, то есть таким, кто не нуждается в постоянном общении с другими людьми.— Это люди, которым не скучно наедине с собой, они всегда найдут себе развлечение, — сказал он.

Важный аспект психологического благополучия участников экспедиции — отношения внутри экипажа. При длительном пребывании в условиях изоляции любые, даже самые незначительные особенности поведения другого человека начинают раздражать. Поэтому чем меньше у кандидата специфических личностных особенностей (в разговоре, в быту, в поведении), тем проще будет и ему, и окружающим.

— Кандидат в «космические путешественники» должен уметь ладить с другими людьми, то есть быть совместимым, — заметил ведущий научный сотрудник отдела космической динамики и математической обработки информации Института космических исследований РАН Натан Эйсмонт. — Он должен уметь находить выходы из ситуаций, которые могут перерасти в конфликтные.

В пример эксперт привел походы полярников. Оказалось, что люди, которые ладили между собой в обычной жизни, стали гораздо чаще ссориться, оказавшись в маленьком коллективе. В какой-то момент они начинали друг друга буквально ненавидеть. Время же эти проблемы только усугубляет.

Также при длительном полете очень важно то, как человек переносит замкнутое пространство и отсутствие приватности.

— Как ни странно, люди, привыкшие в обыденной жизни к скученности, плохо переносят замкнутые пространства, — пояснил Вадим Гущин. — В изоляции у них сильно возрастает уровень тревоги. Заметьте, представители азиатской культуры путешествуют всегда большими группами. Дело в том, что они испытывают сильный дискомфорт, оказавшись рядом с представителем другой культуры, поэтому стремятся буквально отгородиться телами своих соотечественников.

Самый длительный период нахождения в гермокамере (изолированная от внешнего воздушного пространства комната.) во время космических экспериментов в Японии составляет две недели, в то время как в США — два месяца, а в Европе — несколько месяцев. Одним из немногих случаев досрочного завершения эксперимента с долговременной изоляцией стал выход из него представителя из Японии в 1999 году. Таким образом, представители азиатской культуры меньше всего подходят для длительного полета, согласно выводам, сделанным в ИМБП РАН. Больше подходят представители американской и европейской культуры, в том числе россияне.

Что касается гендерного состава экипажа, ученые считают, что лучше сделать его смешанным.

— И у мужчин, и у женщин есть некоторые особенности мышления, которые могут пригодиться в разных ситуациях. Некоторые исследования говорят о том, что женские экипажи в условиях моделирования межпланетной экспедиции показывают себя лучше мужских. Действительно, женщины более исполнительны, дисциплинированы. Однако в мужских экипажах больше творчества, креативности — качеств, столь нужных при освоении ранее неизвестного, — пояснил Вадим Гущин.

Поэтому присутствие на корабле как мужчин, так и женщин будет наиболее эффективно в межпланетном полете.

Еще одно важное качество кандидата в космические путешественники — склонность к риску. Американский предприниматель, занимающийся космическими программами, Илон Маск предупредил, что первым людям, которые полетят на Марс, нужно готовиться умереть там, а не на Земле. Маск уверен, что первыми людьми на Марсе должны стать добровольцы, которых не страшит «великолепное приключение».

— Пожалуй, для первого космического путешествия на другую планету нужны люди, чем-то слегка похожие на первых пиратов, считал известный исследователь, космонавт Борис Моруков. И я с ним согласен, — признался Вадим Гущин. — Для высадки на неизвестную до конца планету, таящую массу сюрпризов и опасностей, нужны люди, готовые рисковать, с авантюрным складом характера. Люди без корней, которым особо нечего терять. Готовые принимать нестандартные решения, брать на себя ответственность.

В первый отряд космонавтов СССР вошли люди, не только натренированные физически, но и готовые умереть ради интересов страны и науки. Перед полетом Юрия Гагарина 90% психологов предполагали, что он буквально сойдет с ума от невесомости. И потому придумали ему сложный пароль для запуска ручного управления, требующий проявления исключительных внимания и памяти.

По воспоминаниям Вадима Гущина, Алексей Леонов, первый человек, вышедший в открытый космос, сказал: «Когда нам, членам первого отряда космонавтов, сообщили, что мы не полетим на Луну, мы были очень огорчены. Нам говорят: мол, вы не вернетесь, техника ненадежна. А мы им ответили, что это недостаточно веская причина. Мы были готовы рискнуть жизнью ради престижа Родины».

— Безусловно, такие люди могут обладать привязанностями на Земле, — оговорился Александр Тхостов. — Однако работа для них должна быть на первом месте, как это и было с первым отрядом космонавтов.

Специалисты уверены: для полета на другие планеты нужны люди с жизненными установками и приоритетами того самого первого отряда, с душевным складом пионеров, первооткрывателей, полагающиеся целиком на себя, независимые, готовые к одиночеству. Их задачей будет в первую очередь выполнить свои задачи и выжить, а не действовать по известным лекалам, кодексам и программам.

Натан Эйсмонт же считает, что космические путешественники должны быть профессионалами именно в своей области деятельности и, условно говоря, «не лезть в чужую работу», быть уверенными в том, что решение напарника лучшее из возможных и не оспаривать его. Это снизит напряжение между участниками полета.

К тому же во время долгого космического путешествия обязательно возникнут непредсказуемые и опасные ситуации, к которым невозможно подготовиться на Земле. Членам экипажа придется рисковать, быстро принимать решения, брать на себя ответственность за их выполнение. Потому что именно от первых колонизаторов Марса будет зависеть работа других специалистов, которые через годы будут налаживать жизнь и работу на других планетах.