Кіріспе
J2 ракеталық қозғалтқышы, көбінесе Rocketdyne J2 деп аталатын, NASA-ның Сатурн IB және Сатурн V зымырандарын ұшыру құралдарында қолданылған сұйық отынмен жұмыс істейтін криогендік ракеталық қозғалтқыш болды. АҚШ-та Rocketdyne компаниясы жасаған J2 криогендік сұйық сутегі (LH2) және сұйық оттегі (LOX) отынын пайдаланды, әрбір қозғалтқыш вакуумде итеру күшін өндірді. Қозғалтқыштың алғашқы жобасы 1959 жылғы Сильверштейн комитетінің ұсынымдарына негізделген. Rocketdyne 1960 жылдың маусымында J2-ні жасауға рұхсат алды, ал алғашқы ұшу AS 201 1966 жылдың 26 ақпанында өтті. J2 қозғалтқыштың тиімділігін арттыру үшін қозғалтқышқа бірнеше шағын жаңартулар енгізілді. Екі маңызды жаңарту бағдарламасы – де Лаваль соплосы бар J2S және аэроспайк түріндегі J2T, Аполлон бағдарламасы аяқталғаннан кейін тоқтатылды. Қозғалтқыш вакуумде (немесе теңіз деңгейінде) белгілі бір импульс (Isp) өндірді және шамамен салмағы бар болды. Бес J2 қозғалтқышы Сатурн V-тің S II екінші сатысында, ал бір J2 Сатурн IB және Сатурн V-де қолданылған S IVB жоғарғы сатысында қолданылды. Сонымен қатар, жоспарланған Nova зымыранының жоғарғы сатыларында әртүрлі сандағы J2 қозғалтқыштарын пайдалану туралы ұсыныстар да болды. J2 – RS 25-ке дейін LH2 отынымен жұмыс істейтін АҚШ-тың ең ірі сериялық ракеталық қозғалтқышы болды. Қозғалтқыштың жаңартылған нұсқасы, J2X, NASA ғарыш кеңістігін ауыстыруы тиіс ғарыш ұшыру жүйесінің Жерден кету сатысында қолдануға қарастырылды. Сол кездегі көптеген сұйық отынмен жұмыс істейтін ракеталық қозғалтқыштардан айырмашылығы, J2 Сатурн V S IVB үшінші сатысында ұшу кезінде өшірілгеннен кейін бір рет қайта іске қосылуға арналған. Шамамен екі минутқа созылған алғашқы жанасу Аполлон ғарыш кемесін төменгі Жер орбитасына шығарды. Ұшқыштар ғарыш кемесінің қалыпты жұмыс істеп жатқанын тексергеннен кейін, J2 айға бағытталған инъекция үшін қайтадан жандырылды, бұл 6,5 минутқа созылған жанасу, ол аппаратты Айға қарай үдетті.
The J 2, commonly known as Rocketdyne J 2, was a liquid fuel cryogenic rocket engine used on NASA's Saturn IB and Saturn V launch vehicles. Built in the United States by Rocketdyne, the J 2 burned cryogenic liquid hydrogen (LH2) and liquid oxygen (LOX) propellants, with each engine producing of thrust in vacuum. The engine's preliminary design dates back to recommendations of the 1959 Silverstein Committee. Rocketdyne won approval to develop the J 2 in June 1960 and the first flight, AS 201, occurred on 26 February 1966. The J 2 underwent several minor upgrades over its operational history to improve the engine's performance, with two major upgrade programs, the de Laval nozzle type J 2S and aerospike type J 2T, which were cancelled after the conclusion of the Apollo program. The engine produced a specific impulse (Isp) of in a vacuum (or at sea level) and had a mass of approximately Five J 2 engines were used on the Saturn V's S II second stage, and one J 2 was used on the S IVB upper stage used on both the Saturn IB and Saturn V. Proposals also existed to use various numbers of J 2 engines in the upper stages of an even larger rocket, the planned Nova. The J 2 was America's largest production LH2 fuelled rocket engine before the RS 25. A modernized version of the engine, the J 2X, was considered for use on the Earth Departure Stage of NASA's Space Shuttle replacement, the Space Launch System. Unlike most liquid fueled rocket engines in service at the time, the J 2 was designed to be restarted once after shutdown when flown on the Saturn V S IVB third stage. The first burn, lasting about two minutes, placed the Apollo spacecraft into a low Earth parking orbit. After the crew verified that the spacecraft was operating nominally, the J 2 was re ignited for translunar injection, a 6.5 minute burn which accelerated the vehicle to a course for the Moon.
