Pe 21 iunie, la Forumul Economic din Sankt Petersburg a fost decernat Premiul Global pentru Energie. O comisie autorizată de experți din industrie din diferite țări a selectat trei cereri din cele 639 depuse și a desemnat câștigătorii premiului 2012, care este deja denumit „Premiul Nobel pentru energie”. Drept urmare, 33 de milioane de ruble bonus au fost împărțite în acest an de un cunoscut inventator britanic, profesorul Rodney John Allam, și doi dintre oamenii noștri de știință remarcabili, academicienii Academiei Ruse de Științe Boris Katorgin și Valery Kostyuk.
Toate trei sunt legate de crearea tehnologiei criogenice, studiul proprietăților produselor criogenice și aplicarea lor în diferite centrale electrice. Academicianul Boris Katorgin a fost premiat „pentru dezvoltarea motoarelor rachete cu propulsie lichidă de înaltă eficiență pe combustibili criogenici, care asigură, la parametri energetici înalți, funcționarea fiabilă a sistemelor spațiale pentru utilizarea pașnică a spațiului”. Cu participarea directă a lui Katorgin, care a dedicat mai mult de cincizeci de ani întreprinderii OKB-456, cunoscută acum sub numele de NPO Energomash, au fost create motoare rachete cu propulsie lichidă (LRE), a căror performanță este acum considerată cea mai bună din lume. Katorgin însuși a fost implicat în dezvoltarea schemelor de organizare a procesului de lucru în motoare, formarea amestecului de componente ale combustibilului și eliminarea pulsațiilor în camera de ardere. De asemenea, sunt cunoscute lucrările sale fundamentale asupra motoarelor de rachete nucleare (NRE) cu un impuls specific ridicat și dezvoltări în domeniul creării de lasere chimice continue puternice.
În vremurile cele mai dificile pentru organizațiile rusești de știință intensivă, din 1991 până în 2009, Boris Katorgin a condus NPO Energomash, combinând funcțiile de director general și designer general și a reușit nu numai să salveze compania, ci și să creeze o serie de noi motoare. Absența unei comenzi interne pentru motoare l-a forțat pe Katorgin să caute un client pe piața externă. Unul dintre noile motoare a fost RD-180, dezvoltat în 1995 special pentru a participa la o licitație organizată de corporația americană Lockheed Martin, care a ales un motor de rachetă cu propulsie lichidă pentru vehiculul de lansare Atlas modernizat atunci. Drept urmare, NPO Energomash a semnat un contract pentru furnizarea a 101 motoare și până la începutul anului 2012 livrase deja peste 60 de LRE în Statele Unite, dintre care 35 au lucrat cu succes la Atlas la lansarea sateliților în diverse scopuri.
Înainte de prezentarea premiului „Expert”, am discutat cu academicianul Boris Katorgin despre starea și perspectivele de dezvoltare a motoarelor de rachete lichide și am aflat de ce motoarele bazate pe dezvoltări vechi de patruzeci de ani sunt încă considerate inovatoare, iar RD- 180 nu a putut fi recreat la fabricile americane.
- Boris Ivanovici, care este exact meritul tău în crearea motoarelor interne cu propulsie lichidă, care sunt acum considerate cele mai bune din lume?
- Pentru a explica asta unui nespecialist, probabil, ai nevoie de o abilitate specială. Pentru LRE, am dezvoltat camere de ardere, generatoare de gaz; în general, el a condus crearea în sine a motoarelor pentru explorarea pașnică a spațiului cosmic. (În camerele de ardere, combustibilul și oxidantul sunt amestecați și arse și se formează un volum de gaze fierbinți, care, apoi aruncate prin duze, creează propulsia propriu-zisă a jetului; amestecul de combustibil este ars și în generatoare de gaz, dar deja pentru funcționarea turbopompelor, care pompează combustibil și oxidant sub presiune enormă în aceeași cameră de ardere. - „Expert”.)
