Цикл детандера , который использует двигатель, приводит в действие турбонасос за счет отходящего тепла, поглощаемого камерой сгорания, горловиной и соплом двигателя. Это, в сочетании с водородным топливом, приводит к очень высоким удельным импульсам ( I sp ) в диапазоне от 373 до 470 с (3,66–4,61 км/с) в вакууме. Масса колеблется от 131 до 317 кг (289–699 фунтов) в зависимости от версии двигателя. [3] [4]
История
RL10 был первым ракетным двигателем на жидком водороде, построенным в Соединенных Штатах. Разработка двигателя Центром космических полетов Маршалла и компанией Pratt & Whitney началась в 1950-х годах. Первоначально RL10 разрабатывался как дроссельный двигатель для лунного корабля ВВС США Lunex . [5]
RL10 был впервые испытан на земле в 1959 году во Флоридском центре исследований и разработок Pratt & Whitney в Уэст-Палм-Бич, Флорида . [6] [7] Первый успешный полет состоялся 27 ноября 1963 года. [8] [9] Для этого запуска два двигателя RL10A-3 приводили в действие верхнюю ступень «Кентавр» ракеты-носителя «Атлас» . Запуск был использован для проведения тщательно оборудованных испытаний производительности и структурной целостности автомобиля. [10]
Было запущено несколько версий этого двигателя. В S-IV « Сатурна I» использовалась группа из шести РЛ10А-3С, версия, которая была модифицирована для установки на «Сатурн» [11], а программа «Титан» включала разгонные ступени «Кентавр» Д-1Т с двумя двигателями РЛ10А-3-3. . [11] [12]
Дефект пайки камеры сгорания RL10B-2 был идентифицирован как причина неудачного запуска 4 мая 1999 года Delta III со спутником связи «Орион-3» . [14]
В предложении DIRECT версии 3.0 о замене Ares I и Ares V семейством ракет с общей основной ступенью RL10 рекомендовалось для второй ступени ракет-носителей J-246 и J-247 . [15] В предлагаемой верхней ступени «Юпитера» должно было использоваться до семи двигателей RL10, выполняющих эквивалентную роль верхней ступени для исследования системы космического запуска .
Общий расширяемый криогенный двигатель
CECE на частичном газе
В начале 2000-х годов НАСА заключило контракт с Pratt & Whitney Rocketdyne на разработку демонстратора Common Extensible Cryogenic Engine (CECE). CECE должен был привести к созданию двигателей RL10, способных к глубокому дросселированию. [16] В 2007 году его работоспособность (с некоторым «пыхтением») была продемонстрирована при передаточном числе 11:1. [17] В 2009 году НАСА сообщило об успешном снижении тяги со 104 процентов до восьми процентов, что является рекордом для двигателя с детандерным циклом такого типа. Пыхтение было устранено за счет модификации форсунки и системы подачи топлива, которые контролируют давление, температуру и расход топлива. [18] В 2010 году диапазон регулирования был расширен до соотношения 17,6:1, что позволило снизить мощность со 104% до 5,9%. [19]
Возможный преемник начала 2010-х годов
В 2012 году НАСА объединилось с ВВС США (USAF) для изучения силовой установки верхней ступени следующего поколения, официально закрепив совместные интересы агентств в новом двигателе верхней ступени, который заменит Aerojet Rocketdyne RL10.
«Мы знаем прейскурантную цену на RL10. Если вы посмотрите на стоимость с течением времени, то увидите, что очень большая часть стоимости единицы EELV приходится на силовые установки, а RL10 — очень старый двигатель, и есть много ремесленная работа, связанная с его изготовлением. ...Вот что и выяснит это исследование, стоит ли строить замену RL10?"
