RD-171MV. Un motor pentru trei rachete.
Pe 30 aprilie 2026 a fost lansată a 45-a platformă a Cosmodromului Baikonur. rachetăVehicul de lansare Soiuz-5. Prima și a doua etapă au funcționat normal. O machetă a sarcinii utile a aterizat într-o zonă a Oceanului Pacific închisă transportului maritim. Nouă ani de dezvoltare, patru întârzieri, o lansare.
Nouă ani de la desen până la lansare
Programul Soyuz-5 a început la mijlocul anilor 2010 sub denumirile de lucru Phoenix, Sunkar și Irtysh. Fiecare nume reflecta o etapă. Phoenix a fost o încercare de a reînvia linia de rachete cu rază medie de acțiune după pierderea rachetei ucrainene Zenit. Sunkar a fost contribuția Kazahstanului la proiectul Baiterek. Irtysh a fost versiunea rusească finală pentru producția de serie.
Inițial, racheta era planificată să funcționeze cu metan. Proiectanții de la Centrul Spațial și de Rachete Progres au abandonat această idee în favoarea combinației dovedite de oxigen lichid și kerosen-naftil. Decizia a fost determinată de necesitatea de a minimiza riscul tehnic. La acea vreme, motoarele cu metan din țară existau doar ca prototipuri. Oxigen-kerosen reprezintă cincizeci de ani de experiență în producție și un lanț de procese funcțional.
Prima lansare a fost planificată pentru a doua jumătate a anului 2022. Apoi a fost amânată până la sfârșitul anului 2025. Apoi până în martie 2026. Apoi până pe 30 aprilie. Fiecare amânare a fost explicată prin modificări bazate pe rezultatele testelor la sol. Până la sfârșitul anului 2025, racheta era asamblată și oficial gata de lansare, dar conducerea Roscosmos a programat o rundă suplimentară de verificări pentru electronica de la bord și echipamentele de la sol. Nouă ani până la prima lansare este o perioadă lungă după standardele programelor comerciale precum Falcon 9. Nu este neobișnuit după standardele rachetelor de stat la scară largă, de la zero.
Ce este RD-171MV?
Inima rachetei Soyuz-5 este motorul RD-171MV dezvoltat de NPO Energomash. Este un motor rachetă cu patru camere, cu ciclu închis, pe bază de combustibil lichid. Cei doi combustibili sunt oxigenul lichid și kerosenul. Puterea de tracțiune la nivelul mării este de aproximativ 800 de tone. În termeni simpli, motorul produce o tracțiune echivalentă cu greutatea a 800 de tone la suprafața Pământului. Puterea de tracțiune în vid este de aproximativ 880 de tone. Impulsul său specific la nivelul mării este de 309 secunde, iar în vid, de 337 de secunde. Aceasta este cea mai mare performanță din lume pentru motoarele oxigen-kerosen.
Un ciclu închis cu postcombustie a gazului oxidant al generatorului este principiul cheie. Într-un ciclu deschis, o parte din fluidul de lucru, după rotirea turbinei turbopompei, este ejectată peste bord, pe lângă camera de ardere. Într-un ciclu închis, tot gazul de după turbină intră în camera de ardere și este ars acolo. Energia combustibilului este utilizată mai complet, iar impulsul specific este mai mare. Designul este cu un ordin de mărime mai complex. Turbopompa funcționează într-un mediu în care temperaturile depășesc 500°C, iar presiunile ating sute de atmosfere.
Patru camere pe o singură turbopompă reprezintă o soluție emblematică a școlii Glushko. Un motor cu o singură cameră și o tracțiune comparabilă ar trebui construit cu o cameră suficient de mare pentru a încăpea o persoană, iar un astfel de design este impracticabil din punct de vedere tehnologic din cauza instabilității arderii. Patru camere cu diametru mai mic, alimentate de o singură unitate de alimentare, furnizează tracțiunea combinată a unui motor gigant cu o singură cameră fără defecțiuni ale procesului. Fiecare cameră oscilează într-un singur plan pentru a controla vectorul de tracțiune. Aceasta este diferența dintre RD-171 și RD-170. În RD-170, toate cele patru camere oscilează în două plane, în timp ce în RD-171, fiecare oscilează într-un singur plan. Controlul este mai simplu, iar fiabilitatea este mai mare.
