РД-120

РД-120 — это однокамерный жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) закрытого цикла с дожиганием окислительного газа, разработанный в СССР в Конструкторском бюро химавтоматики (КБХА, Воронеж) под руководством главного конструктора В. П. Рачука. Двигатель предназначен для использования в качестве маршевого двигателя второй ступени ракет-носителей (РН) и является одним из наиболее совершенных отечественных кислородно-керосиновых двигателей по удельным характеристикам. РД-120 известен своей высокой надёжностью, рекордной степенью расширения сопла и возможностью многократного включения в полёте.

История создания

Разработка РД-120 началась в 1976 году в рамках создания универсальной ракетно-космической транспортной системы «Энергия-Буран». Двигатель предназначался для второй ступени ракеты-носителя «Зенит» (разработка КБ «Южное», Днепропетровск, Украина), которая должна была использоваться как в составе многоразовой системы «Энергия», так и в качестве самостоятельной ракеты среднего класса. Первый запуск «Зенита» с двигателем РД-120 состоялся 13 апреля 1985 года с космодрома Байконур.

В 1990-е годы, после распада СССР, производство РД-120 было локализовано на Украине (ГП «ПО Южмаш», Днепр), а КБХА (Россия) сохранило за собой конструкторскую документацию и право на модернизацию. В 2000-х годах российские предприятия начали работы по импортозамещению двигателя в связи с ухудшением отношений с Украиной. В 2014 году, после событий в Крыму, сотрудничество по «Зениту» было прекращено. В настоящее время в России ведутся работы по созданию двигателя РД-120М (или РД-120У) для перспективных ракет-носителей, таких как «Союз-5» и «Иртыш».

Конструкция и принцип работы

РД-120 представляет собой однокамерный ЖРД с турбонасосной подачей топлива и дожиганием генераторного газа. Топливная пара: горючее — керосин (марки РГ-1 или Т-1), окислитель — жидкий кислород. Двигатель работает по схеме «газ-газ»: окислительный газ, полученный в газогенераторе, проходит через турбину и затем подаётся в камеру сгорания, где сгорает с остатками горючего.

Основные компоненты

• Камера сгорания — выполнена из жаропрочного сплава, имеет внутреннее охлаждение керосином (регенеративное охлаждение) и наружное охлаждение за счёт испарения компонентов.
• Сопло — нерегулируемое, с высокой степенью расширения (около 100:1), что обеспечивает высокий удельный импульс на больших высотах. Сопло изготовлено из стали и имеет трубчатую конструкцию для охлаждения.
• Турбонасосный агрегат (ТНА) — включает одноступенчатую турбину, работающую на окислительном газе, и центробежные насосы окислителя и горючего. Частота вращения ротора ТНА достигает 20 000 об/мин.
• Газогенератор — производит окислительный газ (кислород с небольшим количеством керосина) при температуре около 800 °C.
• Система управления — пневмогидравлическая, обеспечивает запуск, регулирование тяги и выключение двигателя.

Характеристики

Применение

РД-120 использовался исключительно на второй ступени ракеты-носителя «Зенит-2» и «Зенит-3SL» (в составе морского старта «Sea Launch»). Двигатель обеспечивал выведение полезных нагрузок массой до 6–7 тонн на низкую опорную орбиту. Всего было произведено более 80 запусков «Зенита» с РД-120, из них около 70 успешных.

Модификации

• РД-120 — базовый вариант для «Зенита».
• РД-120М (РД-120У) — модернизированная версия с увеличенной тягой (до 90 тс) и улучшенной системой управления. Разрабатывается в России для использования на перспективных РН «Союз-5» и «Иртыш». В 2023 году завершены стендовые испытания.
• РД-120К — вариант с изменённой геометрией сопла для использования на первой ступени лёгких ракет (проект не реализован).

Сравнение с аналогами

РД-120 является одним из лучших в мире по удельному импульсу среди кислородно-керосиновых двигателей второй ступени. Его характеристики сопоставимы с американским двигателем RL-10 (Aerojet Rocketdyne), но при значительно большей тяге. Основные конкуренты:

По сравнению с водородными двигателями, РД-120 уступает в удельном импульсе, но выигрывает в плотности топлива, что позволяет уменьшить объём баков и массу конструкции ступени.

Интересные факты

• РД-120 стал первым в мире серийным двигателем с дожиганием окислительного газа, работающим на кислородно-керосиновой паре.
• Двигатель способен запускаться в вакууме (до 10−5 мм рт. ст.) без предварительного наддува баков.
• В 1990-е годы рассматривалась возможность использования РД-120 на американской ракете «Атлас-5» (вместо РД-180), но проект не был реализован.
• В 2019 году на стенде КБХА прошли испытания РД-120М с тягой 90 тс, что подтвердило возможность модернизации.

Перспективы

В связи с прекращением производства «Зенита» на Украине, РД-120 в исходном виде не выпускается. Однако российские разработки на его базе (РД-120М) планируется использовать на новых ракетах-носителях «Союз-5» (старт ожидается в 2025–2026 годах) и «Иртыш». Кроме того, рассматривается применение двигателя в качестве маршевого для верхних ступеней перспективных средств выведения.

Источники

• Конструкторское бюро химавтоматики (КБХА). Техническая документация на двигатель РД-120.
• Глушко В. П. Развитие ракетного двигателестроения в СССР. — М.: Машиностроение, 1987.
• Космонавтика: энциклопедия / под ред. В. П. Глушко. — М.: Советская энциклопедия, 1985.
• Отчёт НПО «Энергия» о лётных испытаниях РН «Зенит» (1985–1990).
• Статья «РД-120: двигатель для „Зенита“» в журнале «Новости космонавтики», № 6, 2003.
• Материалы конференции «Космическая техника и технологии» (2021, Воронеж).