КБХА (Воронеж): от советского задела к новым разработкам

В сентябрьском номере специализированного научно-популярного журнала «Российский космос» опубликована статья «Первый после советского», посвященная деятельности ОАО КБХА. К сожалению, автор не учел в ней поправки и замечания, предложенные специалистами ОАО КБХА. По этой причине в публикации содержатся недопустимые фактические ошибки. Во избежание неоправданной критики в адрес предприятия приводим ниже редакцию данной статьи с внесенными исправлениями и замечаниями.

От советского задела к новым разработкам

В Воронеже сдают в серийное производство новые жидкостные ракетные двигатели

• 
• Рулевой двигатель РД0110Р (14Д24) - с сайта КБХА

ТТХ РД0110Р (14Д24) - здесь

11 июня в воронежском Конструкторском бюро химавтоматики успешно завершились межведомственные испытания нового кислородно-керосинового ракетного двигателя 14Д24. Разработанный в КБХА в сжатые сроки (за три года) и изготавливаемый на Воронежском механическом заводе, этот двигатель предназначен для использования в составе первой ступени новой космической ракеты-носителя легкого класса «Союз-2.1в» разработки самарского «ЦСКБ-Прогресс». Межведомственные испытания двигателя и огневое стендовое испытание первой ступени ракеты, проведенное недавно в НИЦ РКП, открыли прямую дорогу к первому летному испытанию ракеты-носителя.

Сдача новых ракетных двигателей в серию приобретает в КБХА регулярный характер.

27 августа в Воронеже успешно завершены межведомственные испытания еще одного нового ракетного двигателя – РД-0124А, предназначенного для использования в составе универсального ракетного модуля УРМ-2 космической ракеты «Ангара» разработки ГКНПЦ им. М.В. Хруничева.

А не так давно – 25 июня – успешным запуском с Байконура космического аппарата «Ресурс-П» завершились летно-конструкторские испытания ракеты «Союз-2.1б». На ее третьей ступени установлен двигатель КБХА 14Д23. Опять же – не советский задел, а новая разработка.

Два года назад в новостных лентах информагентств промелькнуло сообщение о том, что «воронежское предприятие «КБХА» в присутствии главы Роскосмоса Владимира Поповкина провело контрольно-технологическое испытание первого российского жидкостного ракетного двигателя 14Д23». Уже известно, что использование этого двигателя позволяет увеличить грузоподъемность ракеты примерно на тонну. А генеральный директор – генеральный конструктор КБХА Владимир Рачук особо отметил, что 14Д23 стал первым российским двигателем, разработанным со времен СССР и полетевшим на отечественной ракете.

Как же создавался новый двигатель, который специалисты уже окрестили мировым рекордсменом по экономичности?

• 
• РД0124 (14Д23) - с сайта КБХА

ТТХ ЖРД РД0124 (14Д23) - здесь

Совсем не лишняя тонна    

Да, действительно сегодня экономичность двигателя - один из главных вопросов. Кстати, с американцами у нас здесь давнее соперничество. Причем, они со своим «Сатурном-5» начинали довольно резво – 260 кг тянули с килограмма топлива. Новые их разработки тащат не более 300 кг. Что касается отечественных разработок, то предыдущий наш, воронежский двигатель РД-0110 дал показатель в 326 кг, коллеги из РКК «Энергии» - 350 кг. А новый двигатель КБХА 14Д23, о котором идет речь, обеспечивает тягу в 359 кг с килограмма топлива. Это лучший, и пока что непревзойденный показатель в мире среди всех кислородно-керосиновых ракетных двигателей.

Как все начиналось? Еще в 1992 году самарцы из «ЦСКБ-Прогресс» предложили разработать более совершенный двигатель вместо РД-0110 для перевозки грузов. Проектным заданием оговаривалось, что он будет экономичнее предшественников, и массу полезной нагрузки поднимет с тогдашних 7 до 8 тонн. Представляете – добавляется целая тонна. А что такое лишняя тонна, поднятая на орбиту? Ну, по крайней мере, лишний спутник или немалый груз для МКС. Согласитесь, не так уж и плохо.

Поломать голову над этой непростой задачкой взялись специалисты «Энергомаша» и КБХА. Особо стоит отметить, что главным разработчиком кислородно-керосиновых двигателей замкнутой схемы всегда значился именно «Энергомаш», а воронежцы до этого с подобными задачами не сталкивались. И вдруг – 359 кг груза на килограмм топлива. Для кого-то этот результат стал неожиданным, но факт остается фактом – в КБХА разработали жидкостный кислородно-керосиновый двигатель, который пока что по праву считается лучшим в мире.

За счет чего удалось победить в соперничестве с именитыми соперниками? Как известно, мировая конструкторская мысль пока что ничего принципиально нового не изобрела, и все КБ сегодня работают, в общем-то, по двум направлениям – это повышение давления в камере сгорания двигателя, и повышение эффективности смесеобразования. В чем заковырка? Дело в том, что с ростом давления в камере сгорания и повышением коэффициента массового соотношения окислителя и горючего растет не только удельный импульс тяги двигателя, но и удельный тепловой поток в стенку камеры ЖРД. Грубо говоря, если раскочегарить двигатель посильнее – стенки не выдержат. Вот и пришлось воронежским конструкторам проявить смекалку, нестандартное мышление, точность расчетов.