— Vorbești despre explorarea pașnică a spațiului cosmic, deși este evident că toate motoarele cu tracțiune de la câteva zeci până la 800 de tone, care au fost create la NPO Energomash, au fost destinate în primul rând nevoilor militare.
„Nu a trebuit să aruncăm o singură bombă atomică, nu am livrat o singură încărcătură nucleară țintei de pe rachetele noastre și, mulțumesc lui Dumnezeu. Toate evoluțiile militare au mers în spațiu pașnic. Putem fi mândri de contribuția uriașă a rachetelor noastre și a tehnologiei spațiale la dezvoltarea civilizației umane. Datorită astronauticii, s-au născut clustere tehnologice întregi: navigație spațială, telecomunicații, televiziune prin satelit, sisteme de sondare.
- Motorul pentru racheta balistică intercontinentală R-9, la care ați lucrat, a stat apoi la baza aproape întregului nostru program cu echipaj.
- La sfârșitul anilor 1950, am efectuat lucrări de calcul și experimentale pentru a îmbunătăți formarea amestecului în camerele de ardere ale motorului RD-111, care era destinat aceleiași rachete. Rezultatele lucrărilor sunt încă folosite în motoarele RD-107 și RD-108 modificate pentru aceeași rachetă Soyuz, aproximativ două mii de zboruri spațiale au fost efectuate pe ele, inclusiv toate programele cu echipaj.
— Acum doi ani, l-am intervievat pe colegul tău, academicianul laureat al Energiei Globale Alexander Leontiev. Într-o conversație despre specialiști închiși publicului larg, care a fost cândva Leontiev însuși, a menționat Vitaly Ievlev, care a făcut și el foarte mult pentru industria noastră spațială.
- Mulți academicieni care au lucrat pentru industria de apărare au fost clasificați - acesta este un fapt. Acum multe au fost desecretizate - și acesta este un fapt. Îl cunosc foarte bine pe Alexander Ivanovici: a lucrat la crearea metodelor de calcul și a metodelor de răcire a camerelor de ardere ale diferitelor motoare de rachete. Rezolvarea acestei probleme tehnologice nu a fost ușoară, mai ales când am început să stoarcem la maximum energia chimică a amestecului de combustibil pentru a obține impulsul specific maxim, crescând presiunea în camerele de ardere la 250 de atmosfere, printre alte măsuri. Să luăm cel mai puternic motor al nostru - RD-170. Consumul de combustibil cu un agent oxidant - kerosen cu oxigen lichid care trece prin motor - 2,5 tone pe secundă. Fluxurile de căldură din acesta ajung la 50 de megawați pe metru pătrat - aceasta este o energie uriașă. Temperatura din camera de ardere este de 3,5 mii de grade Celsius. A fost necesar să se vină cu o răcire specială pentru camera de ardere, astfel încât să poată funcționa cu calcule și să reziste la presiunea căldurii. Alexander Ivanovici a făcut exact asta și, trebuie să spun, a făcut o treabă grozavă. Vitali Mikhailovici Ievlev, membru corespondent al Academiei Ruse de Științe, doctor în științe tehnice, profesor, din păcate, care a murit destul de devreme, a fost un om de știință de cel mai larg profil, poseda o erudiție enciclopedică. Asemenea lui Leontiev, a lucrat mult la metodologia de calcul a structurilor termice cu stres ridicat. Munca lor s-a intersectat undeva, s-a integrat undeva și, ca urmare, s-a obținut o tehnică excelentă prin care se poate calcula stresul termic al oricăror camere de ardere; acum, poate, folosind-o, orice student o poate face. În plus, Vitaly Mikhailovici a participat activ la dezvoltarea motoarelor nucleare cu rachete cu plasmă. Aici interesele noastre s-au intersectat în acei ani când Energomash făcea la fel.