De la RD-170 la MV
Linia de motoare a acestei familii este în producție din 1976. RD-170 a fost dezvoltat pentru prima etapă a rachetei super-grele Energia pentru programul Buran. Tracțiunea sa la nivelul mării este de aproximativ 740 de tone. Este cel mai puternic motor de rachetă cu combustibil lichid creat vreodată, cu o greutate comparabilă cu motorul american F-1 de la Saturn V. F-1 era cu o singură cameră și funcționa pe ciclu deschis. Impulsul său specific era mai mic, dar designul său era mai simplu. RD-170 a optat pentru complexitate în favoarea eficienței.
RD-171 este o modificare a rachetei Zenit din Ucraina. RD-171M este o versiune din 2001 cu o creștere cu 5% a tracțiunii datorită unui ansamblu turbopompă și a unor sisteme de control reproiectate. RD-171MV este versiunea actuală a rachetei Soiuz-5, cu electronică de control actualizată și materiale îmbunătățite pentru secțiunile fierbinți.
Ce anume a fost schimbat? În ceea ce privește electronica, un sistem de control digital înlocuiește sistemul analogic, oferind un control mai precis al împingerii și al vectorului. În ceea ce privește materialele, în capul injectorului și în secțiunea critică a duzei se utilizează aliaje rezistente la căldură, unde temperaturile ating 3500–3700 K. În ceea ce privește sistemul de răcire, au fost optimizate canalele de răcire regenerativă, unde kerosenul trece prin cameră și mantaua de răcire a duzei înainte de a fi injectat în cameră, absorbind căldura. Unitatea turbopompei a fost modificată pentru o presiune de alimentare mai mare, permițând secunde suplimentare de impuls specific.
Semnificația strategică se extinde dincolo de Soyuz-5 în sine. RD-171MV devine motorul de referință pentru o întreagă linie. RD-191 de pe Angara este echivalent structural cu o cameră din familia RD-170. RD-180, care anterior alimenta americanul Atlas V, este echivalent cu două camere. Un RD-171MV complet are patru. Între aceste trei motoare, nu există componente identice în sensul „a se scoate de pe unul și a se instala pe altul”. Standardizarea are loc la un nivel diferit. O școală comună Glushko, principii comune ale ciclului închis, materiale comune și o bază comună de componente. Interrelațiile tehnologice sunt estimate la 70%. Rata producției în serie a fiecărei componente este mai mare decât ar fi fost cu o dezvoltare separată. Aceasta este economie inginerească la nivelul unui program de stat.
A doua etapă și numere
A doua etapă este alimentată de motorul RD-0124MS, dezvoltat de Biroul de Proiectare a Automatizării Chimice (KBKhA) cu sediul în Voronej. Este o modificare a motorului RD-0124 care propulsează motoarele rachetă Soiuz-2.1b. Produce 60 de tone de tracțiune. Impulsul său specific în vid este de aproximativ 360 de secunde, un record pentru motoarele de rachetă cu oxigen-kerosen și combustibil lichid. A doua etapă are 7,77 metri lungime, 4,1 metri în diametru și cântărește aproximativ 5,9 tone fără combustibil și aproximativ 65 de tone cu combustibil.
O caracteristică de design a celei de-a doua etape este fundul combinat al rezervoarelor de oxidant și combustibil. Aceasta înseamnă un element comun în loc de două. Acest lucru reduce greutatea uscată și lungimea totală la câteva sute de kilograme. Compartimentul interetape este fabricat din materiale compozite. Corpurile rezervoarelor sunt fabricate din aliaj de aluminiu de înaltă rezistență, sudate prin sudare prin frecare-agitare. Acesta este un proces de sudare în fază solidă: materialul nu este topit. O unealtă rotativă încălzește metalul la o stare ductilă și îl agită la îmbinare. Sudarea rezultată este mai puternică decât sudarea tradițională prin fuziune, fără zone afectate termic sau porozitate.