Дәнекерлеу камерасы мен джимбал жүйесі
J 2 қозғалтқышының барлық компоненттерін орналастыратын итерме камерасы болды. Ол итерме камерасының корпусынан, инжектор және күмбез жинағынан, кардандық подшипник жинағынан және күшейтілген ұшқыштан тұрды. Rocketdyne компаниясы J 2 қозғалтқышын әзірлеуді қозғалтқыштың жұмысын модельдеген және конструкциялық конфигурацияларды анықтауға көмектескен аналитикалық компьютерлік модельмен бастады. Модельді толық көлемді макет қолдады, ол даму барысында қозғалтқыштың компоненттерінің орналасуын бағалау үшін пайдаланылды. Бірінші тәжірибелік компонент, яғни қозғалтқыштың инжекторы, келісімшартқа қол қойылғаннан кейін екі ай ішінде жасалды, ал қозғалтқыштың компоненттерін сынау 1960 жылдың қарашасында Rocketdyne-ның Санта-Сусана сынақ алаңында басталды. Даму кезінде вакуумдық камера және толық көлемді қозғалтқыш сынақ стендісі сияқты басқа да сынақ құрылғылары пайдаланылды. 1961 жылдың қарашасында қозғалтқыштың турбосораптары, 1962 жылдың басында тұтандыру жүйесі сынақтан өтті, ал 1962 жылдың қазан айында алғашқы прототиптік қозғалтқыш 250 секундтық толық сынақ жүргізді. Ұшу аппараттарынан басқа, қозғалтқыштың электрлік және механикалық жүйелерін жобалауға көмектесетін бес қозғалтқыш симуляторы да қолданылды. 1962 жылдың жазында NASA мен Rocketdyne арасында келісімшартқа қол қойылды, онда Сатурн зымыранының соңғы жобаларын қолдау үшін 55 J 2 қозғалтқышын жасау талап етілді, бұл Сатурн V-тің әр S II екінші сатысына бес қозғалтқышты, ал әр S IVB Сатурн IB және Сатурн V үшінші сатысына бір қозғалтқышты қажет етті. Қосымша өзгерістерге миссияның икемділігін арттыру үшін дроссельдеу жүйесі кірді, ол отын мен оттекті әртүрлі жұмыс қысымдарында дұрыс араластыру үшін өзгермелі қоспа жүйесін де қажет етті. Сондай-ақ, орбитада маневр жасау үшін немесе жанармай резервуарларын жағу алдында орбитаға орналастыру үшін аз итерме күші беретін жаңа "Бос жүріс режимі" де болды. Эксперименттік бағдарлама барысында Rocketdyne сынақтар үшін алты алдын ала өндіріс үлгісін, J 2S-ті де аз көлемде жасады. Бұл үлгілер 1965-1972 жылдар аралығында көп рет сынақтан өтті, жалпы күю уақыты 30 858 секундты құрады. 1972 жылы Сатурнға қосымша тапсырыстар түспейтіні анық болды, соның салдарынан бағдарлама тоқтатылды. NASA J 2S-ті бірнеше миссияларда пайдалануды қарастырды, соның ішінде Космикалық шаттлдың алғашқы жобаларында, сондай-ақ Comet HLLV-де.
J-2T
J 2S-тегі жұмыс жалғасқанда, NASA сондай-ақ J 2S турбомашинасын және құбырларын пайдаланып, жаңа аэропиктік соплосы бар тороидтық жану камерасын жасауға бағытталған жобалау жұмыстарын қаржылады. Бұл өнімділікті одан да жақсарта түсер еді. Екі нұсқасы салынды: қолданыстағы S II және S IVB сатыларына "орнатуға" мүмкіндік беретін J 2T 200k және J 2T 250k. J 2S сияқты, J 2T-нің жұмысы да ұзаққа созылған жердегі сынақтарға жетті, бірақ Аполлон бағдарламасы аяқталғаннан кейін одан әрі дамыту тоқтатылды.