Главный конструктор ракетных двигателей Виктор Горохов подводит к образцу двигателя. - Вот турбина… Вот насос окислителя и насос горючего, - говорит он, - Чтобы крутить турбину – необходим газогенератор… Вот газ идет в камеру… Чтобы обеспечить должное давление – требуется высокая температура генераторного газа. Так что колебания температур здесь очень большие.

Конструкторы говорят, что максимальная температура, которая требуется для вывода двигателя на рабочий режим, достигает 860 градусов по Кельвину. Стало быть, двигатель должен быть рассчитан на эту температуру. Но ведь средняя температура двигателя все-таки меньше. Вот воронежцы и задумались: а что будет, если уменьшить колебания температур? И, представьте, им удалось среднюю температуру ограничить рамками в 720-740 градусов.

- Мы создали двигатель, - говорит Виктор Горохов, - который запускается без, так называемого, заброса температур. Следовательно, мы получили более высокую среднюю температуру, ведь процесс генерации газа, протекая эффективнее прежнего, обеспечивает более высокий уровень давления в камере.

Другое важное направление работы по созданию нового двигателя – совершенствование процесса смесеобразования.

- Компоненты должны поступать и впрыскиваться в камеру сгорания равномерно, хорошо перемешанными, - говорит Виктор Горохов, - и разработанные нами смесевые элементы отлично работают на эту задачу. И равных им нет.

Крайне важно то, что новый двигатель по конфигурации, массе практически идентичен предшествующему. А это означает, что его установка на ракету-носитель не требует каких-либо переделок, дополнительных работ и расходов. Образно говоря, вынув старый двигатель, вы безо всяких усилий, ставите на его место новый. И получаете лишнюю тонну полезного груза, которую можно забросить на орбиту. Разве это не успех?

Будущее за «водородом»?

- Досадный факт, - констатирует первый заместитель генерального конструктора предприятия Сергей Лобов, - Россия пока что единственная из крупных космических держав, у которой нет в эксплуатации ракеты-носителя с использованием двигателя, который бы работал на топливе «жидкий кислород – жидкий водород».

Что ж, похоже, воронежскому КБХА удалось выправить это упущение. Разрабатываемые КБХА с 1998 года двигатели семейства РД0146 (РД0146У, РД0146Д, РД0146Э) – это первые российские жидкостные ракетные кислородно-водородные двигатели, выполненные по безгазогенераторной схеме. По словам специалистов, двигатели данной схемы характеризуют высокая надежность и простота конструкции. Кстати, это подтверждают более ста огневых испытаний, которые успешно выдержали четыре образца двигателя без единой аварийной ситуации.

За это время был проделан большой объем самых разнообразных и сложных работ. В частности, разработаны эскизный и технический проекты, выпущена конструкторская документация на двигатель и агрегаты, подготовлено производство для их изготовления, в КБХА организовано производство жидкого водорода, модернизирован стенд для огневых испытаний, проведены огневые испытания двигателя, другие важные мероприятия. Вообще-то, кислородно-водородное топливо было предложено еще во времена Циолковского – он утверждал, что за ним будущее. Но идея великого старца долго не находила практического применения. Конечно же, из-за специфических свойств водорода – ведь жидкий водород в 14 раз легче воды и закипает при температуре 20 градусов по Кельвину. Нетрудно догадаться, насколько пожаро- и взрывоопасна смесь водорода и воздуха. Достаточно сказать, что разряд бытового статического электричества в десятки и сотни раз больше энергии, необходимой для воспламенения воздушно-водородной смеси. А сколько требуется жидкого водорода для запуска ракеты-носителя? Так что его получение в больших количествах, создание и эксплуатация соответствующих систем смогли освоить лишь сравнительно недавно.

Где сегодня применяется кислородно-водородное топливо? Например, на верхних ступенях ракет-носителей, где оно дает наибольший эффект. Это универсальная ступень «Центавр», которая используется на космических ракетах семейств «Атлас» и «Титан-3», а также вторая ступень ракеты «Дельта-3». Топливные баки этих ракетных ступеней, предназначенные для размещения жидкого водорода, напоминают гигантские термосы, стенки которых покрыты специальными теплоизолирующими полимерными материалами. В этой изоляции предусмотрены каналы, через которые при нахождении ракеты на старте подается газообразный гелий – так удаляют взрывоопасные газы, которые могут накопиться в топливных баках.

- Кислородно-водородные двигатели очень сложные системы, - говорит Сергей Лобов, - но, по моему убеждению, они самые перспективные, и за ними будущее. Ведь жидкостные двигатели, работающие на кислородно-водородном топливе, по удельному импульсу на 30 процентов превосходят кислородно-керосиновые.

Важная деталь – получив задание на разработку кислородно-водородного двигателя, КБХА потратило в процессе работы над ним немало собственных средств. Реальное финансирование со стороны государства по разработке двигателя РД0146Д началось два года назад.