- Дейл Томас, заместитель технического директора Центра космических полетов Маршалла [20]
В результате исследования НАСА надеялось найти менее дорогой двигатель класса RL10 для верхней ступени системы космического запуска (SLS). [20] [21]
ВВС США надеялись заменить двигатели Rocketdyne RL10, используемые на верхних ступенях одноразовых ракет-носителей Lockheed Martin Atlas V и Boeing Delta IV Evolved (EELV), которые были основными методами вывода правительственных спутников США в космос. [20] Одновременно с этим было проведено исследование соответствующих требований в рамках программы доступных двигателей верхних ступеней (AUSEP). [21]
Улучшения
RL10 развивался с годами. RL10B-2, использовавшийся на DCSS , имел улучшенные характеристики, выдвижное углеродно-углеродное сопло, электромеханический подвес для снижения веса и повышения надежности, а также удельный импульс 465,5 секунды (4,565 км/с). [22] [23]
По состоянию на 2016 год Aerojet Rocketdyne работала над включением аддитивного производства в процесс строительства RL10. Компания провела полномасштабные огневые испытания двигателя с печатной главной форсункой в марте 2016 года [24] и двигателя с печатной камерой тяги в апреле 2017 года. [25]
Текущие применения RL10
Atlas V Centaur (ступень ракеты) : версия «Кентавр» с одним двигателем (SEC) использует RL10C-1, [2] в то время как версия «Кентавр» с двумя двигателями (DEC) сохраняет меньший по размеру RL10A-4-2. [26] Миссия Atlas V (SBIRS-5) ознаменовала первое использование версии RL10C-1-1. Миссия прошла успешно, но обнаружила неожиданную вибрацию, и дальнейшее использование модели RL10C-1-1 приостановлено до тех пор, пока проблема не будет лучше изучена. [27] Двигатель снова успешно использовался на СБИРС-6.
Промежуточная криогенная двигательная ступень : Промежуточная криогенная двигательная ступень или ICPS используется для SLS и аналогична DCSS, за исключением того, что двигатель представляет собой RL10B-2 и адаптирован для установки на верхнюю часть активной ступени диаметром 8,4 метра с четырьмя Главные двигатели космического корабля РС-25 .
Ступень Centaur V Vulcan Centaur : 11 мая 2018 года United Launch Alliance (ULA) объявила, что двигатель верхней ступени RL10 был выбран для ракеты ULA Vulcan Centaur следующего поколения после конкурсного процесса закупок. [30] Centaur V обычно использует RL10C-1-1, [2] но на Vulcan Centaur Heavy будет использоваться RL10C-X. [31] Вулкан совершил свой успешный первый полет 8 января 2024 года. [32]
Двигатели в разработке
Разведывательная верхняя ступень (EUS) : первоначально EUS будет использовать четыре двигателя RL10C-3. Когда RL10C-X станет доступен, двигатели C-3 будут заменены на CX. [33]
Верхняя ступень OmegA: в апреле 2018 года компания Northrop Grumman Innovation Systems объявила, что на верхней ступени OmegA будут использоваться два двигателя RL10C-5-1 . [34] Прежде чем был выбран двигатель Aerojet Rocketdyne, также рассматривались BE-3U компании Blue Origin и Vinci компании Airbus Safran . Разработка OmegA была остановлена после того, как ей не удалось выиграть контракт на космический запуск национальной безопасности. [35]
В 2009 году [обновлять]была предложена улучшенная версия RL10 для питания усовершенствованной криогенной усовершенствованной ступени (ACES), долговременного расширения с низким кипением существующей технологии ULA Centaur и Delta Cryogenic Second Stage (DCSS) для ракеты-носителя Vulcan . . [36] Технология ACES длительного действия предназначена для поддержки геосинхронных , окололунных и межпланетных миссий. Другое возможное применение — это космические склады топлива на НОО или L 2 , которые можно использовать в качестве промежуточных станций для остановки и дозаправки других ракет на пути к полетам за пределы НОО или межпланетным миссиям. Также предлагалась очистка космического мусора . [37]
Таблица версий
Частичные характеристики
Информация и обзор RL10AДвигатель RL10 проходит испытания в НАСА
↑ Аб Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10Б-2». Энциклопедия астронавтики . Архивировано из оригинала 4 февраля 2012 года . Проверено 27 февраля 2012 г.
