Жидкостные разгонные блоки ракет-носителей

Введение

Аналогичен твердотопливному разгонному блоку, но использует жидкое топливо вместо твердого.
Жидкостный разгонный блок (ЖРБ) использует жидкое топливо и окислитель для обеспечения дополнительного ускорения жидкостной или гибридной ракете при взлете и/или увеличения общей полезной нагрузки. Он крепится к боковой стороне ракеты. В отличие от твердотопливных разгонных блоков, ЖРБ могут регулироваться по тяге, если конструкция двигателей это позволяет, и могут быть безопасно выключены в аварийной ситуации для обеспечения дополнительных возможностей спасения при пилотируемых космических полетах.

История

К 1926 году американский ученый Роберт Годдард построил и успешно испытал первую ракету с использованием жидкого топлива в Оберне, штат Массачусетс. Для ракеты R-7 «Семёрка» эпохи холодной войны, которая впоследствии стала ракетой-носителем «Союз», эта концепция была выбрана, поскольку она позволяла зажигать и проверять функционирование всех многочисленных ракетных двигателей непосредственно на стартовой площадке. Советская ракета «Энергия» 1980-х годов использовала четыре жидкостных ускорителя «Зенит» для вывода на орбиту как корабля «Буран», так и экспериментальной космической боевой станции «Полюс» в рамках двух отдельных запусков. Две версии японской ракеты-носителя H IIA могли использовать один или два жидкостных разгонных блока (LRB) для доставки дополнительного груза на более высокие геостационарные орбиты, но они были заменены на H IIB. Ракета-носитель Ariane 4 могла использовать два или четыре LRB, в конфигурациях 42L, 44L и 44LP. В качестве примера увеличения полезной нагрузки, обеспечиваемого ускорителями, базовая модель Ariane 40 без ускорителей могла выводить на геостационарную переходную орбиту около 2175 килограммов, в то время как конфигурация 44L могла выводить 4790 килограммов на ту же орбиту с четырьмя добавленными жидкостными ускорителями. Различные LRB рассматривались на ранних этапах разработки космического челнока и после катастрофы «Челленджера», но челнок продолжал использовать твердотопливные ускорители до вывода из эксплуатации. После завершения программы «Спейс Шаттл» компании Pratt & Whitney Rocketdyne и Dynetics приняли участие в «конкурсе по разработке перспективных ускорителей» для следующего пилотируемого космического аппарата NASA – Space Launch System (SLS), предложив конструкцию ускорителя под названием «Pyrios», который должен был использовать два более совершенных двигателя F 1B, разработанных на базе двигателя Rocketdyne F 1 LOX/RP 1, применявшегося на первой ступени ракеты-носителя Saturn V в программе «Аполлон». В 2012 году было установлено, что в случае выбора двухдвигательного ускорителя «Pyrios» для SLS Block 2 полезная нагрузка могла составить 150 метрических тонн (т) на низкой околоземной орбите, что на 20 тонн превышает минимальное требование Конгресса в 130 тонн на НОО для SLS Block 2. В 2013 году сообщалось, что по сравнению с двигателем F 1, двигатель F 1B должен был обладать повышенной эффективностью, быть более экономичным и иметь меньшее количество деталей. Каждый двигатель F 1B должен был развивать тягу на уровне моря, что превышает тягу первоначального двигателя F 1. Многие китайские ракеты-носители используют жидкостные ускорители. К ним относится китайская пилотируемая ракета-носитель «Чанчжэн-2F» («Долгий марш-2F»), которая использует четыре жидкостных ускорителя, каждый из которых оснащен одним гиперголическим ракетным двигателем YF 20B. Выведенная из эксплуатации модификация «Чанчжэн-2E» также использовала аналогичные четыре жидкостных ускорителя, как и модификации «Чанчжэн-3B» и «Чанчжэн-3C». Китай разработал полукриогенные ускорители для ракет-носителей «Чанчжэн-7» и «Чанчжэн-5» – новейшей серии ракет-носителей на 2017 год.

By 1926, US scientist Robert Goddard had constructed and successfully tested the first rocket using liquid fuel at Auburn, Massachusetts. For the Cold War era R 7 Semyorka missile, which later evolved into the Soyuz rocket, this concept was chosen because it allowed all of its many rocket engines to be ignited and checked for function while on the launch pad. The Soviet Energia rocket of the 1980s used four Zenit liquid fueled boosters to loft both the Buran and the experimental Polyus space battlestation in two separate launches. Two versions of the Japanese H IIA space rocket would have used one or two LRBs to be able to carry extra cargo to higher geostationary orbits, but it was replaced by the H IIB. The Ariane 4 space launch vehicle could use two or four LRBs, the 42L, 44L, and 44LP configurations. As an example of the payload increase that boosters provide, the basic Ariane 40 model without boosters could launch around 2,175 kilograms into Geostationary transfer orbit, while the 44L configuration could launch 4,790 kg to the same orbit with four liquid boosters added. Various LRBs were considered early in the Space Shuttle development program and after the Challenger accident, but the Shuttle continued flying its Space Shuttle Solid Rocket Booster until retirement. After the Space Shuttle retired, Pratt & Whitney Rocketdyne and Dynetics entered the "advanced booster competition" for NASA's next human rated vehicle, the Space Launch System (SLS), with a booster design known as "Pyrios", which would use two more advanced F 1B booster engines derived from the Rocketdyne F 1 LOX/RP 1 engine that powered the first stage of the Saturn V vehicle in the Apollo program. In 2012, it was determined that if the dual engined Pyrios booster was selected for the SLS Block 2, the payload could be 150 metric tons (t) to Low Earth Orbit, 20 t more than the congressional minimum requirement of 130 t to LEO for SLS Block 2. In 2013, it was reported that in comparison to the F 1 engine, the F 1B engine was to have improved efficiency, be more cost effective and have fewer engine parts. Each F 1B was to produce of thrust at sea level, an increase over the of thrust of the initial F 1 engine. Many Chinese launch vehicles have been using liquid boosters. These include China's man rated Long March 2F which uses four liquid rocket boosters each powered by a single YF 20B hypergolic rocket engine. The retired Long March 2E variant also used similar four liquid boosters. as did Long March 3B and Long March 3C variants. China developed semi cryogenic boosters for the Long March 7 and Long March 5, its newest series of launch vehicles as of 2017 .

Текущее использование

Delta IV Heavy состоит из центрального Common Booster Core (CBC) и двух дополнительных CBC в качестве боковых ускорителей (LRB) вместо твердотопливных ракетных двигателей GEM 60, используемых в версиях Delta IV Medium+. При взлете все три блока работают на полной тяге, а через 44 секунды тяга центрального блока снижается до 55% для экономии топлива до отделения ускорителей. Angara A5V и Falcon Heavy концептуально схожи с Delta IV Heavy. Falcon Heavy изначально проектировалась с уникальной возможностью "перелива топлива", когда центральные двигатели должны были получать топливо и окислитель от двух боковых блоков до их разделения. Работа всех двигателей на полной тяге с момента старта, с основным питанием от боковых ускорителей, позволила бы им быстрее израсходовать топливо и отделиться раньше, уменьшив ускоряемую массу. Это позволило бы сохранить большую часть топлива центрального блока после отделения ускорителей. Маск заявил в 2016 году, что перелив топлива не будет реализован. Вместо этого центральный блок снижает тягу вскоре после старта для экономии топлива и возвращается к полной тяге после отделения боковых ускорителей.