– În conversația noastră cu Leontiev, am vorbit despre vânzarea motoarelor RD-180 Energomash în SUA, iar Alexander Ivanovich a spus că, în multe privințe, acest motor este rezultatul dezvoltărilor care au fost făcute chiar atunci când a fost creat RD-170 și într-un sens, pe jumătate. Ce este - într-adevăr rezultatul scalei inverse?
- Orice motor într-o nouă dimensiune este, desigur, un dispozitiv nou. RD-180 cu o tracțiune de 400 de tone este de fapt jumătate din dimensiunea RD-170 cu o tracțiune de 800 de tone. RD-191, proiectat pentru noua noastră rachetă Angara, are o tracțiune de 200 de tone. Ce au aceste motoare în comun? Toate au o singură turbopompă, dar RD-170 are patru camere de ardere, RD-180 „american” are două, iar RD-191 are una. Fiecare motor are nevoie de propria sa unitate de turbopompă - la urma urmei, dacă un RD-170 cu patru camere consumă aproximativ 2,5 tone de combustibil pe secundă, pentru care a fost dezvoltată o turbopompă cu o capacitate de 180 de mii de kilowați, care este de peste două ori mai mult, de exemplu, ca puterea reactorului spărgător de gheață nuclear Arktika , apoi RD-180 cu două camere - doar jumătate, 1,2 tone. Am participat direct la dezvoltarea turbopompelor pentru RD-180 și RD-191 și, în același timp, am supravegheat crearea acestor motoare în ansamblu.
- Camera de ardere, atunci, este aceeași la toate aceste motoare, doar numărul lor este diferit?
— Da, și aceasta este principala noastră realizare. Într-o astfel de cameră, cu un diametru de doar 380 de milimetri, arde puțin mai mult de 0,6 tone de combustibil pe secundă. Fără a exagera, această cameră este un echipament unic cu stres termic ridicat, cu curele speciale de protecție împotriva fluxurilor puternice de căldură. Protecția se realizează nu numai datorită răcirii exterioare a pereților camerei, ci și datorită metodei ingenioase de „căptușire” a unei pelicule de combustibil pe aceștia, care, evaporându-se, răcește peretele. Pe baza acestei camere remarcabile, care nu are egal în lume, fabricăm cele mai bune motoare ale noastre: RD-170 și RD-171 pentru Energia și Zenit, RD-180 pentru Atlasul american și RD-191 pentru noua rachetă rusă. „Angara”.
- Angara trebuia să înlocuiască Proton-M în urmă cu câțiva ani, dar creatorii rachetei s-au confruntat cu probleme serioase, primele teste de zbor au fost amânate în mod repetat, iar proiectul pare să continue să alunece.
„Au fost într-adevăr probleme. Acum a fost luată decizia de a lansa racheta în 2013. Particularitatea Angara este că, pe baza modulelor sale universale de rachete, este posibil să se creeze o întreagă familie de vehicule de lansare cu o capacitate de încărcare utilă de 2,5 până la 25 de tone pentru lansarea mărfurilor pe orbita joasă a Pământului pe baza aceluiași oxigen-kerosen universal. motor RD-191. Angara-1 are un singur motor, Angara-3 - trei cu o tracțiune totală de 600 de tone, Angara-5 va avea 1000 de tone de tracțiune, adică va putea pune mai multă marfă pe orbită decât Proton. În plus, în locul heptilului foarte toxic care se arde în motoarele Proton, folosim combustibil prietenos cu mediul, după arderea căruia rămâne doar apă și dioxid de carbon.
- Cum s-a întâmplat ca același RD-170, care a fost creat la mijlocul anilor 1970, să rămână, de fapt, un produs inovator, iar tehnologiile sale să fie folosite ca bază pentru noile motoare de rachetă?
