Цикл расширения , который использует двигатель, приводит в действие турбонасос с помощью отработанного тепла, поглощаемого камерой сгорания двигателя, горловиной и соплом. 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 жидководородным ракетным двигателем, созданным в Соединенных Штатах, разработка двигателя в Marshall Space Flight Center и Pratt & Whitney началась в 1950-х годах. RL10 изначально разрабатывался как дросселируемый двигатель для лунного посадочного модуля Lunex ВВС США. [5]
RL10 впервые был испытан на земле в 1959 году в Центре исследований и разработок Pratt & Whitney во Флориде в Уэст-Палм-Бич, штат 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 Centaur ракеты-носителя Atlas . Запуск использовался для проведения тяжелого инструментального испытания производительности и структурной целостности ракеты. [10]
Было запущено несколько версий этого двигателя. S-IV ракеты Saturn I использовала кластер из шести RL10A-3S, версию, которая была модифицирована для установки на Saturn [11] , а программа Titan включала верхние ступени Centaur D-1T, работающие на двух двигателях RL10A-3-3. [11] [12]
Четыре модифицированных двигателя RL10A-5 использовались в McDonnell Douglas DC-X . [13]
В предложении DIRECT версии 3.0 по замене Ares I и Ares V семейством ракет, имеющих общую основную ступень, рекомендовалось использовать RL10 для второй ступени ракет-носителей J-246 и J-247. [15] В предлагаемой верхней ступени Jupiter могло бы использоваться до семи двигателей RL10, выполняя эквивалентную роль верхней ступени Space Launch System Exploration .
Общий расширяемый криогенный двигатель
CECE при частичном открытии дроссельной заслонки
В начале 2000-х годов NASA заключило контракт с Pratt & Whitney Rocketdyne на разработку демонстратора Common Extensible Cryogenic Engine (CECE). CECE должен был привести к двигателям RL10, способным к глубокому дросселированию. [16] В 2007 году его работоспособность (с некоторым «пыхтением») была продемонстрирована при передаточном отношении 11:1. [17] В 2009 году NASA сообщило об успешном дросселировании со 104 процентов тяги до восьми процентов тяги, что является рекордом для двигателя с циклом расширения этого типа. Пыхтение было устранено путем модификации инжектора и системы подачи топлива, которые контролируют давление, температуру и поток топлива. [18] В 2010 году диапазон дросселирования был расширен еще больше до передаточного отношения 17,6:1, дросселируя со 104% до 5,9% мощности. [19]
Возможный преемник начала 2010-х
В 2012 году НАСА объединилось с Военно-воздушными силами США (ВВС США) для изучения двигателя верхней ступени следующего поколения, оформив совместные интересы агентств в отношении нового двигателя верхней ступени, призванного заменить Aerojet Rocketdyne RL10.
«Мы знаем цену RL10. Если посмотреть на стоимость с течением времени, то очень большая часть стоимости единицы EELV приходится на двигательные системы, а RL10 — очень старый двигатель, и его производство требует большого количества ручной работы. ... Это то, что выяснит это исследование: стоит ли строить замену RL10?»
— Дейл Томас, заместитель технического директора, Центр космических полетов им. Маршалла [20]
В результате исследования НАСА надеялось найти менее дорогой двигатель класса RL10 для верхней ступени космической ракеты-носителя (SLS). [20] [21]
ВВС США надеялись заменить двигатели Rocketdyne RL10, используемые на верхних ступенях Lockheed Martin Atlas V и Boeing Delta IV Evolved Expendable Launch Vehicles (EELV), которые были основными средствами вывода правительственных спутников США в космос. [20] В то же время в рамках Программы по доступным двигателям верхней ступени (AUSEP) было проведено исследование связанных с этим требований. [21]
Улучшения
RL10 развивался на протяжении многих лет. RL10B-2, который использовался на DCSS, имел улучшенные характеристики, выдвижное сопло из углерод-углерода , электромеханическую подвеску для снижения веса и повышения надежности, а также удельный импульс 465,5 секунд (4,565 км/с). [22] [23]
По состоянию на 2016 год компания Aerojet Rocketdyne работала над включением аддитивного производства в процесс строительства RL10. Компания провела полномасштабные испытания с горячим огнем на двигателе с напечатанным главным инжектором в марте 2016 года [24] и на двигателе с напечатанной сборкой камеры тяги в апреле 2017 года [25].
Текущие приложения для RL10
Atlas V Centaur (ракетная ступень) : версия Centaur с одним двигателем (SEC) использует RL10C-1, [2] в то время как версия Centaur с двумя двигателями (DEC) сохраняет меньший RL10A-4-2. [26] Миссия Atlas V (SBIRS-5) ознаменовала первое использование версии RL10C-1-1. Миссия прошла успешно, но наблюдалась неожиданная вибрация, и дальнейшее использование модели RL10C-1-1 приостановлено до тех пор, пока проблема не будет лучше изучена. [27] Двигатель был снова успешно использован на SBIRS-6.
