РД-45

РД-45 — это советский жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), разработанный в 1940-х — начале 1950-х годов в ОКБ-456 (ныне НПО «Энергомаш» имени В. П. Глушко) под руководством Валентина Петровича Глушко. Двигатель работал на топливной паре «керосин — жидкий кислород» и предназначался для установки на межконтинентальные баллистические ракеты (МБР) и ракеты-носители. РД-45 стал одним из первых крупноразмерных ЖРД, созданных в СССР на основе немецких трофейных технологий и собственных разработок, и послужил основой для целого семейства двигателей, включая РД-101 и РД-103.

История создания

Предпосылки и трофейные технологии

После окончания Второй мировой войны в СССР были вывезены образцы немецких баллистических ракет «Фау-2» (A-4) и документация по их двигательной установке — ЖРД A-4 (рабочее название — «Агрегат-4»). Этот двигатель, работавший на этиловом спирте и жидком кислороде, развивал тягу около 25 тонн в вакууме. Советские специалисты, в том числе В. П. Глушко, занимались изучением и воспроизводством немецких технологий.

В 1946 году было принято решение о создании собственного двигателя для перспективных ракет. В качестве основы была взята конструкция A-4, но с рядом кардинальных изменений: переход на более эффективное горючее (керосин вместо спирта), увеличение камеры сгорания и форсунок, а также повышение давления в камере.

Разработка и испытания

Работы над двигателем, получившим заводское обозначение «8Д45» (впоследствии РД-45), начались в 1947 году. Первое огневое стендовое испытание состоялось в 1948 году. Двигатель показал тягу около 35 тонн в вакууме, что значительно превышало характеристики немецкого прототипа. Однако в ходе испытаний выявились проблемы с устойчивостью горения и перегревом стенок камеры.

В 1949–1950 годах конструкция была доработана: изменена система охлаждения (введено регенеративное охлаждение керосином), увеличено количество форсунок, улучшена конструкция газогенератора. В 1951 году двигатель был принят на вооружение в составе ракеты Р-2 (8Ж38).

Серийное производство и модернизация

Серийное производство РД-45 было развёрнуто на заводе № 456 (г. Химки, Московская область). Всего было выпущено несколько сотен экземпляров. Двигатель устанавливался на ракеты Р-2, а также на первые ракеты-носители для запуска спутников (в частности, на ракету «Спутник-3» в модификации РД-103).

В 1953 году на базе РД-45 был создан двигатель РД-101 (8Д51) с увеличенной тягой (до 37 тонн) за счёт повышения давления в камере. Дальнейшим развитием стал РД-103 (8Д53), который использовался на ракетах Р-5М и Р-5РД. РД-103, в свою очередь, послужил прототипом для двигателей первой ступени ракет-носителей «Восток» и «Союз» (РД-107 и РД-108).

Конструкция и принцип действия

Основные компоненты

РД-45 — это однокамерный ЖРД открытого цикла с турбонасосной подачей топлива. Основные узлы:

• Камера сгорания — цилиндрическая, с коническим соплом. Изготовлена из жаропрочной стали. Внутренняя поверхность охлаждается протекающим через рубашку керосином (регенеративное охлаждение).
• Головка камеры — содержит форсуночную решётку, через которую впрыскиваются компоненты топлива. В РД-45 использовались центробежные форсунки, обеспечивающие тонкое распыление.
• Турбонасосный агрегат (ТНА) — состоит из центробежного насоса жидкого кислорода, центробежного насоса керосина и газовой турбины. Турбина приводится во вращение продуктами сгорания, вырабатываемыми в газогенераторе.
• Газогенератор — небольшой камерный агрегат, в котором сжигается часть топлива для получения рабочего тела турбины. В РД-45 газогенератор работал на том же топливе, что и основная камера.
• Система автоматики — включает клапаны, регуляторы тяги и давления, а также систему зажигания (электрическая свеча).

Топливная система

Топливная пара: горючее — керосин Т-1 или ТС-1, окислитель — жидкий кислород. Компоненты подаются в камеру сгорания под давлением около 5 МПа (50 атмосфер). Турбонасосный агрегат обеспечивает расход топлива до 100 кг/с.

Тяговые характеристики

• Тяга в вакууме: 35,3 тс (346 кН).
• Тяга на уровне моря: 29,4 тс (288 кН).
• Удельный импульс в вакууме: 237 с (2325 м/с).
• Удельный импульс на уровне моря: 198 с (1940 м/с).
• Время работы: до 120 секунд.

Применение

Ракета Р-2

Основным носителем для РД-45 стала баллистическая ракета средней дальности Р-2 (по классификации НАТО — SS-2 Sibling). Ракета имела дальность до 600 км и несла ядерную боеголовку мощностью 50–100 кт. РД-45 устанавливался в качестве маршевого двигателя первой ступени. Вторая ступень (если предусматривалась) оснащалась двигателем меньшей тяги.

Ракета-носитель «Спутник-3»

В 1958 году на базе ракеты Р-5М была создана ракета-носитель 8А91 для запуска спутника «Спутник-3». На ней использовался двигатель РД-103 (модификация РД-45), который обеспечивал выведение полезной нагрузки массой до 1,3 тонны на низкую околоземную орбиту.

Экспериментальные и исследовательские программы

РД-45 применялся на стендовых испытаниях для отработки технологий регенеративного охлаждения, высокотемпературного горения и турбонасосной подачи. Полученные данные легли в основу проектирования более мощных двигателей для МБР и космических ракет.

Модификации

Значение и наследие

РД-45 стал важным этапом в развитии советского ракетного двигателестроения. Он позволил:

• Перейти от спиртового топлива к более эффективному керосину, что повысило энергетические характеристики ракет.
• Отработать технологию турбонасосной подачи топлива, которая стала стандартом для всех последующих ЖРД.
• Создать научно-техническую базу для разработки двигателей РД-107 и РД-108, обеспечивших запуски первых искусственных спутников Земли и пилотируемых космических кораблей.

Двигатели семейства РД-45/РД-103 эксплуатировались до середины 1960-х годов, после чего были заменены более совершенными образцами. Однако их конструктивные решения (регенеративное охлаждение, центробежные форсунки, открытый цикл) используются до сих пор в современных ЖРД.

Интересные факты

• РД-45 был одним из первых в мире ЖРД, работавших на керосине с жидким кислородом. До этого в СССР и США преобладали спиртовые двигатели.
• Двигатель имел рубашку охлаждения, изготовленную методом фрезеровки пазов в стенке камеры — технология, которая позже стала стандартной.
• В 1954 году на стендовых испытаниях РД-45 была достигнута тяга 40 тонн, что стало рекордом для того времени.
• На базе РД-45 в ОКБ-456 разрабатывались экспериментальные двигатели с форсированием по тяге до 50 тонн, но они не пошли в серию.

Источники

• Глушко В. П. «Развитие ракетного двигателестроения в СССР». — М.: Машиностроение, 1973.
• Космонавтика: Энциклопедия / Под ред. В. П. Глушко. — М.: Советская энциклопедия, 1985.
• Черток Б. Е. «Ракеты и люди». — М.: Машиностроение, 1994.
• Техническая документация ОКБ-456 (НПО «Энергомаш») по двигателям РД-45, РД-101, РД-103.
• История создания ракетных двигателей в СССР. Сборник статей / Под ред. А. А. Макаренко. — М.: Наука, 2001.