Введение
Российский ракетный двигатель
РД-180 – ракетный двигатель, разработанный и построенный в России. Он оснащен двумя камерами сгорания, двойным соплом и работает на топливной смеси RP-1/LOX. РД-180 является развитием семейства ракетных двигателей РД-170/РД-171, которые использовались в советском ракетоносителе «Энергия». Двигатель был разработан для использования на американских ракетах-носителях Atlas III и Atlas V и впервые был запущен в 2000 году. Он больше не применялся ни на одной другой ракете. Двигатель успешно работал на всех шести запусках Atlas III и на 99 запусках Atlas V, с единственным незначительным сбоем в марте 2016 года. Ракета-носитель Atlas V постепенно выводится из эксплуатации из-за проблем национальной безопасности, связанных с зависимостью от российского двигателя, что стало вызывать опасения после российского вторжения в Крым. В 2021 году производитель Atlas, United Launch Alliance, объявил о прекращении эксплуатации Atlas V и о том, что уже получил все двигатели РД-180 для оставшихся ракет. По состоянию на 2023 год запланировано еще 17 запусков. В 2022 году поставки и техническое обслуживание из России были прекращены в результате торговых санкций, введенных после российского вторжения в Украину в 2022 году.
Конструкция и спецификации
Камеры сгорания РД-180 используют один турбонасосный агрегат, как и его предшественник, четырехкамерный РД-170. РД-180 работает на смеси RP-1/LOX и использует чрезвычайно эффективный высоконапорный двухступенчатый цикл сгорания. Двигатель работает с отношением окислителя к топливу 2,72 и оснащен предварительной камерой сгорания, богатой кислородом, в отличие от типичных американских конструкций, работающих на топливе. Термодинамика цикла позволяет предварительной камере сгорания, богатой кислородом, обеспечивать более высокое отношение мощности к весу, но требует транспортировки газообразного кислорода высокого давления и высокой температуры по всей конструкции двигателя. Управление движением сопел двигателя осуществляется четырьмя гидравлическими приводами. Двигатель может регулироваться в диапазоне от 47% до 100% номинальной тяги.
История
Корни ракетного двигателя РД-180 уходят к советской ракете-носителю "Энергия". РД-170, четырехкамерный двигатель, был разработан для использования в боковых ускорителях этой ракеты, которая впоследствии вывела на орбиту корабль "Буран". Этот двигатель был уменьшен до двухкамерной версии путем объединения камер сгорания РД-170 с турбомашиной уменьшенного размера. После успешных испытаний на стенде и заключения соглашений на высоком уровне между правительствами США и России, двигатели были импортированы в США для использования на Lockheed Martin Atlas III, которая совершала полеты с 2000 по 2005 год. Двигатель используется с 2002 года на United Launch Alliance Atlas V, являющейся преемником Atlas III. Конструкция двигателя имеет общие черты с двигателем НК-33, разработанным другим конструкторским бюро (Кузнецова) почти на десять лет раньше.
2014-2015 проблемы с доступностью
После российской военной интервенции в Украине в марте 2014 года возникли сомнения в надежности цепочки поставок РД-180. Более 13 лет, с момента первого использования двигателя на ракете-носителе Atlas III в 2000 году, не было серьезной угрозы для поставок двигателей, несмотря на неоднозначную историю отношений между США и Россией со времен холодной войны. Однако ухудшение отношений между Западом и Россией после марта 2014 года привело к ряду самоналоженных ограничений, включая краткосрочный судебный запрет, выданный судами США, который не давал четкого ответа на вопрос, распространяются ли американские санкции на импорт российского двигателя. 13 мая 2014 года заместитель председателя правительства Российской Федерации Дмитрий Рогозин заявил, что "Россия запретит Соединенным Штатам использовать российские ракетные двигатели для военных запусков" – типичную полезную нагрузку ракеты-носителя ULA Atlas V, первая ступень которой оснащена одним двигателем РД-180, который расходуется после каждого полета. В ответ ВВС США обратились в Аэрокосмическую корпорацию с просьбой оценить альтернативные варианты для оснащения ракеты-носителя Atlas 5 двигателями, отличными от РД-180. По предварительным оценкам 2014 года, замена РД-180 на Atlas V потребует пять и более лет. Несмотря на то, что российское правительство могло прекратить поставки импортных двигателей РД-180 компании ULA, Конгресс США, при поддержке ВВС, пришел к выводу, что создание в США производственной линии для РД-180 не будет выгодным, главным образом из-за необходимости получения лицензии от российского правительства. Однако в 2014 году Конгресс США поддержал новую программу разработки американских ракетных двигателей с целью создания нового двигателя к 2022 году. В июне 2014 года компания Aerojet Rocketdyne предложила федеральному правительству "финансировать разработку совершенно новой ракетно-двигательной системы американского производства" – ракетного двигателя AR 1 на керосине и жидком кислороде. По состоянию на 2014 год, компания Aerojet прогнозировала, что стоимость каждого двигателя составит менее 25 миллионов долларов за пару, не включая до 1 миллиарда долларов на разработку, которые будут профинансированы правительством США. Aerojet полагала, что AR 1 сможет заменить РД-180 во флоте американских ракет-носителей Evolved Expendable Launch Vehicle и будет более доступным. 