Система нисходящего движения (DPS - произносится как «дипс») или двигатель спускаемого аппарата лунного модуля (LMDE), внутреннее обозначение VTR-10 , представляет собой гиперголический ракетный двигатель с изменяемым дросселем , изобретенный Джерардом В. Элверумом-младшим [3] [4] [5] и разработанный Space Technology Laboratories (TRW) для использования в ступени спускаемого аппарата лунного модуля Apollo . Он использовал топливо Aerozine 50 и тетраоксид диазота ( N
2О
4) окислитель. В этом двигателе использовался штифтовой инжектор , что проложило путь для других двигателей к использованию подобных конструкций.
Двигательная установка для ступени спуска лунного модуля была разработана для перевода транспортного средства, содержащего двух членов экипажа, с круговой лунной парковочной орбиты длиной 60 морских миль (110 км) на эллиптическую орбиту спуска с перисинтией 50 000 футов (15 000 м), а затем для обеспечения механизированного спуска на лунную поверхность с зависанием над лунной поверхностью для выбора точного места посадки. Для выполнения этих маневров была разработана двигательная установка, которая использовала гиперголические топлива и абляционный охлаждаемый под давлением двигатель с карданным шарниром, который мог дросселироваться . Также использовалась легкая криогенная гелиевая система наддува. Выпускное сопло было спроектировано так, чтобы раздавить без повреждения LM, если он ударится о поверхность, что и произошло на Apollo 15. [6]
Согласно исторической публикации NASA Chariots for Apollo , «двигатель спускаемого аппарата лунного модуля, вероятно, был самой большой проблемой и самой выдающейся технической разработкой Apollo». [7] Требование к двигателю с дроссельной заслонкой было новым для пилотируемых космических кораблей. До этого момента было проведено очень мало передовых исследований в области ракетных двигателей с переменной тягой. Rocketdyne предложила двигатель с подачей под давлением, использующий впрыск инертного гелия в поток топлива для достижения снижения тяги при постоянном расходе топлива. Хотя Центр пилотируемых космических аппаратов NASA (MSC) посчитал этот подход правдоподобным, он представлял собой значительный прогресс в современном состоянии техники. (На самом деле, случайное попадание гелия в двигатель с давлением оказалось проблемой на AS-201 , первом полете двигателя служебного модуля Apollo в феврале 1966 года.) Поэтому MSC поручил Grumman провести параллельную программу разработки конкурирующих конструкций. [7]
Grumman провела конференцию участников торгов 14 марта 1963 года, в которой приняли участие Aerojet General , Reaction Motors Division of Thiokol , United Technology Center Division of United Aircraft и Space Technology Laboratories, Inc. (STL). В мае STL была выбрана в качестве конкурента концепции Rocketdyne. STL предложила двигатель, который был бы карданным, а также дросселируемым, с использованием клапанов управления потоком и штифтового инжектора с переменной площадью , во многом таким же образом, как это делает головка душа, для регулирования давления, скорости потока топлива и структуры топливной смеси в камере сгорания. [7]
Первый запуск двигателя спуска LM от Space Technology Laboratories на полную мощность был осуществлён в начале 1964 года. Планировщики NASA ожидали, что один из двух радикально отличающихся проектов станет явным победителем, но этого не произошло в течение всего 1964 года. Менеджер офиса программы космических кораблей Apollo Джозеф Ши сформировал комитет из экспертов по двигателям NASA, Grumman и ВВС под председательством американского конструктора космических аппаратов Максима Фаже в ноябре 1964 года, чтобы рекомендовать выбор, но их результаты оказались неубедительными. Grumman выбрала Rocketdyne 5 января 1965 года. Всё ещё не удовлетворённый, директор MSC Роберт Р. Гилрут созвал свой собственный совет из пяти членов, также под председательством Фаже, который 18 января отменил решение Grumman и присудил контракт STL. [7] [8]
Чтобы сделать DPS максимально простой, легкой и надежной, топливо подавалось под давлением с помощью газообразного гелия вместо использования тяжелых, сложных и подверженных отказам турбонасосов . Криогенный сверхкритический гелий загружался и хранился при 3500 фунтов на квадратный дюйм (24 МПа). [9] : 4 Давление гелия регулировалось до 246 фунтов на квадратный дюйм (1,70 МПа) для топливных баков. [9] : 4 Давление гелия постепенно увеличивалось по мере его нагревания и в конечном итоге выпускалось. Система также была оснащена резиновой диафрагмой, которая разрывалась, когда давление гелия достигало определенного уровня, и позволяла газу безопасно выпускаться в космос. Однако после того, как гелий заканчивался, DPS переставала работать. Это не рассматривалось как проблема, поскольку обычно выброс гелия происходил только после того, как лунный модуль оказывался на Луне, к этому времени DPS завершал свой эксплуатационный срок и больше никогда не запускался.
Проектирование и разработка инновационной камеры тяги и конструкции штыря приписываются инженеру TRW Aerospace Джерарду В. Элверуму-младшему [10] [11] [12] Двигатель мог дросселировать от 1050 фунтов силы (4,7 кН) до 10 125 фунтов силы (45,04 кН), но работа от 65% до 92,5% тяги избегалась, чтобы предотвратить чрезмерную эрозию сопла. Он весил 394 фунта (179 кг), имел длину 90,5 дюймов (230 см) и диаметр 59,0 дюймов (150 см). [6]
LMDE сыграла важную роль в миссии Apollo 13 , став основным двигателем после взрыва кислородного бака в служебном модуле Apollo . После этого события наземные диспетчеры решили, что служебная двигательная система больше не может безопасно эксплуатироваться, оставив двигатель DPS в Aquarius единственным средством маневрирования Apollo 13.
Чтобы увеличить вес посадочной нагрузки и время пребывания на лунной поверхности, последние три лунных модуля Apollo были модернизированы путем добавления 10-дюймового (25 см) удлинителя сопла к двигателю для увеличения тяги. Выхлопной колокол сопла, как и оригинал, был спроектирован так, чтобы раздавливаться при ударе о поверхность. Он никогда не раздавливался при первых трех посадках, но прогнулся при первой расширенной посадке, Apollo 15 .
После программы Apollo DPS был доработан в двигатель TRW TR-201 . Этот двигатель использовался на второй ступени, называемой Delta-P , ракеты-носителя Delta ( серии Delta 1000 , Delta 2000 , Delta 3000 ) для 77 успешных запусков в период с 1972 по 1988 год. [13]