- asemănătoare poveste s-a întâmplat cu o aeronavă creată după cel de-al Doilea Război Mondial de Vladimir Mihailovici Myasishchev (bombardier strategic cu rază lungă de acțiune din seria M, dezvoltat de OKB-23 din Moscova din anii 1950. - „Expert”). În multe privințe, aeronava a fost înaintea timpului său cu aproximativ treizeci de ani, iar apoi alți producători de avioane au împrumutat elemente ale designului său. Așa este aici: în RD-170 există o mulțime de elemente noi, materiale, soluții de design. Conform estimărilor mele, acestea nu vor deveni învechite timp de câteva decenii. Acesta este în primul rând meritul fondatorului NPO Energomash și al designerului său general, Valentin Petrovici Glushko, și al membrului corespondent al Academiei Ruse de Științe Vitali Petrovici Radovsky, care a condus compania după moartea lui Glushko. (Rețineți că cele mai bune caracteristici energetice și de performanță ale RD-170 din lume se datorează în mare parte soluției lui Katorgin la problema suprimării instabilității combustiei de înaltă frecvență prin dezvoltarea deflectoare anti-pulsație în aceeași cameră de ardere. - "Expert".) Și motorul RD-253 din prima etapă pentru racheta „Proton”? Adoptat în 1965, este atât de perfect încât nu a fost depășit de nimeni până acum. Exact așa a învățat Glushko să proiecteze - la limita posibilului și neapărat peste media mondială. Un alt lucru important de reținut este că țara a investit în viitorul ei tehnologic. Cum a fost în Uniunea Sovietică? Ministerul Ingineriei Generale, care s-a ocupat de spațiu și de rachete în special, a cheltuit 22 la sută din bugetul său uriaș doar pentru cercetare și dezvoltare - în toate domeniile, inclusiv în propulsie. Astăzi, valoarea finanțării cercetării este mult mai mică, iar acest lucru spune multe.
- Dobândirea anumitor calități perfecte de către aceste LRE, și asta s-a întâmplat cu o jumătate de secol în urmă, că un motor-rachetă cu o sursă de energie chimică devine, într-un fel, învechit: principalele descoperiri au fost făcute în noile generații de LRE, acum vorbim mai mult despre așa-numitele inovații de sprijin?
"Cu siguranta nu. Motoarele de rachete cu propulsie lichidă sunt solicitate și vor fi solicitate pentru o perioadă foarte lungă de timp, deoarece nicio altă tehnologie nu este capabilă să ridice în mod mai fiabil și mai economic încărcătura de pe Pământ și să o pună pe orbita joasă a Pământului. Sunt prietenoase cu mediul, în special cele care funcționează cu oxigen lichid și kerosen. Dar pentru zborurile către stele și alte galaxii, motoarele de rachete, desigur, sunt complet nepotrivite. Masa întregii metagalaxii este de la 10 la a 56-a putere de grame. Pentru a accelera pe un motor de rachetă cu propulsie lichidă la cel puțin un sfert din viteza luminii, este necesară o cantitate absolut incredibilă de combustibil - de la 10 la 3200 de grade de grame, așa că chiar și să te gândești la asta este o prostie. LRE are propria sa nișă - motoare de susținere. Pe motoarele lichide, puteți accelera purtătorul la a doua viteză spațială, puteți zbura pe Marte și atât.
- Următoarea etapă - motoarele de rachete nucleare?
- Desigur. Nu se știe dacă vom trăi pentru a vedea unele etape și s-au făcut multe pentru dezvoltarea motorului rachetei nucleare deja în perioada sovietică. Acum, sub conducerea Centrului Keldysh, condus de academicianul Anatoly Sazonovich Koroteev, se dezvoltă un așa-numit modul de transport și energie. Proiectanții au ajuns la concluzia că este posibil să se creeze un reactor nuclear răcit cu gaz, care este mai puțin stresant decât a fost în URSS, care va funcționa atât ca centrală electrică, cât și ca sursă de energie pentru motoarele cu plasmă atunci când se deplasează în spațiu. . Un astfel de reactor este în prezent proiectat la NIKIET, numit după N. A. Dollezhal, sub îndrumarea membrului corespondent al Academiei Ruse de Științe, Yuri Grigorievich Dragunov. Biroul de proiectare „Fakel” din Kaliningrad participă și el la proiect, unde sunt create motoare cu reacție electrice. Ca și în perioada sovietică, Biroul de proiectare al automatizării chimice din Voronezh nu se va descurca fără el, unde vor fi fabricate turbine cu gaz și compresoare pentru a conduce un lichid de răcire - un amestec de gaze - printr-un circuit închis.
