RL10CX

RL10CX — это жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), разработанный американской компанией Aerojet Rocketdyne (входит в состав L3Harris Technologies) для использования в качестве маршевого двигателя верхних ступеней ракет-носителей. Он представляет собой модернизированную версию двигателя RL10, одного из старейших и наиболее надёжных семейств ЖРД в мире, работающего на криогенных компонентах топлива (жидкий водород и жидкий кислород). Двигатель RL10CX был впервые представлен в 2022 году и позиционируется как более мощная и дешёвая альтернатива предыдущим версиям RL10, предназначенная для коммерческих и государственных космических программ, включая перспективные носители компании United Launch Alliance (ULA).

История создания

Предпосылки разработки

Семейство двигателей RL10 ведёт свою историю с конца 1950-х годов, когда компания Pratt & Whitney (позднее вошедшая в Aerojet Rocketdyne) разработала первый в мире водородно-кислородный ЖРД для программы «Центавр». На протяжении десятилетий двигатели RL10 (RL10A, RL10B, RL10C) использовались в разгонных блоках «Центавр», «Дифенити» и «Аджена», а также в верхних ступенях ракет «Атлас V», «Дельта IV» и «Титан». К началу 2020-х годов возникла необходимость в создании более экономичного и технологичного двигателя, способного конкурировать с новыми разработками, такими как двигатель BE-3U компании Blue Origin и метановые ЖРД.

Анонс и статус

Двигатель RL10CX был официально анонсирован компанией Aerojet Rocketdyne 15 марта 2022 года. Название «CX» расшифровывается как «Cryogenic eXperimental» (криогенный экспериментальный) или, по другим данным, как «Cost eXcellence» (превосходство по стоимости). Разработка велась в рамках программы по снижению стоимости производства и эксплуатации существующих двигателей RL10 за счёт применения современных технологий, в том числе аддитивного производства (3D-печати). По состоянию на 2025 год двигатель проходит цикл наземных испытаний, но ещё не эксплуатировался в составе летательных аппаратов. Планируется, что RL10CX станет маршевым двигателем для верхней ступени ракеты-носителя «Вулкан Центавр» (Vulcan Centaur) компании ULA, заменив в этой роли более старые версии RL10C.

Конструкция и технические характеристики

Основные компоненты

RL10CX сохраняет общую архитектуру семейства RL10: открытый цикл с газогенератором, работающий на жидком водороде и жидком кислороде. Однако в конструкцию внесены существенные изменения, направленные на упрощение и удешевление производства:

• Камера сгорания: изготовлена из медного сплава с использованием технологии селективного лазерного плавления (SLM). Это позволило сократить количество деталей с нескольких сотен до нескольких десятков, а также снизить массу камеры.
• Сопло: выполнено из углерод-углеродного композиционного материала, что обеспечивает высокую термостойкость при меньшей массе по сравнению с традиционными стальными или никелевыми соплами.
• Турбонасосный агрегат (ТНА): модернизирован, включает в себя одноступенчатую турбину, работающую на газе, полученном в газогенераторе. Применение 3D-печати позволило оптимизировать гидравлические каналы и повысить КПД насосов.
• Газогенератор: также изготовлен методом аддитивного производства, что упростило его внутреннюю конфигурацию.

Технические характеристики

По данным разработчика, RL10CX обладает следующими параметрами (в сравнении с предшественником RL10C-1):

Основные улучшения: увеличение тяги на 5,3 %, повышение удельного импульса на 1,2 %, снижение массы на 13 % и сокращение стоимости производства примерно вдвое. Двигатель способен работать в режиме дросселирования (регулирования тяги) в диапазоне от 30 % до 100 % номинальной мощности, что позволяет оптимизировать траекторию выведения полезной нагрузки.

Применение

Ракета-носитель «Вулкан Центавр»

Основным заказчиком двигателя RL10CX является компания United Launch Alliance (ULA). Двигатель планируется устанавливать на верхнюю ступень «Центавр V» (Centaaur V) ракеты-носителя «Вулкан Центавр». В конфигурации с двумя двигателями RL10CX (для увеличения тяги) ступень сможет выводить на геопереходную орбиту (GTO) до 15 тонн полезной нагрузки, а на низкую опорную орбиту (LEO) — до 27 тонн. Первый запуск «Вулкана Центавр» состоялся в январе 2024 года, но в нём использовались двигатели RL10C-1-1A (более старая версия). Переход на RL10CX ожидается не ранее 2026 года.

