Россия создаст свой первый метановый ракетный двигатель и многоразовую ракету

НПО "Энергомаш" приступило к разработке принципиально нового ракетного двигателя на метане — РД-169. На его основе в течение пяти-шести лет может быть создана первая российская ракета с многоразовой первой ступенью, утверждает глава НПО "Энергомаш" Игорь Арбузов.

Впрочем, на самом деле Арбузов, сообщивший журналистам о создании двигателя, вовсе не говорил ничего о "принципиально новом" движке — и это не просто так. РД-169 — это проект 1990-х годов, долгое время лежавший на полке и обретший актуальность лишь в новых условиях — благодаря сильной коммерческой конкуренции со стороны американских компаний. Почему двигатель из 90-х ждал своего часа так долго и за что его стоит любить и сегодня — попробуем разобраться ниже.

Всё началось с интервью главы "Энергомаша" Игоря Арбузова РИА "Новости". В нём он сообщил: "Двигатель получил название РД-169. Это фактически новый двигатель, создающийся на основе тех знаний, которые мы формировали с начала 2000-х годов... Нам нужно три-четыре года, и мы сможем приступить к испытаниям полноценного метанового двигателя".

Здесь очень важно слово "фактически". Дело в том, что на самом деле проект метанового ракетного двигателя получил название "РД-169" в далекие 90-е годы. Борис Каторгин, тогдашний глава "Энергомаша", двадцать лет назад, летом 1998 года, так описывал эту новинку: "В настоящее время для РН легкого класса "Рикша-1" разработан эскизный проект двигательного модуля РД169... Тяга у Земли 15 тс, в пустоте 17 тс..." и так далее. По данным эскизного проекта 1998 года, это довольно простой, лёгкий и небольшой (диаметр — всего 50 сантиметров) однокамерный жидкостный ракетный двигатель, сжигающий смесь жидкого метана (или природного газа) и жидкого кислорода.

Тогда почему Арбузов говорил "фактически новый"? Всё просто: в 1998 году это был эскизный проект, и Каторгин отмечал, что на его отработку после начала финансирования потребуется четыре года. С тех пор, всё ещё не получая финансирования на этот проект от государства, НПО "Энергомаш" договорился с американской компанией Pratt & Whitney. Та заказала разработку и испытания РД-0146. Потом на базе этого двигателя энергомашевцы провели свои первые опыты по сжиганию метан-кислородной смеси в ракетном двигателе (о таких опытах и упомянул Арбузов). То есть то, что в 1998 было просто эскизом, сегодня опирается на опыты, хотя бы и проделанные на другом движке.

Для космоса преимущества метана над керосином не в том, что он в разы дешевле. Более важно то, что метан не оставляет сажи при сгорании. Поэтому двигатели на нём можно много раз использовать повторно: как писал Каторгин ещё в 1998 году, без "...специальной обработки полостей..., что облегчает многократное их использование без переборки".

На сегодня российские "Протоны" с коммерческого рынка почти полностью вытеснены более дешёвыми американскими ракетами Falcоn 9 c многоразовой первой ступенью. Однако пока ракетные двигатели их первой ступени — так же, как и современные российские — работают на керосине и кислороде, отчего в них накапливается сажа. Реалистичные оценки многоразовости первых ступеней с "сажевыми" двигателями — порядка десятка раз, дальше нужна переборка. Если Россия выпустит на рынок ракету с метановыми двигателями первой ступени, то её можно будет использовать больше раз, чем ракету конкурента, Falcоn 9. То есть наши пуски могут оказаться дешевле.

Поэтому создание российского метанового движка для многоразовой ракеты можно только приветствовать. SpaceX и сама планирует перевести Falcоn 9 на метан, но получится это у неё или нет — ещё очень большой вопрос. А пока стоит отметить, что при "метановой" первой ступени будущая российская ракета сможет как минимум на равных побороться за зарубежные коммерческие заказы.

Метан не единственное ракетное топливо, пригодное для многоразовых первых ступеней. Водород при сгорании тоже сажи не даёт. Однако температура его сжижения — минус четверть тысячи градусов, куда ниже, чем у жидкого метана. Требующаяся для него криогенная инфраструктура много сложнее и дороже. Есть и другие проблемы — водород плохо удерживается даже в охлаждаемых ёмкостях, иной раз "утекая" из них за считаные месяцы. Метан и здесь лучше — хранить его сжиженным можно годами.

