РД-107

РД-107 — это семейство советских и российских жидкостных ракетных двигателей, работающих на керосине и жидком кислороде. Разработаны в ОКБ-456 (ныне НПО «Энергомаш» имени В. П. Глушко) под руководством Валентина Глушко. Двигатели РД-107 и их модификации используются в качестве маршевых двигателей первой и второй ступеней ракет-носителей семейства «Р-7» (включая «Союз-2»). Являются одними из самых надёжных и массово эксплуатируемых жидкостных ракетных двигателей в мире.

История создания

Разработка двигателя началась в 1954 году в связи с созданием межконтинентальной баллистической ракеты «Р-7» (8К71). Требовался двигатель, способный обеспечить стартовую тягу порядка 75-80 тонн-сил. В качестве основы был взят двигатель РД-105, ранее разработанный для ракеты «Р-5». Однако для достижения необходимой тяги потребовалось увеличить давление в камере сгорания и применить многокамерную схему.

Первые испытания РД-107 прошли в 1955 году. 15 мая 1957 года состоялся первый пуск ракеты «Р-7» с двигателями РД-107 на первой ступени и РД-108 на второй. С 1957 года двигатель непрерывно совершенствуется. Модификации РД-107А и РД-108А используются на ракетах-носителях семейства «Союз» (включая «Союз-ФГ», «Союз-2.1а», «Союз-2.1б»). В 2010-х годах была проведена модернизация до версии РД-107АМ (для ракет «Союз-2.1в»), а в 2020-х — до РД-107А/РД-108А с цифровой системой управления (для «Союз-2.1а/б»).

Конструкция

Двигатель РД-107 выполнен по открытой схеме с газогенератором, вырабатывающим парогаз для привода турбонасосного агрегата (ТНА). Отработанный парогаз после турбины выбрасывается в атмосферу через специальное сопло, что снижает удельный импульс, но упрощает конструкцию. Основные элементы:

• Камеры сгорания: четыре основные камеры, расположенные по схеме «квадрат», и две рулевые камеры (для управления вектором тяги). Каждая камера имеет собственное сопло.
• Турбонасосный агрегат (ТНА): обеспечивает подачу компонентов топлива (керосин и жидкий кислород) в камеры сгорания под давлением до 70 атмосфер.
• Газогенератор: сжигает часть топлива для получения горячего газа, вращающего турбину ТНА.
• Рулевые камеры: две небольшие камеры, установленные на кардановых подвесах, позволяют отклонять струю газов для управления тангажом и рысканием (крен управляется отдельными двигателями на второй ступени).

Технические характеристики (базовая версия РД-107)

Модификации

Семейство РД-107 включает несколько основных модификаций, различающихся тягой, удельным импульсом и конструктивными особенностями:

• РД-107 (базовая версия, 1957 г.) — для ракет «Р-7», «Восток», «Восход».
• РД-107А (1960-е гг.) — форсированная версия с увеличенной тягой (до 104 тс в вакууме) и улучшенным охлаждением камер. Используется на «Союз-У», «Союз-ФГ».
• РД-107АМ (2010-е гг.) — модернизация для «Союз-2.1в» с цифровой системой управления и повышенной надёжностью.
• РД-107А/РД-108А (2020-е гг.) — версия с цифровой системой управления (ЦСУ) для «Союз-2.1а/б», позволяющая оптимизировать работу двигателя в реальном времени.
• РД-107АМ (экспортная версия) — для ракет «Союз-СТ» (запуски с космодрома Куру, Французская Гвиана) — адаптирована под тропический климат и требования безопасности.

Применение

Двигатели РД-107 устанавливаются на боковые блоки (первая ступень) ракет-носителей семейства «Р-7» (всего 4 двигателя на ракету). Каждый двигатель обеспечивает тягу одного бокового блока. Вторая ступень оснащается двигателем РД-108 (аналогичной конструкции, но с четырьмя рулевыми камерами вместо двух). Основные носители:

• Р-7 (1957–1968) — первая советская МБР, позже использовалась как космический носитель.
• Восток (1960–1963) — пилотируемые полёты (Юрий Гагарин).
• Восход (1964–1965) — многоместные корабли.
• Молния (1960–2010) — запуски спутников связи.
• Союз (1966–н.в.) — пилотируемые и грузовые корабли к МКС.
• Союз-2 (2004–н.в.) — современная версия с цифровой системой управления.

По состоянию на 2024 год выполнено более 1900 пусков ракет с двигателями РД-107/108 (включая все модификации). Аварийность крайне низкая — менее 0,5% отказов двигателей за всю историю эксплуатации.

Производство

Серийное производство двигателей РД-107 осуществляется на ПАО «Протон-ПМ» (г. Пермь, входит в АО «НПО Энергомаш»). Головное предприятие-разработчик — НПО «Энергомаш» имени В. П. Глушко (г. Химки, Московская область). В 2020-х годах объём производства составляет около 30–40 двигателей в год (в зависимости от заказов Роскосмоса и коммерческих пусков).

Надёжность и рекорды

РД-107 считается одним из самых надёжных ракетных двигателей в истории. За 65 лет эксплуатации (с 1957 по 2023 год) зафиксировано лишь 3 отказа двигателей на первой ступени, приведших к авариям (все — в 1960-х годах). Последний отказ РД-107, вызвавший потерю ракеты, произошёл в 1975 году (авария «Союз-У»). С тех пор двигатель работает безотказно. Это объясняется консервативной конструкцией, многолетней отработкой и строгим контролем качества на производстве.

Рекорды: двигатель РД-107 является самым массовым жидкостным ракетным двигателем в мире (выпущено более 3000 экземпляров). Он также является рекордсменом по длительности непрерывной эксплуатации в одном семействе ракет-носителей (более 65 лет).

Интересные факты

• Двигатель РД-107 был первым в мире жидкостным ракетным двигателем, работающим на жидком кислороде и керосине, который использовался в пилотируемой космонавтике.
• Принципиальная схема РД-107 (четыре камеры сгорания + рулевые камеры) была скопирована в американском двигателе LR-87 для ракет «Титан» (1959 г.), но с использованием азотного тетроксида и гидразина.
• В 2010-х годах была разработана модификация РД-107АМ с цифровой системой управления, которая позволяет снизить нагрузки на конструкцию ракеты и повысить точность выведения.
• Двигатель РД-107 используется в составе ракеты-носителя «Союз-2.1а» для запусков пилотируемых кораблей «Союз МС» и грузовых «Прогресс МС» к Международной космической станции.

Источники

• Глушко В. П. «Развитие ракетного двигателестроения в СССР». — М.: Машиностроение, 1987.
• НПО «Энергомаш» имени В. П. Глушко. Официальные технические описания двигателей РД-107/108.
• «Ракетные двигатели: история и современность» / под ред. Б. И. Каторгина. — М.: Наука, 2019.
• Данные Роскосмоса по эксплуатации ракет-носителей семейства «Союз» (2010–2024 гг.).
• «Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей» / под ред. В. М. Кудрявцева. — М.: МАИ, 2015.