^ abcdefg «Силовая установка Aerojet Rocketdyne RL10» (PDF) . Аэроджет Рокетдайн . Архивировано из оригинала (PDF) 30 января 2022 года.
^ "РЛ-10С". www.astronautix.com . Архивировано из оригинала 28 декабря 2016 года . Проверено 6 апреля 2020 г.
^ "РЛ-10А-1". www.astronautix.com . Архивировано из оригинала 28 декабря 2016 года . Проверено 6 апреля 2020 г.
^ Уэйд, Марк. «Энциклопедия астронавтики — страница проекта Lunex». Энциклопедия астронавтики . Архивировано из оригинала 31 августа 2006 года.
^ Коннорс, стр. 319.
^ «Кентавр». Космические страницы Гюнтера.
^ Аб Саттон, Джордж (2005). История жидкостных ракетных двигателей . Американский институт аэронавтики и астронавтики. ISBN1-56347-649-5.
^ «Знаменитый ракетный двигатель отмечает 40 лет полета» . Пратт и Уитни. 24 ноября 2003 г. Архивировано из оригинала 14 июня 2011 г.
^ abcdefghij Брюгге, Норберт. «Эволюция криогенного ракетного двигателя RL-10 компании Pratt & Whitney» . Проверено 16 сентября 2022 г.
^ «Сводка систем Titan 3E/Centaur D-1T НОМЕР ОТЧЕТА CASD·LVP73-007» (PDF) . Convair & Martin Marietta Aerospace. 1 сентября 1973 г. стр. 2–4 . Проверено 16 сентября 2022 г.
^ Уэйд, Марк. «ДКС». Энциклопедия астронавтики . Архивировано из оригинала 28 декабря 2012 года . Проверено 4 января 2013 г.
^ «Отчет о расследовании Дельты 269 (Дельта III)» (PDF) . Боинг . 16 августа 2000 г. MDC 99H0047A. Архивировано из оригинала (PDF) 16 июня 2001 г.
^ «Ракета-носитель Юпитер - Обзор технических характеристик» . Архивировано из оригинала 29 января 2009 года . Проверено 18 июля 2009 г.{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
^ «Общий расширяемый криогенный двигатель (CECE)» . Корпорация Объединенные Технологии. Архивировано из оригинала 4 марта 2012 года.
^ «Дроссельное возвращение на Луну». НАСА. 16 июля 2007 г. Архивировано из оригинала 2 апреля 2010 г.
^ «НАСА тестирует технологию двигателей для высадки астронавтов на Луну» . НАСА. 14 января 2009 г.
↑ Джулиано, Виктор (25 июля 2010 г.). «CECE: Расширение возможностей технологии глубокого дросселирования в ракетных двигателях с жидким кислородом и водородом для исследовательских миссий НАСА» (PDF) . Сервер технических отчетов НАСА .
↑ abc Roseberg, Зак (12 апреля 2012 г.). «НАСА и ВВС США изучат совместный ракетный двигатель» . Полет Глобал . Проверено 1 июня 2012 г.
^ аб Ньютон, Кимберли (12 апреля 2012 г.). «НАСА сотрудничает с ВВС США для изучения общих проблем ракетных двигателей». НАСА. Архивировано из оригинала 24 июня 2017 года . Проверено 10 января 2018 г.
^ "РЛ-10Б-2". astronautix.com . Проверено 16 сентября 2022 г.
^ abcdefghi "RL10B-2" (PDF) . Пратт и Уитни Рокетдайн . 2009. Архивировано из оригинала (PDF) 26 марта 2012 года . Проверено 29 января 2012 г.
^ «Aerojet Rocketdyne успешно тестирует сложный инжектор, напечатанный на 3D-принтере, в самом надежном в мире ракетном двигателе верхней ступени» (пресс-релиз). Аэроджет Рокетдайн. 7 марта 2016 г. Проверено 20 апреля 2017 г.