Сегодня воронежский двигатель готов к отработке в высотных условиях. На предприятии говорят, что если не начнутся перебои с финансированием работ, уже к 2016 году двигатель поставят на летные испытания.

При работе над этим двигателем, руководством КБХА, по сути, создана крепкая эффективная кооперация, состоящая из предприятий отрасли. Например, в ГКНПЦ им. М.В.Хруничева разрабатывают, изготавливают и поставляют электромеханические приводы. КБхиммаш им.А.М. Исаева обеспечивает двигатель бустерными блоками окислителя и горючего, блоком аккумулятора давления. НПО «Молния» разработало и поставляет электроплазменную систему зажигания. Пермское НПО «Искра» разработало сопловой насадок радиационного охлаждения. НИЦ РКП из подмосковного Пересвета и ЦИАМ им. П.И.Баранова участвуют наряду с КБХА в проведении огневых испытаний образцов двигателя.

Примечательно и другое. В ходе работы над новым двигателем, воронежцы, что называется, воплотили в металл немало собственных оригинальных идей. Например, впервые применена схема подачи с раздельными турбонасосными агрегатами окислителя и горючего. Также в содружестве с Самарским заводом авиационных подшипников здесь создали новый уникальный подшипник, который работает при 120 тысячах оборотов в минуту. В камере сгорания безгазогенераторного двигателя реализовано давление продуктов сгорания равное 80 атмосферам, а в лучшем зарубежном образце – лишь до 60 атмосфер. Совместно со специалистами Центра им. Келдыша в сжатые сроки разработана лазерная система зажигания. По словам конструкторов, применение лазерного зажигания для запуска ракетных двигателей, работающих на несамовоспламеняющихся компонентах топлива, имеет ряд серьезных преимуществ перед традиционными способами. С ним можно выбирать зоны инициации горения в широких геометрических пределах, причем, без изменения конструкции камеры сгорания. Наконец, новая система способна работать в расширенном диапазоне давлений и соотношений топливной смеси.

Одним словом, выполнен большой задел, позволяющий в дальнейшем создавать новые двигатели.

Новые условия – новые требования

- Новые условия порой требуют от нас решительных и нестандартных решений не только в конструкторской работе, - генеральный директор КБХА Владимир Рачук, - так что нам приходится помимо прочего прикладывать немалые усилия в разработке важных для нас социальных программ.

Похоже, руководству КБХА это удается. Здесь выше, чем в городе средняя зарплата, активно разрабатывается проект создания фонда служебного жилья, в рамках коллективного договора реализуются программы «Молодежь», «Забота», «Женщины».

- Конечно, это непросто, - вступает в диалог первый заместитель генерального директора Юрий Сасин, - Но без решения этих задач не повысить конкурентоспособность предприятия на рынке труда, не удержать высококвалифицированных инженеров и рабочих, не привлечь талантливую молодежь. То, что дело сдвигается с «мертвой точки» – очевидно.

Взять, к примеру, вопрос обеспечения жильем. На предприятии пришли к выводу, что существующая система ипотечного кредитования не реальна для молодых работников, финансовая нагрузка слишком велика даже при условии компенсации части процентов по кредиту. Решить проблему планируется за счет покупки и строительства служебного жилья с последующей сдачей его в найм на льготных условиях работникам предприятия.

Один из факторов, привлекающих инициативную молодежь – реальная и достаточно энергичная модернизация производства. На собственные и федеральные средства здесь значительно обновляется станочный парк. Работа на новом оборудовании настолько сложная и ответственная, что доверяют ее далеко не каждому. Например, Дмитрий Дымов до недавнего времени трудился в технологическом отделе КБХА на инженерной должности, а сейчас перешел на работу в цех, к станку. Правда, это сооружение и станком-то назвать трудно. Если уж быть точным, то речь идет о современном многокоординатном центре с программным управлением. Алексей Лихачев, также ушедший с инженерной должности, работает в настоящее время на современном станке электроэрозионной обработки деталей. А Александр Толстых – вообще универсал. Он освоил практически все обрабатывающие центры, и способен трудиться на любом новом современном оборудовании.

Примечательно, что в КБХА опираются не только на недавних выпускников инженерных факультетов. Например, Сергей Попков из числа тех, кто окончил профессиональные курсы в учебном центре. Там он получил первые навыки работы на обрабатывающих центрах, а сегодня совершенствует их на производственной площадке КБХА. Еще одни молодой работник Вадим Лопатин освоил современные станки с программным управлением фактически сам. Благо, были желание учиться и помощь более опытных коллег.

И еще один важный момент – в КБХА потянулись профессионалы с других предприятий. Например, Алексей Зинченко, Андрей Часовских и Александр Борзаков перешли сюда – на производственную площадку КБХА – с других заводов. Долгосрочные производственные планы, перспективы профессионального роста, возможность осваивать новое оборудование являются сегодня теми факторами, что способны привлечь в ракетно-космическую отрасль грамотных и верных своему делу людей.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.