- Între timp, să zburăm pe motorul rachetei?
— Desigur, și vedem clar perspectivele dezvoltării în continuare a acestor motoare. Există sarcini tactice, pe termen lung, nu există limită: introducerea de noi acoperiri, mai rezistente la căldură, noi materiale compozite, reducerea masei motoarelor, creșterea fiabilității acestora și simplificarea schemei de control. Pot fi introduse o serie de elemente pentru a controla mai atent uzura pieselor și a altor procese care au loc în motor. Există sarcini strategice: de exemplu, dezvoltarea metanului lichefiat și a acetilenei împreună cu amoniacul ca combustibil sau combustibil cu trei componente. NPO Energomash dezvoltă un motor cu trei componente. Un astfel de LRE ar putea fi folosit ca motor atât pentru prima cât și pentru a doua etapă. În prima etapă, utilizează componente bine dezvoltate: oxigen, kerosen lichid, iar dacă adăugați aproximativ cinci procente de hidrogen, atunci impulsul specific va crește semnificativ - una dintre principalele caracteristici energetice ale motorului, ceea ce înseamnă că mai mult. sarcina utilă poate fi trimisă în spațiu. În prima etapă, se produce tot kerosenul cu adaos de hidrogen, iar în a doua etapă, același motor trece de la funcționarea cu un combustibil cu trei componente la unul cu două componente - hidrogen și oxigen.
Am creat deja un motor experimental, însă, de dimensiuni mici și o forță de doar aproximativ 7 tone, am efectuat 44 de teste, am realizat elemente de amestecare la scară mare în duze, într-un generator de gaz, într-o cameră de ardere și am aflat că este este posibil să lucrați mai întâi pe trei componente și apoi să treceți ușor la două. Totul merge bine, se obține o eficiență ridicată de ardere, dar pentru a merge mai departe, avem nevoie de o probă mai mare, trebuie să perfecționăm suporturile pentru a lansa componentele pe care urmează să le folosim într-un motor real în camera de ardere: hidrogen lichid și oxigen, precum și kerosen. Cred că aceasta este o direcție foarte promițătoare și un mare pas înainte. Și sper să fac ceva în viața mea.
- De ce americanii, după ce au primit dreptul de a reproduce RD-180, nu îl pot face de mulți ani?
Americanii sunt foarte pragmatici. În anii 1990, chiar de la începutul lucrului cu noi, au realizat că în domeniul energetic eram cu mult înaintea lor și trebuia să adoptăm aceste tehnologii de la noi. De exemplu, motorul nostru RD-170 dintr-o singură lansare, datorită impulsului său specific mai mare, putea scoate cu două tone mai multă sarcină utilă decât cel mai puternic F-1 al lor, ceea ce însemna la acea vreme un câștig de 20 de milioane de dolari. Ei au anunțat un concurs pentru un motor de 400 de tone pentru Atlasele lor, care a fost câștigat de RD-180. Atunci americanii s-au gândit că vor începe să lucreze cu noi, iar în patru ani ne vor lua tehnologiile și le vor reproduce ei înșiși. Le-am spus imediat: veți cheltui mai mult de un miliard de dolari și zece ani. Au trecut patru ani și ei spun: da, e nevoie de șase ani. Au trecut mai mulți ani, spun ei: nu, mai avem nevoie de opt ani. Au trecut șaptesprezece ani și nu au reprodus niciun motor. Acum au nevoie de miliarde de dolari doar pentru echipamentele de bancă. Avem standuri la Energomash unde puteți testa același motor RD-170 într-o cameră de presiune, a cărei putere a jetului ajunge la 27 de milioane de kilowați.