21 августа 2014 года ВВС США опубликовали официальный запрос информации (RFI) о замене РД-180. В RFI запрашивалась информация о "двигательных установках и/или системах запуска, которые могли бы предложить экономически эффективные и коммерчески жизнеспособные решения для текущих и будущих задач запуска космических аппаратов национальной безопасности (NSS). Космическое командование ВВС (AFSPC) рассматривает стратегию закупок для стимулирования коммерческой разработки двигательных установок и/или систем запуска для применения в космических аппаратах класса Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV)". Накануне Объединенный ракетно-космический альянс получил две партии РД-180 – первые с момента аннексии Крыма Россией. Не было ясно, когда и будет ли двигатель РД-180 заменен, и в RFI были запрошены различные варианты, включая соответствие российскому двигателю, новую конфигурацию и использование "альтернативных ракет-носителей" для миссий EELV. В 2014 году компания RD Amross продавала РД-180 (компании ULA) по цене 23,4 миллиона долларов за штуку. В январе 2015 года корпорация Orbital Sciences получила все необходимые разрешения от государственных органов на поставку 60 двигателей от НПО "Энергомаш". 24 декабря 2015 года United Launch Alliance объявила о размещении заказа на дополнительные двигатели РД-180 для использования на ракете-носителе Atlas V, в дополнение к 29 двигателям, заказанным компанией до введения санкций США в отношении России из-за Крыма, и всего через несколько дней после того, как Конгресс США снял запрет на использование российских двигателей для американских ракет.
Even though the Russian government could cut off the supply to ULA of imported RD 180 engines, the US Congress, with emerging support from the Air Force, came to the view that it would not be advantageous to build a US production line for the RD 180, mainly because it would need a license from the Russian government. However, the US Congress in 2014 advocated a new US rocket engine program to field a new engine by 2022. In June 2014, Aerojet Rocketdyne proposed that the federal government "fund an all new, U. S. sourced rocket propulsion system", the thrust kerosene/LOX AR 1 rocket engine. as of 2014, Aerojet's projection was that the cost of each engine would be under $25 million per pair of engines—not including the up to $1 billion development cost to be funded by the US Government. Aerojet believed that the AR 1 could replace the RD 180 in the US Evolved Expendable Launch Vehicle fleet, and that it would be more affordable. On 21 August 2014, the U. S. Air Force released an official request for information (RFI) for a replacement for the RD 180. The RFI seeks information on "booster propulsion and/or launch system material options that could deliver cost effective, commercially viable solutions for current and future National Security Space (NSS) launch requirements. Air Force Space Command (AFSPC) is considering an acquisition strategy to stimulate the commercial development of booster propulsion systems and/or launch systems for Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV) class spacelift applications." The day before, the United Launch Alliance had taken delivery of two RD 180s, the first since the Russian annexation of Crimea. It was not clear when or if the RD 180 would be replaced, and the RFI asked for several options including similarity to the Russian engine, whether it would come in a new configuration and the use of "alternative launch vehicles" for the EELV mission. In 2014, RD Amross were selling the RD 180s (to ULA) for $23.4m each. In January 2015, Orbital Sciences Corporation received all the necessary permissions from government bodies for the delivery of 60 engines from NPO Energomash. On 24 December 2015, United Launch Alliance announced that it had placed an order for more RD 180 engines to be used by the Atlas V launch vehicle, in addition to 29 engines that the company had ordered before US sanctions were imposed on Russia over Crimea, and just days after the US Congress lifted the ban on Russian engines for American rockets.
