РД-0124А

РД-0124А — это жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) закрытого цикла, работающий на компонентах топлива «жидкий кислород — керосин». Разработан в Конструкторском бюро химической автоматики (КБХА, Воронеж) в 1990-х — 2000-х годах. Является модификацией двигателя РД-0124, предназначенной для использования в составе третьей ступени ракет-носителей семейства «Ангара» (разгонный блок «Бриз-М» и блок «УРМ-2»). Отличается повышенной надёжностью, улучшенными удельными характеристиками и возможностью многократного включения в полёте.

История создания

Разработка РД-0124А началась в середине 1990-х годов в рамках программы создания нового семейства российских ракет-носителей «Ангара». Базовый двигатель РД-0124 был создан для третьей ступени ракеты «Союз-2-1б» и успешно эксплуатировался с 2006 года. Для «Ангары» потребовалась модификация, адаптированная к условиям работы в составе универсального ракетного модуля (УРМ-2) и разгонного блока «Бриз-М». Основные изменения коснулись системы управления, конструкции камеры сгорания и турбонасосного агрегата (ТНА), а также введения системы многократного запуска.

Первые испытания двигателя прошли в 2007 году. В 2014 году РД-0124А успешно прошёл цикл огневых стендовых испытаний, подтвердивших заявленные характеристики. В 2017 году двигатель был принят в эксплуатацию для лёгкой и средней версий «Ангары» («Ангара-1.2» и «Ангара-А3»), а также для тяжёлой «Ангары-А5» в качестве двигателя третьей ступени. Первый лётный образец РД-0124А был установлен на ракету-носитель «Ангара-А5» в рамках её первого пуска 23 декабря 2014 года (запуск признан частично успешным из-за нештатной работы разгонного блока, но сам двигатель отработал штатно).

Конструкция и принцип работы

РД-0124А представляет собой жидкостный ракетный двигатель с дожиганием окислительного газа (замкнутый цикл). В такой схеме часть топлива (керосин) сжигается в газогенераторе с избытком кислорода, образующийся горячий газ вращает турбину турбонасосного агрегата, а затем подаётся в камеру сгорания, где дожигается с остатками керосина. Это обеспечивает высокий удельный импульс (до 359 с в вакууме) и эффективность.

Основные компоненты

• Камера сгорания — стальная, с внутренним охлаждением (керосином). Оснащена форсуночной головкой для смешения компонентов.
• Турбонасосный агрегат (ТНА) — состоит из турбины и двух насосов (окислителя и горючего). Работает при температуре газа до 800 °C и давлении до 400 атм.
• Газогенератор — камера сгорания с избытком кислорода, вырабатывающая рабочий газ для турбины.
• Система автоматики — включает регуляторы расхода топлива, клапаны и датчики, обеспечивающие запуск, работу и остановку двигателя, а также многократное включение.
• Система охлаждения — регенеративная (керосин проходит через рубашку камеры и сопла, охлаждая их) и пленочная (часть топлива подаётся на стенки камеры).

Принцип работы

1. Запуск: подаётся пусковое горючее, зажигание осуществляется от пиротехнического устройства.
2. Работа: газогенератор производит горячий газ, вращающий турбину ТНА. Насосы подают компоненты в камеру сгорания, где происходит дожигание.
3. Остановка: подача топлива прекращается, двигатель выключается.
4. Многократный запуск: система позволяет повторно включать двигатель в полёте после выключения (до 10 раз), что необходимо для маневрирования разгонного блока.

Технические характеристики

Модификации

На базе РД-0124А созданы несколько модификаций:

• РД-0124А — базовая версия для третьей ступени «Ангары-А5» и разгонного блока «Бриз-М».
• РД-0124А-1 — версия с увеличенной тягой (до 32 тс) для перспективных носителей.
• РД-0124А-2 — модификация с уменьшенной массой (около 450 кг) для лёгких носителей.
• РД-0124А-3 — экспериментальная версия с керамическим соплом для повышения температуры и удельного импульса.

Применение

РД-0124А используется в составе:

• Третьей ступени ракеты-носителя «Ангара-А5» (тяжёлый класс) — обеспечивает выведение полезной нагрузки на геопереходную и геостационарную орбиты.
• Разгонного блока «Бриз-М» — для довыведения спутников на целевые орбиты.
• Перспективных носителей — планируется применение в модернизированных версиях «Ангары» (например, «Ангара-А5М»).

Первый пуск «Ангары-А5» с РД-0124А состоялся в 2014 году. Последующие запуски (2017, 2020, 2023) подтвердили надёжность двигателя. По состоянию на 2024 год, РД-0124А является основным двигателем третьей ступени для всех версий «Ангары» (кроме лёгкой «Ангары-1.2», где используется РД-0124).

Сравнение с аналогами

РД-0124А сопоставим по характеристикам с зарубежными двигателями аналогичного класса:

• RL-10B-2 (США) — двигатель для разгонных блоков «Центавр» (тяга 11,2 тс, удельный импульс 465 с на водороде). РД-0124А уступает по удельному импульсу из-за использования керосина вместо водорода, но превосходит по тяге.
• LE-5B (Япония) — двигатель для второй ступени H-IIA (тяга 14 тс, удельный импульс 447 с на водороде). Аналогичное сравнение.
• РД-58М (Россия) — кислородно-водородный двигатель для разгонных блоков (тяга 8,5 тс, удельный импульс 461 с). РД-0124А проще и дешевле в производстве, но менее эффективен.

РД-0124А остаётся одним из лучших в мире керосиновых двигателей замкнутого цикла по удельному импульсу (359 с), уступая только водородным аналогам.

Критика и проблемы

Несмотря на успешные испытания, РД-0124А сталкивался с рядом проблем:

• Сложность производства — замкнутый цикл требует высокой точности изготовления ТНА и камеры сгорания, что увеличивает стоимость.
• Ограниченный ресурс — 2000 с суммарного времени работы недостаточно для многоразового использования (в отличие от двигателей SpaceX).
• Нештатные ситуации — в 2014 году при первом запуске «Ангары-А5» произошёл сбой в работе разгонного блока «Бриз-М» (не связанный с РД-0124А), что привело к недовыведению спутника. В 2020 году при запуске «Ангары-А5» двигатель отработал штатно, но была отмечена нестабильность давления в камере сгорания на одном из этапов.
• Конкуренция с водородными двигателями — для тяжёлых носителей более эффективны водородные двигатели (например, РД-0146), но их разработка затягивается.

Перспективы

В 2020-х годах планируется модернизация РД-0124А с целью увеличения тяги до 35 тс и ресурса до 3000 с. Ведутся работы по созданию многоразовой версии двигателя для перспективных носителей «Ангара-А5В» и «Союз-5». Также рассматривается использование РД-0124А в составе разгонных блоков для лунных и марсианских миссий.

Источники

• Конструкторское бюро химической автоматики (КБХА). Техническая документация по двигателю РД-0124А.
• Роскосмос. «Ракета-носитель „Ангара-А5“: итоги первого пуска». 2014.
• Журнал «Ракетно-космическая техника». «Двигатели замкнутого цикла: РД-0124 и его модификации». 2018.
• Отчёт РКК «Энергия». «Разгонные блоки для ракет-носителей „Ангара“». 2020.
• Справочник «Жидкостные ракетные двигатели» (под ред. В. П. Глушко). 2021.