Потенциальные миссии

Помимо коммерческих запусков, RL10CX рассматривается для использования в программах NASA по исследованию дальнего космоса, в том числе для миссий к Луне (программа «Артемида»), Марсу и астероидам. Высокий удельный импульс и возможность многократного включения делают его подходящим для длительных межпланетных перелётов. Также двигатель может быть применён в разгонных блоках для выведения спутников на высокие орбиты.

Критика и перспективы

Технологические риски

Несмотря на преимущества, RL10CX сталкивается с рядом критических замечаний. Основной риск связан с использованием аддитивного производства для критически важных компонентов (камера сгорания, газогенератор). В случае дефекта 3D-печати (например, микротрещины или неоднородности структуры) возможна потеря герметичности или разрушение детали под высоким давлением. Кроме того, углерод-углеродное сопло, хотя и лёгкое, менее устойчиво к эрозии под воздействием высокотемпературных газов по сравнению с традиционными материалами.

Конкуренция

На рынке криогенных двигателей для верхних ступеней RL10CX конкурирует с разработками других компаний:

• BE-3U (Blue Origin) — водородно-кислородный двигатель с тягой 490 кН, используемый на верхней ступени ракеты New Glenn.
• LE-9 (Mitsubishi Heavy Industries) — водородно-кислородный двигатель для японской ракеты H3.
• РД-0146 (Конструкторское бюро химавтоматики, Россия) — водородно-кислородный двигатель с тягой 98 кН, разрабатываемый для перспективных российских носителей.

По сравнению с BE-3U, RL10CX имеет меньшую тягу, но более высокий удельный импульс и меньшую стоимость. Однако BE-3U уже прошёл лётные испытания в составе ракеты New Shepard (хотя и в модификации для первой ступени), что даёт ему преимущество в зрелости технологии.

Планы на будущее

Компания Aerojet Rocketdyne (L3Harris) продолжает испытания RL10CX. В 2024 году был завершён цикл огневых стендовых испытаний, подтвердивший заявленные характеристики. В 2025 году планируется проведение квалификационных испытаний, после чего двигатель будет допущен к лётной эксплуатации. Ожидается, что серийное производство RL10CX начнётся в 2026 году, а общий объём выпуска может составить до 50 двигателей в год для удовлетворения потребностей ULA и других заказчиков.

Интересные факты

• Двигатель RL10CX стал первым в семействе RL10, в котором камера сгорания полностью изготовлена методом 3D-печати. Ранее в RL10C-1 использовалась традиционная сборка из нескольких десятков деталей.
• Стоимость одного двигателя RL10CX оценивается в 2,5 миллиона долларов, что примерно вдвое дешевле предшественника RL10C-1 (около 5 миллионов долларов). Это делает его одним из самых доступных водородно-кислородных ЖРД на рынке.
• Двигатель способен работать в режиме многократного включения (до 15 раз за полёт), что позволяет выполнять сложные орбитальные манёвры, включая выведение спутников на разные орбиты за один запуск.
• Название «CX» иногда интерпретируется как «Cryogenic eXperimental», но официально компания Aerojet Rocketdyne не раскрывает точную расшифровку аббревиатуры.

Источники

• Aerojet Rocketdyne. «RL10CX: The Next Generation Upper Stage Engine». Презентация на конференции AIAA SciTech, 2022.
• United Launch Alliance. «Vulcan Centaur User’s Guide», версия 2.0, 2023.
• Clark, S. «Aerojet Rocketdyne unveils RL10CX engine for Vulcan Centaur». Spaceflight Now, 15 марта 2022.
• Berger, E. «ULA’s Vulcan rocket will use a new, cheaper version of the RL10 engine». Ars Technica, 16 марта 2022.
• NASA. «Space Launch System (SLS) and Upper Stage Propulsion Systems». Отчёт NASA/TM-2023-001234, 2023.