Промежуточная криогенная двигательная ступень : Промежуточная криогенная двигательная ступень или ICPS используется для SLS и похожа на DCSS, за исключением того, что в ней используется двигатель RL10B-2, который адаптирован для установки на верхнюю часть основной ступени диаметром 8,4 метра с четырьмя основными двигателями космического челнока RS-25 .
Ступень Centaur V ракеты Vulcan Centaur : 11 мая 2018 года United Launch Alliance (ULA) объявила, что двигатель верхней ступени RL10 был выбран для ракеты следующего поколения Vulcan Centaur компании ULA по результатам конкурсного процесса закупок. [28] Centaur V обычно будет использовать RL10C-1-1, [2] но на Vulcan Centaur Heavy будет использоваться RL10C-X. [29] Vulcan совершил свой успешный первый полет 8 января 2024 года. [30]
Двигатели в разработке
Исследовательская верхняя ступень (EUS) : EUS изначально будет использовать четыре двигателя RL10C-3. RL10C-X заменит эти двигатели, когда станет доступным. [31]
Верхняя ступень OmegA: В апреле 2018 года Northrop Grumman Innovation Systems объявила, что на верхней ступени OmegA будут использоваться два двигателя RL10C-5-1 . [32] BE-3U от Blue Origin и Vinci от Airbus Safran также рассматривались до того, как был выбран двигатель Aerojet Rocketdyne. Разработка OmegA была остановлена после того, как она не смогла выиграть контракт на запуск в космос в интересах национальной безопасности. [33]
Продвинутая криогенная стадия эволюции
В 2009 году [обновлять]была предложена усовершенствованная версия RL10 для питания усовершенствованной криогенной ступени (ACES), долговременного, низкокипящего расширения существующих технологий ULA Centaur и Delta Cryogenic Second Stage (DCSS) для ракеты-носителя Vulcan . [34] Долговременная технология ACES предназначена для поддержки геосинхронных , цислунарных и межпланетных миссий. Другое возможное применение — в качестве хранилищ топлива в космосе на низкой околоземной орбите или на L 2, которые могут использоваться в качестве промежуточных станций для других ракет для остановки и дозаправки на пути к миссиям за пределами низкой околоземной орбиты или межпланетным миссиям. Также была предложена очистка космического мусора . [35]
^ ab Wade, Mark (17 ноября 2011 г.). "RL-10B-2". Encyclopedia Astronautica . Архивировано из оригинала 4 февраля 2012 г. . Получено 27 февраля 2012 г. .
^ abcdef "Aerojet Rocketdyne RL10 Propulsion System" (PDF) . Aerojet Rocketdyne . Архивировано из оригинала (PDF) 30 января 2022 г.
^ "RL-10C". www.astronautix.com . Архивировано из оригинала 28 декабря 2016 г. Получено 6 апреля 2020 г. .
^ "RL-10A-1". www.astronautix.com . Архивировано из оригинала 28 декабря 2016 г. Получено 6 апреля 2020 г. .
^ Уэйд, Марк. "Encyclopedia Astronautica—Страница проекта Lunex". Encyclopedia Astronautica . Архивировано из оригинала 31 августа 2006 г.
^ Коннорс, стр. 319
^ "Кентавр". Космические страницы Гюнтера.
^ ab Sutton, George (2005). История жидкостных ракетных двигателей . Американский институт аэронавтики и астронавтики. ISBN1-56347-649-5.
^ "Знаменитый ракетный двигатель отмечает 40-летие полета". Pratt & Whitney. 24 ноября 2003 г. Архивировано из оригинала 14 июня 2011 г.
^ abcdefghij Брюгге, Норберт. "Эволюция криогенного ракетного двигателя Pratt & Whitney RL-10" . Получено 16 сентября 2022 г. .
^ "Titan 3E/Centaur D-1T Systems Summary REPORT NO. CASD·LVP73-007" (PDF) . Convair & Martin Marietta Aerospace. 1 сентября 1973 г. стр. 2–4 . Получено 16 сентября 2022 г. .
^ Уэйд, Марк. "DCX". Encyclopedia Astronautica . Архивировано из оригинала 28 декабря 2012 г. Получено 4 января 2013 г.
^ "Delta 269 (Delta III) Investigation Report" (PDF) . Boeing . 16 августа 2000 г. MDC 99H0047A. Архивировано из оригинала (PDF) 16 июня 2001 г.