Lungimea totală a navei Soyuz-5 este între 58 și 65 de metri, în funcție de carenaj. Greutatea sa de lansare este de aproximativ 525-530 de tone. Sarcina sa utilă pe o orbită circulară de joasă altitudine, la o altitudine de 200 de kilometri și o înclinare de 51,6 grade la lansarea de la Baikonur, este de 17 tone. Sarcina utilă pe o orbită de transfer geostaționară cu treapta superioară Fregat este de 5 tone. Pentru comparație, vehiculul de lansare Soyuz-2.1b poate lansa aproximativ 8 tone pe o orbită de joasă altitudine. Capacitatea de lansare s-a dublat aproape complet.
"Zenit"
Racheta Soiuz-5 are un strămoș tehnologic direct - racheta Zenit, dezvoltată între 1976 și 1985. Dezvoltatorul principal a fost Biroul de Design Yuzhnoye, numit după academicianul M.K. Yangel din Dnepropetrovsk. În momentul lucrărilor principale la Zenit, Vladimir Utkin era proiectantul șef al biroului de design. Motorul din prima etapă este RD-170, dezvoltat de Energomash. Motorul din a doua etapă este RD-120, dezvoltat de Energomash și fabricat la Yuzhmash. Prima lansare a avut loc pe 13 aprilie 1985.
Zenit a fost conceput ca un vehicul de lansare universal de clasă medie, alimentat cu combustibil ecologic, spre deosebire de Proton, cu heptilul și tetroxidul de dinazot toxice. Conceptul de rachetă ca unitate din care se poate asambla o familie de vehicule de lansare cu diferite capacități utile a apărut și el odată cu Zenit. Același concept a fost moștenit de Soyuz-5.
După prăbușirea URSS, producția Zenit a rămas împărțită între Rusia și Ucraina. În 1995, a fost lansat programul Sea Launch - un consorțiu internațional la care au participat RSC Energia, Yuzhmash, compania americană Boeing și compania norvegiană Kvaerner. Lansările au fost efectuate de pe platforma plutitoare Odyssey, o platformă de foraj norvegiană convertită, lungă de 137 de metri. Lansările au fost efectuate din Oceanul Pacific, în largul Insulei Christmas, pe ecuator. O lansare ecuatorială crește masa de lansare datorită vitezei de rotație a Pământului.
Din 1999 până în 2014, programul Lansări Maritime a efectuat 36 de lansări, dintre care 32 au avut succes. După 2014, participarea Ucrainei a devenit imposibilă din motive politice. Producția Zenit a încetat în 2015. Platforma Odyssey a fost transferată companiei ruse S7 în 2018. A apărut o dilemă: pierderea infrastructurii operaționale a spațioportului plutitor sau adaptarea unei noi rachete la acesta. S-a luat decizia de a adapta racheta Soiuz-5.
Secvență de lansare. Minut de minut.
Lansarea unei rachete nu este doar o apăsare de buton. Este o ciclogramă, un program cu sute de comenzi, numărate din momentul impactului. Înainte de impact, timpul este numărat cu semnul minus. După impact, este numărat cu semnul plus. Echipajul de lansare are un „trăgător”, un coordonator, care deține o fișă cu momentul exact al fiecărei operațiuni.
Ce s-a întâmplat pe 30 aprilie. Cu un minut înainte de lansare, a fost dată comanda „Pregătire de un minut”. Sistemele au intrat în modul de pregătire finală. Apoi, „Cheia pentru lansare”. Rotirea cheii comută comenzile la modul automat. „Protyazhka-1” și „Protyazhka-2” încep să înregistreze telemetria de la bord și de pe platforma de lansare. „Purgare”. Azotul purjează vaporii de combustibil din conductele motorului, prevenind o explozie.
„Cheie de golire.” Valvele care evaporau oxigenul lichid din rezervoare sunt închise. Până în acest moment, racheta fusese suspendată într-un nor de vapori albi. Evaporarea era constantă, iar oxigenul din rezervoare era alimentat constant. Acum reumplerea este oprită, iar rezervoarele sunt sigilate. „Conexiunea sol-aer.” Catargul de cablu este deconectat, iar racheta comută la alimentarea de la bord.