Like the J 2S, work on the J 2T had progressed to a lengthy series of ground based test runs, but further development ended in the post Apollo draw down.
J-2X
Осыған ұқсас атаумен басқа қозғалтқыш пайда болды, ол J 2X деп аталды, және 2007 жылы «Констелляция» жобасы бойынша айға адамды қондыру бағдарламасына таңдалды. Жерден шығу сатысын (ЖШС) қуаттандыру үшін, қозғалтқыш күшін беретін бір ғана J 2X қозғалтқышы қолданылатын болды. НАСА 2007 жылдың 23 тамызында Стеннис ғарыш орталығында (СҒО) J 2X қозғалтқыштарының биіктіктегі сынақтары үшін жаңа сынақ стендінің құрылысын бастады. 2007 жылдың желтоқсаны мен 2008 жылдың мамыр айы аралығында, J 2X қозғалтқышының жобасын дайындау мақсатында СҒО-да бұрынғы J 2 қозғалтқышының тоғыз сынағы жүргізілді. Жаңа J 2X, Apollo J 2 қозғалтқышына қарағанда тиімдірек және құрастыруы оңайырақ болуы үшін жасалған, сондай-ақ Space Shuttle Main Engine (SSME) қозғалтқышынан арзанға түсуі тиіс болды. Дизайндық айырмашылықтарға бериллийдің алынып тасталуы, заманауи электроника, J 2 қозғалтқышының осьтік турбо-помпасымен салыстырылғанда центробегіш турбо-помпа, камера мен соплоның кеңейту коэффициенттерінің өзгеруі, J 2 қозғалтқышының құбырлы дәнекерленген жану камерасымен салыстырылғанда каналды қабырғалы жану камерасы, барлық электрониканың қайта жобалануы, дыбыс жылдамдығынан жоғары инъекция және 21-ғасырдың біріктіру технологияларын пайдалану кіреді. 2008 жылдың 8 қыркүйегінде Pratt & Whitney Rocketdyne компаниясы J 2X газ генераторының бастапқы жобасының сәтті сынақтан өткенін хабарлады. Газ генераторларын сынаудың екінші кезеңінің сәтті аяқталғаны туралы хабар 2010 жылдың 21 қыркүйегінде жарияланды. «Констелляция» жобасы 2010 жылдың 11 қазанында президент Барак Обамамен тоқтатылды, бірақ J 2X-тің дамуы, жаңа, ауыр көтергіштікке ие ғарыш ұшыру жүйесінің екінші сатылы қозғалтқышы ретінде пайдалану мүмкіндігі үшін жалғастырылды. J 2X-тің алғашқы отты сынағы 2011 жылдың маусым айының соңына жоспарланған. 2011 жылдың 9 қарашасында НАСА 499,97 секундқа созылған J 2X қозғалтқышын сәтті іске қосты. 2013 жылдың 27 ақпанында НАСА, НАСА-ның Стеннис ғарыш орталығында 550 секундқа созылған J 2X қозғалтқышын сынауды жалғастырды.
Сипаттамалар
J 2 J 2S J 2X Вакуумдық итерме: Арнайы импульс (вакуум) Isp: Жану уақыты: 475 секунд 475 секунд 465 секунд (Арес I, жоғарғы сатысы) Қозғалтқыштың құрғақ салмағы: Отын компоненттері: LH2 және LOX LH2 және LOX LH2 және LOX Араласу қатынасы: 5.50 5.50 5.50 Диаметрі: Ұзындығы: Итеру күшінің салмаққа қатынасы: 73.18 85.32 55.04 Мердігер: Rocketdyne Rocketdyne Rocketdyne Қолданылатын аппарат: Сатурн V / S II 2-ші сатысы – 5 қозғалтқыш, Сатурн IB және Сатурн V / S IVB жоғарғы сатысы – 1 қозғалтқыш Сатурн V / S II 2-ші сатысы / S IVB жоғарғы сатысындағы J 2 қозғалтқышын алмастыру жоспарланған Арес I жоғарғы сатысы – 1 қозғалтқыш / Арес V жоғарғы сатысы – 1 қозғалтқыш.