Планируемое производство в США РД-180
Было несколько планов по производству RD 180 в США, но ни один из них не был реализован. В рамках программы RD AMROSS, Pratt & Whitney имеет лицензию на производство RD 180 в Соединенных Штатах. Согласно оценке GAO 2005 года по ключевым программам вооружений, Pratt & Whitney планировала начать производство RD 180 в США в 2008 году с первым военным запуском к 2012 году, но этого не произошло. В феврале 2015 года United Launch Alliance (ULA) объявила о рассмотрении возможности организации производства российского двигателя RD 180 в США на заводе по производству ракетных ступеней в Декатуре, штат Алабама. Производимые в США двигатели предназначались исключительно для государственных гражданских (NASA) и коммерческих запусков, а не для военных запусков США. Этот проект являлся резервным планом по разработке нового двигателя ULA совместно с Blue Origin на базе BE 4. В 2014 году Министерство обороны США оценило, что для организации отечественного производства двигателя RD 180 в США потребуется около 1 миллиарда долларов и пять лет. В общей сложности, к 14 апреля 2021 года компания "Энергомаш" поставила в США 122 ракетных двигателя RD 180 за более чем 20 лет. В интервью 26 августа 2021 года генеральный директор ULA Тори Бруно сообщил, что три или четыре двигателя RD 180 установлены на ракеты Atlas V для предстоящих миссий, а остальные находятся на складе. "Мы получили двигатели RD 180 заблаговременно, чтобы иметь возможность завершить сотрудничество и не зависеть от [России], поскольку именно этого от нас требовал Конгресс", – заявил он. 122 двигателя RD 180, поставленные компанией "Энергомаш", принесли российской космической программе миллиарды долларов дохода.
Замена RD-180
Было рассмотрено несколько вариантов замены двигателя РД-180 на ракете Atlas V, но ULA в конечном итоге приняла решение заменить ракету на Vulcan Centaur. В феврале 2010 года, несмотря на наличие необходимой документации и юридических прав для производства РД-180 в Соединенных Штатах, NASA рассматривало возможность разработки отечественного двигателя для первой ступени, который был бы "способен создавать высокие уровни тяги, приблизительно равные или превосходящие характеристики российского двигателя". NASA планировало создать полностью работоспособный двигатель к 2020 году или раньше, в зависимости от сотрудничества с Министерством обороны США. В результате геополитических и политических соображений в США, United Launch Alliance рассматривала возможность замены российского двигателя РД-180, используемого на первой ступени ракеты-носителя ULA Atlas V. В июне 2014 года были заключены контракты на проведение исследований с рядом американских поставщиков ракетных двигателей. Генеральный директор ULA Тори Бруно заявил в начале 2015 года, что варианты AR 1 и производство РД-180 в США компанией ULA по лицензии рассматривались как резервные по отношению к основному варианту, который ULA продвигала с двигателем Blue Origin BE-4. Первый полет Vulcan с новыми двигателями состоялся в январе 2024 года. По состоянию на 25 мая 2020 года (спустя 20 лет после первого запуска Atlas LV с РД-180) все 90 запусков были признаны успешными.
Приложения
В начале 1990-х годов подразделение космических систем General Dynamics (позже приобретенное Lockheed Martin) получило права на использование двигателя РД-180 в рамках программ Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV) и Atlas. Поскольку эти программы были разработаны для обеспечения как государственных, так и коммерческих запусков в США, было также согласовано совместное производство РД-180 компанией Pratt & Whitney. Однако всё производство осуществлялось в России. Двигатель продавался через совместное предприятие российского разработчика и производителя двигателя НПО Энергомаш и компании Pratt & Whitney под названием RD Amross. Впервые РД-180 был использован на ракете-носителе Atlas IIA R, представлявшей собой модификацию Atlas IIA с российским (отсюда и буква R) двигателем, заменившим предыдущий основной двигатель. Позднее эта ракета была переименована в Atlas III. Дополнительная программа разработки была проведена для сертификации двигателя для использования на модульной первой ступени Common Core Booster ракеты-носителя Atlas V.
Перспективные варианты использования
RD 180 предлагалось использовать с новым семейством российских ракет-носителей Rus M, предложенных подрядчиками Роскосмоса, но программа была отменена Российским космическим агентством в октябре 2011 года. В марте 2010 года Джерри Грей, консультант Американского института аэронавтики и космонавтики и Ассоциации исследований космических университетов, а также бывший профессор аэрокосмической инженерии Принстонского университета, предложил использовать RD 180 для перспективной сверхтяжелой ракеты-носителя NASA. Для тех, кто может опасаться чрезмерной зависимости от России, он отметил, что компания RD Amross "практически завершила разработку американской версии RD 180, и при некотором финансировании от NASA могла бы начать производить этот двигатель (и, возможно, даже двигатель с тягой, эквивалентной RD 170) уже через несколько лет".
2022 Российское вторжение в Украину
24 февраля 2022 года Россия начала полномасштабное военное вторжение в Украину. Шесть дней спустя, 2 марта 2022 года, продолжая вторжение, Россия объявила о прекращении всех продаж и поддержки двигателей РД-180 для Соединенных Штатов в ответ на санкции, наложенные США на Россию в связи с нападением на Украину.