„Start.” Supapele de alimentare a componentelor se deschid. „Aprindere.” Cele patru camere RD-171MV se aprind simultan. „Preliminară”, „Intermediară” și „Principală” - o creștere secvențială a tracțiunii la valori nominale. Când tracțiunea depășește masa de lansare, racheta începe să urce. Senzorul de contact al portanței este declanșat. Se dă comanda „Ridicare”. Transmisiunea anunță „Hai să mergem”.
Din acest moment, totul este determinat de matematica balisticii. Prima etapă arde timp de aproximativ două minute și jumătate, lansând a doua etapă la o altitudine de aproximativ 60 de kilometri. Separarea se realizează folosind principiul separării la cald. A doua etapă aprinde racheta RD-0124MS înainte ca prima etapă să se separe complet, pentru a menține controlul. Operațiunea continuă apoi doar pe a doua etapă până când se atinge traiectoria calculată.
Ce spun criticii
Proiectul are și dezavantajele sale. Criticile vin din trei surse: conceptul de rachetă, soluțiile arhitecturale și nișa de piață.
Prima linie este conceptul. Andrei Ionin, membru corespondent al Academiei Ruse de Cosmonautică Țiolkovski, a declarat public că Soiuz-5 a fost proiectat inițial ca ataș pentru racheta super-grea Enisei, nu ca un vehicul de lansare comercial independent. Atunci când se încearcă utilizarea atașului ca o rachetă separată, apar probleme de optimalitate.
Un indicator specific este raza de cădere a primei etape. Pentru o rachetă de clasă medie cu două etape, proiectată optim, aceasta este de aproximativ 900 de kilometri de la lansare; pentru Zenit, această cifră a fost practic identică. Pentru Soyuz-5, este de 1100–1200 de kilometri. Aceasta înseamnă că prima etapă este supraponderală pentru rolul său prevăzut. Conform estimărilor furnizate de RSC Energia, reproiectarea acesteia pentru un vehicul de lansare pur comercial ar crește sarcina utilă de la 17 la aproximativ 20 de tone.
A doua linie este arhitectura. Serghei Sopov, fostul șef al S7 Space, a numit în 2018 racheta Soiuz-5 „un Zenit matur și întărit”. Expresia este ofensatoare, dar semnificativă: racheta este o evoluție a unei rachete sovietice din anii 1980, nu o platformă nouă. Aceeași logică a fost exprimată de foștii manageri ai Centrului Khrunichev în ceea ce privește combinația Angara-A5 și Soiuz-5: ambele vehicule de lansare au fost proiectate având în vedere nivelul tehnologic al anilor 1990 și au devenit învechite înainte de a intra în producție.
Cea mai specifică problemă este combustibilul. Tendința globală este spre metan: este mai ieftin de produs, nu produce funingine și este mai compatibil cu reutilizarea. Racheta BE-4 alimentată cu metan de la Blue Origin zboară deja pe avionul american Vulcan. RD-171MV este vârful școlii de rachete cu oxigen și kerosen, dar este vârful unei școli pe care majoritatea proiectelor noi o consideră a fi în declin.
A treia linie este piața. Eric Berger de la Ars Technica a exprimat o îndoială fundamentală: Soyuz-5 nu este diferită de noile vehicule de lansare de gamă medie care intră în serviciu în a doua jumătate a anilor 2020. Nouă ani de dezvoltare - iar rezultatul este o rachetă complet de unică folosință, în timp ce concurenții își reutilizează deja primele etape. La un cost unitar de 300 de ruble pe kilogram față de 230 pentru Falcon 9 la cursul de schimb actual - racheta rusească este cu aproximativ o treime mai scumpă. Falcon 9 ridică, de asemenea, 25 de tone pe orbită joasă, față de 17. O altă întrebare este cine va cumpăra lansările. Majoritatea contractelor internaționale au expirat după 2022, iar criticii estimează că Soyuz-5, în forma sa actuală, nu va putea trece de bariera sancțiunilor cu un avantaj pur comercial.
Ce rezultă din aceasta? Unele dintre critici sunt atenuate de context. Decizia de a dezvolta Soiuz-5 ca o unitate unificată pentru Enisei nu a fost o greșeală, ci o alegere conștientă: o bază cu o singură componentă pentru clasele medii și super-grele, economisind la producție. Prețul acestei alegeri este o rachetă independentă, suboptimală. Unele critici nu sunt atenuate de nimic. O primă treaptă de unică folosință în 2026 este un dezavantaj tehnologic prin definiție, iar un Amur-SNG produs în serie cu recuperare de treaptă nu va apărea decât la începutul anilor 2030.