РД-169 — небольшой двигатель и по тяге, и по размерам. Может возникнуть вопрос: почему? Понятно, зачем такой "малыш" был нужен в 1998 году: на его основе планировали делать лёгкую ракету "Рикша-1", в такую совсем большой двигатель не поставишь. Но сейчас РД-169, по словам Арбузова, планируется использовать в "многоразовой ракете-носителе среднего класса для коммерческого использования". Зачем же средней ракете малый двигатель?

Всё дело в слове "многоразовой". Для многоразовой ракеты нужно много мелких двигателей на первой ступени (у Falcon-9 их девять штук). Один большой двигатель при посадке на хвост даст слишком большую тягу. И ракета не сможет сесть — она будет парить над площадкой, пока не кончится топливо, а потом упадет на неё, получая повреждения. Совсем другое дело, если взять сразу несколько РД-169 и поставить в первую ступень. В этом случае достаточно использовать при посадке только один из них и ракета "встанет на ноги" без проблем.

Чтобы понять, насколько несколько малых двигателей лучше одного большого, можно обратиться к опыту российского частного космоса. Отечественная S7 Space планирует для своего "Морского старта" применить ракеты со старинным советским двигателем НК-33, созданным ещё для лунной программы. Как и следует ожидать от двигателя для полётов к Луне, он довольно большой и мощный.

Как отметил Павел Пушкин, глава другой частной космической компании "Космокурс", "ракеты — это не лего-кубики. На одном НК-33 посадить ракету будет сложноватенько [из-за слишком большой тяги одного большого двигателя]... Проект получается очень проблематичным с точки зрения вероятности успешного осуществления. Я понимаю, что выхода другого вроде как и нет, но это тоже, по моему мнению, не выход, а самообманочка". Трудно не порадоваться за энергомашевцев, которые пока прошли мимо "самообманочки", выбрав малые метановые двигатели.

Интересно, что в эскизном проекте РД-169 от 1998 года учитывался и такой вариант: если нужна ракета с большой грузоподъёмностью, то берётся шесть двигательных модулей РД-169, объединяются в один блок, который получает название РД-190. Тогда, в отличие от ракеты типа "Рикша-1", можно будет вывести на низкую околоземную орбиту уже не 1,7 тонны, а сразу много тонн. Если использовать "пакет" из нескольких РД-190 (каждый из которых — шесть РД-169), то можно получить уже не среднюю ракету с многоразовой первой ступенью, а тяжёлую ракету с такой же ступенью.

Потенциально это очень важно. Дело в том, что Falcon 9, как и разрабатываемая другой американской компанией ракета New Glenn, — носитель тяжёлый. Поэтому он может вывести на орбиту даже тяжёлый спутник и всё равно посадить первую ступень самой ракеты. Грузоподъёмность тяжёлого носителя позволяет оставить достаточный запас топлива у первой ступени. Как отмечает Арбузов, российскую многоразовую ракету планируют средней. Это легко понять: первый опыт в области посадки ракет на хвост — дело довольно рискованное. Вдруг что-то пойдёт не так. Falcon 9 в начале своей карьеры тоже был средним и только после успешных полётов постепенно вырос до тяжёлого.

Но у средней ракеты с многоразовой первой ступенью будет проблема — она не сможет выводить в космос действительно тяжёлые спутники и при этом сажать первую ступень. Ей банально не хватит топлива. В случае использования двигательных модулей РД-169 перспективному среднему российскому носителю для коммерческих запусков будет проще стать тяжёлым. Тем самым он сможет оставаться многоразовым даже при запуске больших коммерческих спутников. Пойдёт ли "Роскосмос" по этому пути — вопрос пока открытый.

Следует понимать: далеко не все анонсированные в прессе проекты становятся реальностью — и у нас, и у NASA. В 1990-е энергомашевцы уже предлагали метановые двигатели. Вопрос не в том, могут ли они их создать или нет — определенно могут, а в том, доведут ли проект до фактического результата. То, что потенциал у НПО "Энергомаш" есть, — очевидно. В конце концов, именно оно недавно подписало контракт на поставку ещё шести ракетных двигателей РД-180 в США к 2020 году.

Для того чтобы РД-169 (и многоразовая ракета на нём) стали металлом — нужны деньги, которых "Роскосмосу" часто не хватает. Не случайно Игорь Арбузов, говоря о концепции метановой многоразовой ракеты, сказал: "Я думаю, что в течение пяти-шести лет можно выйти на создание такого носителя, если решение будет принято госкорпорацией Роскосмос". "Если" — для российской космонавтики очень могущественное слово. Только будущее покажет, будет ли такое решение принято на практике.