- Am auzit bine - 27 gigawați? Aceasta este mai mult decât capacitatea instalată a tuturor centralelor nucleare din Rosatom.
- Douăzeci și șapte de gigawați este puterea jetului, care se dezvoltă într-un timp relativ scurt. Când este testată pe un stand, energia jetului este mai întâi stinsă într-o piscină specială, apoi într-o țeavă de dispersie cu un diametru de 16 metri și o înălțime de 100 de metri. Pentru a construi un astfel de stand, în care este plasat un motor care creează o asemenea putere, trebuie să investești mulți bani. Americanii au abandonat acum acest lucru și iau produsul finit. Drept urmare, nu vindem materii prime, ci un produs cu o valoare adăugată uriașă, în care s-a investit forță de muncă foarte intelectuală. Din păcate, în Rusia, acesta este un exemplu rar de vânzări high-tech în străinătate într-un volum atât de mare. Dar demonstrează că, cu formularea corectă a întrebării, suntem capabili de multe.
— Boris Ivanovici, ce trebuie făcut pentru a nu pierde avansul câștigat de clădirea motorului rachetă sovietic? Probabil, pe lângă lipsa de finanțare pentru cercetare și dezvoltare, o altă problemă este și foarte dureroasă - personalul?
— Pentru a rămâne pe piața mondială, trebuie să mergem mereu înainte, să creăm produse noi. Aparent, până când am fost complet apăsați și a lovit tunetul. Dar statul trebuie să realizeze că, fără noi evoluții, va fi la marginea pieței mondiale, iar astăzi, în această perioadă de tranziție, deși nu am ajuns încă la capitalismul normal, statul este cel care trebuie să investească în primul rând în noul. Apoi puteți transfera dezvoltarea pentru lansarea unei serii de companii private în condiții care sunt benefice atât pentru stat, cât și pentru afaceri. Nu cred că este imposibil să vină cu metode rezonabile de a crea ceva nou, fără ele este inutil să vorbim despre dezvoltare și inovație.
Există cadre. Conduc un departament la Institutul de Aviație din Moscova, unde pregătim atât ingineri de motoare, cât și ingineri laser. Băieții sunt deștepți, vor să facă ceea ce învață, dar trebuie să le dăm un impuls inițial normal ca să nu plece, ca mulți acum, să scrie programe de distribuire a mărfurilor în magazine. Pentru a face acest lucru, este necesar să se creeze un mediu de laborator adecvat, să se acorde un salariu decent. Pentru a construi structura corectă de interacțiune între știință și Ministerul Educației. Aceeași Academie de Științe rezolvă multe probleme legate de pregătirea personalului. Într-adevăr, printre membrii activi ai academiei, membri corespondenți, se numără mulți specialiști care gestionează întreprinderi de înaltă tehnologie și institute de cercetare, birouri de proiectare puternice. Ei sunt direct interesați ca specialiștii necesari în domeniul ingineriei, fizicii, chimiei să fie crescuți la departamentele alocate organizațiilor lor, astfel încât să primească imediat nu doar un absolvent universitar de specialitate, ci un specialist gata făcut, cu ceva viață și experiență științifică și tehnică. Mereu a fost așa: cei mai buni specialiști s-au născut în institute și întreprinderi în care au existat departamente de învățământ. La Energomash și la NPO Lavochkin avem departamente ale filialei MAI Kometa, pe care le conduc. Sunt cadre vechi care pot transmite experiența tinerilor. Dar a mai rămas foarte puțin timp, iar pierderile vor fi irecuperabile: pentru a vă întoarce pur și simplu la nivelul actual, va trebui să depuneți mult mai mult efort decât este necesar astăzi pentru a-l menține.