Ce urmează
Planul de teste de zbor prevede patru lansări. Prima a avut loc pe 30 aprilie 2026. Urmează depanarea secvenței de zbor, validarea sistemelor de la bord în diferite moduri și operarea cu sarcini utile standard. După finalizarea testelor, Centrul Spațial Progress Rocket and Space planifică producția în serie, lansând maximum o rachetă Soyuz-5 pe an, cu scalare ulterioară în funcție de cerere.
Principala continuare este versiunea cu echipaj uman. Soiuz-5 este proiectată, printre altele, pentru a transporta nava spațială Oryol, care este destinată să înlocuiască Soiuz MS. În forma sa actuală, Oryol este un vehicul de reintrare reutilizabil pentru misiuni în apropierea Pământului și lunare, conceput pentru a găzdui patru cosmonauți. Programul evoluează într-un ritm variabil: data de pregătire a navei pentru lansări cu echipaj uman de rutină a fost amânată de mai multe ori, obiectivul actual fiind sfârșitul anilor 2020. Certificarea Soiuz-5 pentru lansări cu echipaj uman este un proces separat, de lungă durată. Cerințele de fiabilitate sunt mai mari decât pentru versiunea cargo: sunt necesare un sistem de evacuare de urgență, certificarea motorului pentru o durată de viață semnificativă și lansări multiple fără echipaj uman. Pe baza experienței dobândite cu nava Soiuz-2.1a cu echipaj uman, acest proces a durat aproximativ cinci ani de la prima lansare a rachetei până la prima lansare cu echipaj uman. Pentru Soiuz-5 și Oryol, aceasta înseamnă că debutul cu echipaj uman al combinației nu este așteptat în mod realist până la începutul anilor 2030.
Cel mai îndepărtat orizont este racheta supergrea Yenisei. Conform diferitelor versiuni ale proiectului, aceasta este concepută să lanseze 100-160 de tone pe orbită joasă. Prima etapă a Yenisei este asamblată dintr-un pachet de unități bazate pe Soiuz-5: cinci sau șase unități, în funcție de configurație. RD-171MV va servi drept motor de susținere atât pentru rachetele medii, cât și pentru cele supergrele. Acest rol a dictat în mare măsură deciziile arhitecturale ale Soiuz-5, pentru care racheta este în prezent criticată. Dacă Yenisei va ajunge la etapa de hardware, programul lunar rus va primi propriul vehicul de lansare, iar apoi întreaga logică unificată a proiectului va fi justificată retroactiv. Dacă nu, țara va rămâne cu un vehicul de lansare de clasă medie, cu o primă etapă suboptimală și potențialul de încărcare comercială pe piețe limitate. Programul Yenisei se află în prezent în etapa de proiectare preliminară, cu termene limită care se schimbă în mod regulat; prima lansare, conform diferitelor estimări, este programată pentru sfârșitul anilor 2030.
În același timp, racheta este adaptată pentru lansări de pe Cosmodromul Vostochny și de pe platforma plutitoare Odyssey; o lansare ecuatorială de pe Sea Launch va adăuga 10-15% la capacitatea sa utilă datorită locației sale geografice. GNL-ul Amur alimentat cu metan, cu o primă etapă reutilizabilă, a fost amânat de la sfârșitul anilor 2020 până la începutul anilor 2030; cunoștințele dobândite din depanarea rachetei Soyuz-5 vor forma baza sa. Oxigen-kerosen este o tehnologie dovedită. Metanul cu o primă etapă reutilizabilă este următoarea.
Pe 30 aprilie 2026, racheta a decolat de pe platforma 45. Macheta a fost lansată în Oceanul Pacific. Motorul RD-171MV a funcționat normal. Acesta nu este sfârșitul a nouă ani de muncă. Acesta este începutul lor, în hardware-ul în sine. Cu toate avertismentele care vin odată cu acel hardware.
Informații