GEM 63

GEM 63 (Graphite-Epoxy Motor 63) — это семейство твердотопливных ракетных двигателей (РДТТ) американского производства, разработанных компанией Northrop Grumman (ранее — Orbital ATK). Двигатели используются в качестве боковых ускорителей (бустеров) для ракет-носителей семейства Atlas V (оператор — United Launch Alliance, ULA) и Vulcan Centaur. Основное конструктивное отличие — корпус из композитных материалов (графит-эпоксидная смола) и диаметр 63 дюйма (около 1,6 м).

История создания

Разработка GEM 63 началась в 2010-х годах в рамках программы модернизации ракет-носителей Atlas V. Предыдущее поколение твердотопливных ускорителей для Atlas V — AJ-60A производства Aerojet Rocketdyne — имело стальной корпус и меньшую эффективность. Компания Orbital ATK (с 2018 года — подразделение Northrop Grumman) предложила двигатель с композитным корпусом, что позволило снизить массу и увеличить тягу.

Первый полёт Atlas V с GEM 63 состоялся 13 ноября 2020 года (миссия NROL-101 для Национального разведывательного управления США). Двигатель успешно отработал, подтвердив заявленные характеристики. Впоследствии GEM 63 стал стандартным ускорителем для Atlas V, заменив AJ-60A.

Конструкция и характеристики

Основные параметры

• Диаметр: 63 дюйма (1,6 м).
• Длина: около 18,5 м (в зависимости от конфигурации).
• Масса: около 49 000 кг (полная), около 5500 кг (сухая).
• Тяга (на уровне моря): около 1,7 МН (170 тонн-сил) на каждый двигатель.
• Время работы: около 94 секунд.
• Топливо: смесь на основе перхлората аммония (окислитель), алюминия (горючее) и полибутадиена с концевыми гидроксильными группами (HTPB — связующее). Типовая рецептура — HTPB/AP/Al.
• Управление вектором тяги: отсутствует (двигатели не имеют качающегося сопла); управление осуществляется за счёт дифференциального отключения или газодинамических рулей.

Особенности

• Композитный корпус: изготавливается методом намотки графито-эпоксидной ленты. Это снижает массу конструкции на 30–40% по сравнению со стальными аналогами, что увеличивает полезную нагрузку ракеты.
• Сопло: фиксированное, с углерод-углеродным вкладышем для термостойкости.
• Воспламенение: пиротехническое, с помощью воспламенителя на основе магния и тефлона.
• Сброс: после выгорания топлива двигатели отделяются от ракеты-носителя с помощью пироболтов и падают в океан (невозвратные).

Модификации

GEM 63

Базовая версия, применяемая на Atlas V в конфигурациях 401, 411, 421, 431 и 541 (цифра после «4» обозначает количество ускорителей). В зависимости от миссии на Atlas V может устанавливаться от 0 до 5 двигателей GEM 63.

GEM 63XL

Увеличенная версия, разработанная для ракеты-носителя Vulcan Centaur (оператор — ULA). Отличается удлинённым корпусом (длина увеличена примерно на 1,5 м) и большей массой топлива. Тяга GEM 63XL оценивается в 2,0 МН (200 тонн-сил) на уровне моря. Первый полёт Vulcan Centaur с GEM 63XL состоялся 8 января 2024 года (миссия Peregrine Mission One). Планируется, что эти двигатели будут использоваться на всех модификациях Vulcan (до 6 ускорителей).

Применение

Atlas V

GEM 63 применяется на ракетах-носителях Atlas V, эксплуатируемых ULA. Конфигурации с GEM 63 используются для запусков спутников связи, разведывательных аппаратов, а также для миссий по программе Commercial Crew (например, запуск корабля Starliner компании Boeing). С 2020 года все новые Atlas V оснащаются только GEM 63.

Vulcan Centaur

GEM 63XL — основной боковой ускоритель для ракеты-носителя Vulcan Centaur, которая пришла на смену Atlas V и Delta IV. Vulcan использует до 6 двигателей GEM 63XL (в зависимости от требуемой грузоподъёмности). Первый полёт показал номинальную работу двигателей.

Планы

Компания Northrop Grumman рассматривает возможность создания ещё более мощной версии — GEM 63XL+ (с увеличенным диаметром сопла или изменённой рецептурой топлива). Однако официальных подтверждений этих разработок нет.

Сравнение с аналогами

GEM 63 и GEM 63XL превосходят AJ-60A по удельной тяге и массе, что позволяет ULA увеличивать полезную нагрузку ракет-носителей на 10–15% при тех же габаритах.

Производство

Двигатели GEM 63 производятся на заводе Northrop Grumman в городе Магна (штат Юта, США). Производственная мощность — до 20 двигателей в год. Сборка включает намотку корпуса, заливку топлива, установку сопла и воспламенителя. После изготовления каждый двигатель проходит огневые стендовые испытания на полигоне в Промонтори (штат Юта).

Перспективы

С переходом ULA на ракету-носитель Vulcan Centaur потребность в GEM 63 будет постепенно снижаться (Atlas V выводится из эксплуатации к 2025–2026 годам). Однако GEM 63XL станет основным ускорителем для Vulcan, который планируется использовать до 2030-х годов. Кроме того, Northrop Grumman рассматривает возможность адаптации GEM 63 для других носителей, например, для ракеты OmegA (программа закрыта в 2020 году) или для коммерческих запусков.

Источники

• Northrop Grumman. GEM 63 and GEM 63XL Solid Rocket Motors. — Northrop Grumman, 2020.
• United Launch Alliance. Atlas V Launch Services User’s Guide. — ULA, 2021.
• Krebs, Gunter. GEM 63 / GEM 63XL. — Gunter’s Space Page, 2024.
• NASA. Solid Rocket Motor Fact Sheet. — NASA Marshall Space Flight Center, 2022.