^ «Aerojet Rocketdyne достигла важной вехи в 3D-печати, проведя успешные испытания полномасштабной сборки медной упорной камеры RL10» (пресс-релиз). Аэроджет Рокетдайн. 3 апреля 2017 г. Проверено 11 апреля 2017 г.
↑ Аб Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10А-1». Энциклопедия астронавтики . Архивировано из оригинала 15 ноября 2011 года . Проверено 27 февраля 2012 г.
^ «ULA откладывает дальнейшее использование усовершенствованного двигателя верхней ступени, ожидающего исследования» . 23 июня 2021 г.
^ «Ракета-носитель ULA Vulcan (как объявлено / построено) - Тема общего обсуждения 3» . forum.nasaspaceflight.com . Проверено 6 июня 2020 г.
^ "Информационный листок Delta IV" . www.spacelaunchreport.com . Архивировано из оригинала 6 декабря 2012 года . Проверено 6 июня 2020 г.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
^ «United Launch Alliance выбирает двигатель RL10 Aerojet Rocketdyne» . УЛА. 11 мая 2018 года . Проверено 13 мая 2018 г.
^ "Плакат Вулкана в разрезе" (PDF) . Объединенный стартовый альянс . Проверено 15 октября 2021 г.
↑ Белам, Мартин (8 января 2024 г.). «Запуск NASA Peregrine 1: ракета Vulcan Centaur с лунным посадочным модулем НАСА стартует во Флориде – текущие обновления» . хранитель . ISSN 0261-3077 . Проверено 8 января 2024 г.
↑ Слосс, Филип (4 марта 2021 г.). «НАСА и Boeing планируют начать производство верхней ступени SLS Exploration в 2021 году» . НАСАКосмический полет . Проверено 15 октября 2021 г.
^ «RL-10 выбран для ракеты OmegA» . Аэроджет Рокетдайн. 16 апреля 2018 года . Проверено 14 мая 2018 г.
^ ab «Northrop Grumman прекращает программу ракет OmegA» . Космические новости . 9 сентября 2020 г. . Проверено 23 ноября 2020 г.
^ Каттер, Бернард Ф.; Зеглер, Фрэнк; Барр, Джон; Балк, Тим; Питчфорд, Брайан (2009). «Надежное исследование Луны с использованием эффективного лунного посадочного модуля, созданного на основе существующих верхних ступеней» (PDF) . АИАА . Архивировано из оригинала (PDF) 24 июля 2011 года . Проверено 9 марта 2011 г.
^ Зеглер, Фрэнк; Бернард Каттер (2 сентября 2010 г.). «Переход к архитектуре космического транспорта на базе депо» (PDF) . Конференция и выставка AIAA SPACE 2010 . АААА. Архивировано из оригинала (PDF) 20 октября 2011 года . Проверено 25 января 2011 г. Концептуализация дизайна ACES ведется в ULA уже много лет. Он использует конструктивные особенности верхних ступеней криогенной второй ступени «Кентавр» и «Дельта» (DCSS) и намерен дополнить и, возможно, заменить эти ступени в будущем. ...
^ аб Бильштейн, Роджер Э. (1996). «Нетрадиционная криогеника: РЛ-10 и J-2». Стадии к Сатурну; Технологическая история ракет-носителей «Аполлон/Сатурн». Вашингтон, округ Колумбия: Управление истории НАСА . Проверено 2 декабря 2011 г.
^ "Атлас Кентавр". Космическая страница Гюнтера . Проверено 29 февраля 2012 г.
↑ Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10А-3». Энциклопедия астронавтики . Архивировано из оригинала 6 декабря 2011 года . Проверено 27 февраля 2012 г.
↑ Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10А-4». Энциклопедия астронавтики . Архивировано из оригинала 15 ноября 2011 года . Проверено 27 февраля 2012 г.
