РД-191

РД-191 — это российский жидкостный ракетный двигатель закрытого цикла, работающий на компонентах топлива «керосин — жидкий кислород». Разработан в Научно-производственном объединении «Энергомаш» имени академика В. П. Глушко (ныне — входит в состав Государственной корпорации по космической деятельности «Роскосмос»). Двигатель создавался с конца 1990-х годов на базе технических решений, отработанных на двигателе РД-170/171, предназначавшемся для ракет-носителей «Энергия» и «Зенит». РД-191 является маршевым двигателем первой ступени семейства российских ракет-носителей «Ангара» лёгкого, среднего и тяжёлого классов.

История создания

Разработка РД-191 началась в середине 1990-х годов в ответ на необходимость создания нового семейства ракет-носителей, способных обеспечить полную независимость России в космических запусках с собственной территории. В 1994 году было принято решение о создании ракетного комплекса «Ангара», который должен был заменить устаревшие ракеты «Протон-М» и «Союз-2» и не зависеть от арендуемого космодрома Байконур (Республика Казахстан). Для первой ступени «Ангары» требовался мощный, экономичный и экологически чистый двигатель, работающий на керосине и кислороде.

НПО «Энергомаш» предложило использовать проверенную схему четырёхкамерного двигателя РД-170, но с уменьшением числа камер сгорания до одной. Это позволило значительно снизить стоимость и массу двигателя, сохранив при этом высокие удельные характеристики. Первый стендовый пуск РД-191 состоялся в 1999 году. Лётные испытания двигателя начались 9 июля 2014 года в составе первой ступени ракеты-носителя «Ангара-1.2ПП» (лёгкий класс). Впоследствии РД-191 успешно применялся во всех пусках ракет семейства «Ангара».

Конструкция и принцип работы

РД-191 представляет собой однокамерный жидкостный ракетный двигатель с дожиганием окислительного генераторного газа (схема с дожиганием восстановительного газа не применяется). Двигатель работает по замкнутому циклу: часть топлива сжигается в газогенераторе при избытке окислителя, полученный горячий газ приводит в действие турбину турбонасосного агрегата (ТНА), а затем подаётся в камеру сгорания, где дожигается с остатком горючего. Это обеспечивает высокое давление в камере сгорания (около 26,7 МПа) и, как следствие, высокий удельный импульс.

Основные конструктивные элементы:

• Камера сгорания — однокомпонентная, с медной стенкой и внешним охлаждением проточным керосином.
• Турбонасосный агрегат — включает в себя насосы окислителя и горючего, а также одноступенчатую газовую турбину.
• Газогенератор — предназначен для получения окислительного генераторного газа.
• Система управления вектором тяги — реализована за счёт качания двигателя в двух плоскостях с помощью карданного подвеса.
• Автоматика — электронная система управления, регулирующая соотношение компонентов и режимы работы.

Двигатель может работать в нескольких режимах: номинальном (100 % тяги), форсажном (до 105 %), а также в режиме дросселирования (снижение тяги до 30 % от номинала). Это свойство позволяет оптимизировать траекторию выведения полезной нагрузки и снизить перегрузки.

Технические характеристики

Модификации

На базе РД-191 разработано несколько модификаций:

• РД-191М — модификация с увеличенной тягой (до 220 тс в вакууме) и улучшенными характеристиками. Используется в перспективных проектах.
• РД-191В — вариант для верхних ступеней ракет-носителей, адаптированный для работы в условиях вакуума с возможностью многократного включения.
• РД-181 — экспортный вариант, созданный для американской ракеты-носителя «Антарес» (Antares) компании Northrop Grumman. Отличается изменённой геометрией сопла и адаптирован под требования заказчика. Поставлялся в США до введения санкционных ограничений.
• РД-192 — модификация с увеличенным диаметром сопла и тягой до 250 тс, разрабатываемая для перспективных российских ракет-носителей сверхтяжёлого класса.

Применение

Основное применение РД-191 — в составе первой ступени ракет-носителей семейства «Ангара»:

• Ангара-1.2 — лёгкий класс, одна первая ступень с одним двигателем РД-191.
• Ангара-А3 — средний класс (проект приостановлен), три боковых блока и центральный блок — всего четыре двигателя РД-191.
• Ангара-А5 — тяжёлый класс, четыре боковых блока (по одному РД-191 в каждом) и центральный блок (один РД-191), итого пять двигателей.
• Ангара-А5В — модификация с водородной третьей ступенью, первая ступень аналогична Ангаре-А5.

Кроме того, двигатель РД-191 рассматривался как возможный маршевый двигатель для перспективных российских ракет-носителей среднего класса, таких как «Союз-5» (проект «Иртыш»), однако в итоге для «Союз-5» был выбран двигатель РД-171МВ.

Значение и оценка

РД-191 является одним из самых совершенных однокамерных жидкостных ракетных двигателей в мире. Он сочетает в себе высокую тяговооружённость, экономичность (удельный импульс), надёжность и возможность дросселирования. Благодаря применению замкнутого цикла и высокому давлению в камере сгорания, двигатель обеспечивает высокую эффективность выведения полезных нагрузок.

Критики отмечают, что РД-191 унаследовал от РД-170 некоторые недостатки, в частности сложность и высокую стоимость производства. Тем не менее, он считается одним из ключевых элементов российской космической программы, обеспечивающим независимость от иностранных поставщиков двигателей. Создание РД-191 позволило России сохранить и развить компетенции в области жидкостных ракетных двигателей, что особенно важно в условиях санкционного давления.

Интересные факты

• РД-191 является первым российским ракетным двигателем, полностью разработанным и изготовленным в постсоветский период (без использования советских заделов в виде готовых изделий).
• Двигатель способен работать на керосине различных марок, включая РГ-1 (нафтил) и Т-1 (традиционный авиационный керосин).
• В 2020 году на стенде НПО «Энергомаш» был проведён эксперимент по работе РД-191 на сжиженном природном газе (метане) в качестве горючего. Результаты показали принципиальную возможность переоборудования двигателя под метан.
• РД-191 является одним из самых мощных однокамерных двигателей, работающих на керосине и кислороде, уступая по тяге только американскому двигателю F-1 (использовался на ракете «Сатурн-5») и советскому РД-170.

Источники

• «Ракетные двигатели НПО Энергомаш». Под редакцией В. П. Рачука. — М.: НПО «Энергомаш», 2013.
• «История отечественной космонавтики». Под редакцией Ю. М. Батурина. — М.: РТСофт, 2016.
• Официальные данные Госкорпорации «Роскосмос» (раздел «Ракетные двигатели»).
• Материалы научно-технических конференций по ракетно-космической технике (2010–2023 гг.).