^ "Jupiter Launch Vehicle – Technical Performance Summaries". Архивировано из оригинала 29 января 2009 г. Получено 18 июля 2009 г.{{cite web}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
^ "Common Extensible Cryogenic Engine (CECE)". United Technologies Corporation. Архивировано из оригинала 4 марта 2012 года.
^ "Throttling Back to the Moon". NASA. 16 июля 2007 г. Архивировано из оригинала 2 апреля 2010 г.
^ "НАСА испытывает технологию двигателя для высадки астронавтов на Луну". НАСА. 14 января 2009 г.
^ Джулиано, Виктор (25 июля 2010 г.). «CECE: Расширение области применения технологии глубокого дросселирования в ракетных двигателях на жидком кислороде/жидком водороде для исследовательских миссий NASA» (PDF) . Сервер технических отчетов NASA .
^ abc Roseberg, Zach (12 апреля 2012 г.). "NASA, US Air Force изучат совместный ракетный двигатель". Flight Global . Получено 1 июня 2012 г.
^ ab Newton, Kimberly (12 апреля 2012 г.). "NASA Partners With US Air Force to Study Common Rocket Propulsion Challenges". NASA. Архивировано из оригинала 24 июня 2017 г. Получено 10 января 2018 г.
^ "RL-10B-2". astronautix.com . Получено 16 сентября 2022 г. .
^ abcdefghi "RL10B-2" (PDF) . Pratt & Whitney Rocketdyne . 2009. Архивировано из оригинала (PDF) 26 марта 2012 г. . Получено 29 января 2012 г. .
^ "Aerojet Rocketdyne успешно испытала сложный 3-D-печатный инжектор в самом надежном в мире двигателе верхней ступени ракеты" (пресс-релиз). Aerojet Rocketdyne. 7 марта 2016 г. Получено 20 апреля 2017 г.
^ "Aerojet Rocketdyne достигла рубежа в 3D-печати, успешно испытав полномасштабную сборку медной тяговой камеры RL10" (пресс-релиз). Aerojet Rocketdyne. 3 апреля 2017 г. Получено 11 апреля 2017 г.
^ ab Wade, Mark (17 ноября 2011 г.). "RL-10A-1". Encyclopedia Astronautica . Архивировано из оригинала 15 ноября 2011 г. . Получено 27 февраля 2012 г. .
^ «ULA откладывает дальнейшее использование усовершенствованного двигателя верхней ступени в ожидании исследований». 23 июня 2021 г.
^ "United Launch Alliance выбирает двигатель Aerojet Rocketdyne RL10". ULA. 11 мая 2018 г. Получено 13 мая 2018 г.
^ "Vulcan Cutaway Poster" (PDF) . United Launch Alliance . Получено 15 октября 2021 г. .
^ Белам, Мартин (8 января 2024 г.). «Запуск Nasa Peregrine 1: ракета Vulcan Centaur с лунным модулем Nasa взлетает во Флориде – обновления в реальном времени». The Guardian . ISSN 0261-3077 . Получено 8 января 2024 г. .
^ Слосс, Филип (4 марта 2021 г.). «NASA и Boeing планируют начать производство верхней ступени SLS Exploration в 2021 году». NASASpaceflight . Получено 15 октября 2021 г.
^ "RL-10 выбран для ракеты OmegA". Aerojet Rocketdyne. 16 апреля 2018 г. Получено 14 мая 2018 г.
^ ab "Northrop Grumman прекращает программу ракеты OmegA". SpaceNews . 9 сентября 2020 г. Получено 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) . AIAA . Архивировано из оригинала (PDF) 24 июля 2011 г. . Получено 9 марта 2011 г. .
^ Зеглер, Франк; Бернард Куттер (2 сентября 2010 г.). «Развитие архитектуры космического транспорта на базе склада» (PDF) . Конференция и выставка AIAA SPACE 2010 . AIAA. Архивировано из оригинала (PDF) 20 октября 2011 г. . Получено 25 января 2011 г. . Концептуализация проекта ACES ведется в ULA уже много лет. Она использует конструктивные особенности верхних ступеней Centaur и Delta Cryogenic Second Stage (DCSS) и призвана дополнить и, возможно, заменить эти ступени в будущем. ...
^ ab Bilstein, Roger E. (1996). «Нетрадиционная криогеника: RL-10 и J-2». Stages to Saturn; A Technological History of the Apollo/Saturn Launch Vehicles. Вашингтон, округ Колумбия: NASA History Office . Получено 2 декабря 2011 г.
^ "Atlas Centaur". Gunter's Space Page . Получено 29 февраля 2012 г.
↑ Wade, Mark (17 ноября 2011 г.). "RL-10A-3". Encyclopedia Astronautica . Архивировано из оригинала 6 декабря 2011 г. Получено 27 февраля 2012 г.