↑ Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10А-5». Энциклопедия астронавтики . Архивировано из оригинала 15 ноября 2011 года . Проверено 27 февраля 2012 г.
^ «Руководство пользователя по услугам запуска Delta IV, июнь 2013 г.» (PDF) . Запуск УЛА . Проверено 15 марта 2018 г.
↑ Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10А-4-1». Энциклопедия астронавтики . Архивировано из оригинала 17 ноября 2011 года . Проверено 27 февраля 2012 г.
↑ Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10А-4-2». Энциклопедия астронавтики . Архивировано из оригинала 30 января 2012 года . Проверено 27 февраля 2012 г.
^ ab «Двигатель RL10». Аэроджет Рокетдайн. Архивировано из оригинала 30 апреля 2017 года . Проверено 13 марта 2016 г.
↑ Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10Б-Х». Энциклопедия астронавтики . Архивировано из оригинала 15 ноября 2011 года . Проверено 27 февраля 2012 г.
^ "Расширяемый криогенный двигатель Commons" . Пратт и Уитни Рокетдайн. Архивировано из оригинала 4 марта 2012 года . Проверено 28 февраля 2012 г.
^ «Общий расширяемый криогенный двигатель - Aerojet Rocketdyne» . www.rocket.com . Архивировано из оригинала 12 ноября 2014 года . Проверено 8 апреля 2018 г.
^ «Криогенная двигательная установка» (PDF) . НАСА. 5 августа 2011 года . Проверено 11 октября 2014 г.
^ "Атлас-V с двигателем Centaur RL10C" . forum.nasaspaceflight.com . Проверено 8 апреля 2018 г.
^ «Эволюция криогенного ракетного двигателя Pratt & Whitney RL-10» . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 20 февраля 2016 г.
^ ab «СИСТЕМА КОСМИЧЕСКОГО ЗАПУСКА НАСА НАЧИНАЕТ ПЕРЕВОЗКУ НА ПУНКТ ЗАПУСКА» (PDF) . НАСА. 15 апреля 2020 г. Архивировано (PDF) из оригинала 13 октября 2021 г. Проверено 24 мая 2023 г.
^ "Двигатель RL10 | Aerojet Rocketdyne" . www.rocket.com . Проверено 19 июня 2020 г.
↑ Грэм, Уильям (24 сентября 2022 г.). «Последний тяжелый запуск Delta IV Heavy на Западном побережье с NROL-91» . NASASpaceFlight.com . Проверено 29 августа 2023 г.
^ «Aerojet Rocketdyne заключила с ULA крупнейший контракт на двигатель RL10» . www.aerojetrocketdyne.com . Проверено 16 апреля 2022 г.
^ "Двигатель RL10 | Aerojet Rocketdyne" . Rocket.com . Проверено 7 мая 2022 г.
^ Саттон, AM; Пири, С.Д.; Миник, AB (январь 1998 г.). «Демонстрация двигателя с расширительным циклом 50К» (PDF) . Материалы конференции AIP . 420 : 1062–1065. Бибкод : 1998AIPC..420.1062S. дои : 10.1063/1.54719. Архивировано из оригинала 8 апреля 2013 года.
^ "Ракетный двигатель Pratt & Whitney RL10A-1" . Музей авиации Новой Англии . Архивировано из оригинала 27 апреля 2014 года.
^ ab «Фотографии ракетных двигателей». Исторический космический корабль . Проверено 26 апреля 2014 г.
^ Колагуори, Нэнси; Киддер, Брайан (3 ноября 2006 г.). «Pratt & Whitney Rocketdyne дарит модель легендарного ракетного двигателя Rl10 Южному университету» (пресс-релиз). Пратт и Уитни Рокетдайн. Новостная лента по связям с общественностью. Архивировано из оригинала 27 апреля 2014 года.
^ «Американский космический музей и космическая аллея славы» . www.facebook.com . Архивировано из оригинала 26 февраля 2022 года . Проверено 8 апреля 2018 г.
