РД-108

РД-108 — это жидкостный ракетный двигатель, разработанный в СССР в ОКБ-456 (ныне НПО «Энергомаш» имени В. П. Глушко) под руководством Валентина Глушко. Двигатель является модификацией семейства РД-107 и предназначен для установки на боковые блоки (первую ступень) ракет-носителей семейства «Союз» (Р-7, «Восток», «Восход», «Союз-2»). РД-108 обеспечивает работу на второй ступени (центральном блоке) ракеты-носителя, отличаясь от РД-107 наличием рулевых сопел для управления полётом.

История создания

Разработка двигателя началась в середине 1950-х годов в рамках создания межконтинентальной баллистической ракеты Р-7. Первоначально конструкторское бюро Глушко создало двигатель РД-107 для боковых блоков, а для центрального блока потребовался двигатель, способный работать в более сложных условиях — в разреженной атмосфере и с возможностью управления вектором тяги. Решением стало оснащение РД-108 четырьмя рулевыми соплами, которые позволяли отклонять газовый поток для изменения направления полёта. Первый запуск РД-108 состоялся в 1957 году в составе ракеты Р-7, которая 4 октября 1957 года вывела на орбиту первый искусственный спутник Земли.

В дальнейшем двигатель многократно модернизировался. Основные изменения касались повышения надёжности, увеличения ресурса и снижения массы. В 1960-е годы была создана версия РД-108А для ракет «Восток» и «Восход», а в 1970-е — РД-108М для модификаций «Союз-У» и «Союз-ФГ». В 2000-х годах для ракет «Союз-2» была разработана версия РД-108А-1 с улучшенными характеристиками.

Конструкция и принцип работы

РД-108 представляет собой жидкостный ракетный двигатель, работающий на компонентах топлива: окислитель — жидкий кислород, горючее — керосин марки Т-1 или РГ-1. Двигатель выполнен по схеме с открытым циклом: часть топлива сгорает в газогенераторе, а продукты сгорания приводят в действие турбонасосный агрегат (ТНА), после чего выбрасываются через выхлопные патрубки, создавая дополнительную, хотя и незначительную, тягу.

Основные узлы

• Камера сгорания — одна основная, с форсуночной головкой, обеспечивающей смесеобразование и сгорание топлива.
• Турбонасосный агрегат — состоит из центробежных насосов окислителя и горючего, приводимых в действие газовой турбиной. ТНА обеспечивает подачу компонентов в камеру сгорания под давлением до 60–70 атмосфер.
• Газогенератор — камера, в которой сжигается часть топлива для получения газа, вращающего турбину.
• Рулевые сопла — четыре небольших сопла, расположенных по бокам основного. Они поворачиваются в одной плоскости, обеспечивая управление по тангажу и рысканию, а также (в паре с рулевыми соплами боковых блоков) по крену.
• Система зажигания — использует пиротехнические воспламенители, инициирующие горение при запуске.

Принцип действия

При запуске двигателя сначала открываются клапаны подачи окислителя и горючего в газогенератор, где происходит воспламенение. Газ из газогенератора вращает турбину, которая приводит в действие насосы. Насосы подают компоненты под высоким давлением в камеру сгорания, где они смешиваются и сгорают, создавая реактивную тягу. Рулевые сопла получают газ из основного тракта после турбины, что позволяет управлять вектором тяги без дополнительных источников энергии.

Технические характеристики

Параметры двигателя различаются в зависимости от модификации. Ниже приведены характеристики для версии РД-108А-1, используемой на ракетах «Союз-2.1а» и «Союз-2.1б»:

Модификации

За десятилетия эксплуатации было разработано несколько основных модификаций РД-108:

• РД-108 — базовая версия для ракеты Р-7 (1957 год). Тяга в вакууме — 1000 кН.
• РД-108А — модификация для ракет «Восток» и «Восход» (1960-е годы). Улучшена система охлаждения камеры сгорания, повышена надёжность.
• РД-108М — версия для ракет «Союз-У» и «Союз-ФГ» (1970-е годы). Увеличена тяга до 1020 кН в вакууме, снижена масса.
• РД-108А-1 — модификация для ракет «Союз-2» (2000-е годы). Внедрены цифровые системы управления, изменена конструкция форсуночной головки для повышения эффективности смесеобразования.
• РД-108А-2 — экспериментальная версия с увеличенным ресурсом и возможностью многократного включения (не пошла в серию).

Применение

РД-108 устанавливается на центральном блоке ракет-носителей семейства «Союз». Он включается вместе с двигателями боковых блоков (РД-107) на старте и продолжает работу после отделения боковых блоков, обеспечивая выведение полезной нагрузки на орбиту. Благодаря рулевым соплам, РД-108 берёт на себя функции управления полётом на этапе работы второй ступени, что позволяет отказаться от отдельных рулевых двигателей.

Ракеты-носители с РД-108 использовались для запуска:

• Первого искусственного спутника Земли (1957);
• Первого пилотируемого космического корабля «Восток-1» с Юрием Гагариным (1961);
• Космических аппаратов серий «Луна», «Марс», «Венера»;
• Пилотируемых кораблей «Союз» и грузовых «Прогресс»;
• Спутников связи, навигации, дистанционного зондирования Земли.

По состоянию на 2025 год РД-108 продолжает эксплуатироваться на ракетах «Союз-2.1а» и «Союз-2.1б», запускаемых с космодромов Байконур, Плесецк и Восточный. Двигатель считается одним из самых надёжных в истории ракетной техники: за более чем 60 лет эксплуатации не было зафиксировано ни одного отказа, приведшего к катастрофе по вине РД-108.

Критика и недостатки

Несмотря на высокую надёжность, РД-108 имеет ряд недостатков, обусловленных конструкцией 1950-х годов:

• Открытый цикл — часть топлива выбрасывается через газогенератор, не создавая полезной тяги, что снижает общий удельный импульс по сравнению с двигателями закрытого цикла (например, РД-180 или РД-191).
• Большая масса — двигатель тяжелее современных аналогов, что ограничивает массу полезной нагрузки.
• Ограниченный ресурс — одноразовое использование, невозможность многократного включения в полёте (кроме экспериментальных версий).
• Экологичность — использование керосина и кислорода не является экологически чистым, хотя и менее вредно, чем гидразиновые двигатели.

В 2010-х годах в России велись работы по созданию замены РД-108 — двигателя РД-191М (на базе РД-191 для ракет «Ангара»), но проект не был завершён. Тем не менее, РД-108 остаётся основным двигателем для ракет «Союз» благодаря своей отработанности и низкой стоимости производства.

Интересные факты

• РД-108 является одним из самых массовых ракетных двигателей в мире: выпущено более 10 000 экземпляров.
• Двигатель способен работать в условиях полного вакуума, так как система охлаждения камеры сгорания использует криогенный кислород, проходящий через рубашку охлаждения.
• Рулевые сопла РД-108 отклоняются на угол до 12 градусов, что обеспечивает высокую манёвренность ракеты.
• В 1960 году на базе РД-108 был создан двигатель РД-109 для ракеты-носителя «Молния», отличавшийся увеличенной камерой сгорания и тягой 1140 кН в вакууме.

Источники

• Глушко В. П. Развитие ракетного двигателестроения в СССР. — М.: Машиностроение, 1973.
• Каталог ракетных двигателей НПО «Энергомаш» имени В. П. Глушко. — М.: НПО «Энергомаш», 2015.
• Техническое описание ракет-носителей «Союз-2». — РКЦ «Прогресс», 2020.
• Sutton G. P. History of Liquid Propellant Rocket Engines. — AIAA, 2006.