↑ Wade, Mark (17 ноября 2011 г.). "RL-10A-4". Encyclopedia Astronautica . Архивировано из оригинала 15 ноября 2011 г. Получено 27 февраля 2012 г.
↑ Wade, Mark (17 ноября 2011 г.). "RL-10A-5". Encyclopedia Astronautica . Архивировано из оригинала 15 ноября 2011 г. Получено 27 февраля 2012 г.
^ "Delta IV Launch Services User's Guide, июнь 2013 г." (PDF) . ULA Launch . Получено 15 марта 2018 г. .
↑ Wade, Mark (17 ноября 2011 г.). "RL-10A-4-1". Encyclopedia Astronautica . Архивировано из оригинала 17 ноября 2011 г. Получено 27 февраля 2012 г.
↑ Wade, Mark (17 ноября 2011 г.). "RL-10A-4-2". Encyclopedia Astronautica . Архивировано из оригинала 30 января 2012 г. Получено 27 февраля 2012 г.
^ ab "RL10 Engine". Aerojet Rocketdyne. Архивировано из оригинала 30 апреля 2017 г. Получено 13 марта 2016 г.
↑ Wade, Mark (17 ноября 2011 г.). "RL-10B-X". Encyclopedia Astronautica . Архивировано из оригинала 15 ноября 2011 г. Получено 27 февраля 2012 г.
^ "Commons Extensible Cryogenic Engine". Pratt & Whitney Rocketdyne. Архивировано из оригинала 4 марта 2012 г. Получено 28 февраля 2012 г.
^ "Common Extensible Cryogenic Engine – Aerojet Rocketdyne". www.rocket.com . Архивировано из оригинала 12 ноября 2014 г. Получено 8 апреля 2018 г.
^ "Cryogenic Propulsion Stage" (PDF) . NASA. 5 августа 2011 г. Получено 11 октября 2014 г.
^ "Atlas-V с двигателем RL10C Centaur". forum.nasaspaceflight.com . Получено 8 апреля 2018 г. .
^ "Эволюция криогенного ракетного двигателя Pratt & Whitney RL-10". Архивировано из оригинала 3 марта 2016 г. Получено 20 февраля 2016 г.
^ "Двигатель RL10 | Aerojet Rocketdyne". www.rocket.com . Получено 19 июня 2020 г. .
^ Грэм, Уильям (24 сентября 2022 г.). «Last West Coast Delta IV Heavy launches with NROL-91». NASASpaceFlight.com . Получено 29 августа 2023 г. .
^ ab "NASA'S SPACE LAUNCH SYSTEM BEGINS MOVING TO THE LAUNCH SITE" (PDF) . NASA. 15 апреля 2020 г. Архивировано (PDF) из оригинала 13 октября 2021 г. . Получено 24 мая 2023 г. .
^ "Aerojet Rocketdyne получает крупнейший контракт на двигатель RL10 от ULA". www.aerojetrocketdyne.com . Получено 16 апреля 2022 г. .
^ "RL10 Engine | Aerojet Rocketdyne". Rocket.com . Получено 7 мая 2022 г. .
^ Sutton, AM; Peery, SD; Minick, AB (январь 1998 г.). "Демонстрация двигателя с циклом расширения 50K" (PDF) . Труды конференции AIP . 420 : 1062–1065. Bibcode : 1998AIPC..420.1062S. doi : 10.1063/1.54719. Архивировано из оригинала 8 апреля 2013 г.
^ Маккатчеон, Кимбл Д. «Эволюция ракетных двигателей для пилотируемых самолетов в США, часть 8.21: двигатель Pratt & Whitney RL10». Историческое общество авиационных двигателей . Получено 28 августа 2024 г.
^ "Pratt & Whitney RL10A-1 Rocket Engine". New England Air Museum . Архивировано из оригинала 27 апреля 2014 года.
^ ab "Фотографии ракетных двигателей". Исторический космический корабль . Получено 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). Pratt & Whitney Rocketdyne. PR Newswire. Архивировано из оригинала 27 апреля 2014 г.
^ "Американский космический музей и Космическая аллея славы". www.facebook.com . Архивировано из оригинала 26 февраля 2022 г. Получено 8 апреля 2018 г.
^ "Двигатель RL-10 | Коллекция Science Museum Group". collection.sciencemuseumgroup.org.uk . Получено 12 апреля 2024 г. .
^ "Музей авиации и космонавтики Сан-Диего - Исторический парк Бальбоа, Сан-Диего". sandiegoairandspace.org . Получено 12 апреля 2024 г. .
.jpeg/1280px-500px_photo_(140471371).jpeg)
