RS-25

RS-25 — это семейство жидкостных ракетных двигателей, работающих на криогенных компонентах топлива (кислород и водород), разработанных и производившихся компанией Rocketdyne (ныне Aerojet Rocketdyne, подразделение L3Harris Technologies). Двигатель известен прежде всего как основной маршевый двигатель космических кораблей многоразового использования «Спейс Шаттл» (Space Shuttle). В настоящее время модифицированная версия двигателя, RS-25E, используется в качестве основного двигателя сверхтяжёлой ракеты-носителя Space Launch System (SLS) программы NASA «Артемида».

История

Разработка для программы Space Shuttle

Разработка RS-25 началась в конце 1960-х годов в рамках программы создания многоразового космического корабля Space Shuttle. Основным требованием было создание двигателя многократного включения, высокой тяги и с возможностью повторного использования после полёта. Контракт на разработку был заключён с компанией Rocketdyne (США) в 1971 году. Первое огневое испытание прототипа состоялось в 1975 году. Первый пилотируемый полёт Space Shuttle (STS-1) с двигателями RS-25 состоялся 12 апреля 1981 года.

Производство и эксплуатация

Всего за время программы Space Shuttle (1981–2011) было произведено 46 двигателей RS-25 (включая наземные испытательные образцы). Каждый двигатель проходил обязательную огневую приёмку на стенде, после чего устанавливался на орбитальный корабль. Двигатели использовались многократно: некоторые из них совершили до 19 полётов. После завершения программы Space Shuttle в 2011 году оставшиеся 16 двигателей были переданы в распоряжение программы SLS.

Адаптация для SLS

Для использования в составе ракеты-носителя SLS двигатели RS-25 были модернизированы. Основные изменения коснулись системы управления, электроники и адаптации к одноразовому использованию (на SLS двигатели не возвращаются). Модификация получила обозначение RS-25E (также известна как RS-25D/E). Первый полёт SLS с двигателями RS-25E состоялся 16 ноября 2022 года (миссия «Артемида-1»).

Конструкция и принцип работы

Общее устройство

RS-25 представляет собой жидкостный ракетный двигатель с замкнутой схемой (с дожиганием генераторного газа). Основные компоненты:

• Камера сгорания — высокотемпературная (до 3300 °C) камера, охлаждаемая криогенным водородом, проходящим по каналам в стенках.
• Турбонасосные агрегаты (ТНА) — два отдельных насоса: один для подачи жидкого водорода (давление до 440 атм), второй — для жидкого кислорода (давление до 330 атм). Приводятся в действие газовой турбиной, работающей на продуктах сгорания.
• Газогенератор — небольшой камере, где сжигается часть топлива для получения горячего газа, вращающего турбину ТНА. Газ после турбины подаётся в основную камеру сгорания для дожигания.
• Форсунки — специальные устройства для смешивания и распыления компонентов топлива в камере сгорания.
• Система управления вектором тяги — двигатель может отклоняться на угол до ±10,5 градусов в двух плоскостях для управления полётом.

Рабочий процесс

1. Жидкий водород и жидкий кислород подаются из баков ракеты в двигатель.
2. Часть водорода и кислорода направляется в газогенератор, где происходит сгорание при высокой температуре.
3. Образовавшийся горячий газ вращает турбину, которая приводит в действие насосы.
4. Отработанный газ из турбины подаётся в основную камеру сгорания, где смешивается с остальным топливом и сгорает.
5. Продукты сгорания (водяной пар) выбрасываются через сопло, создавая реактивную тягу.

Основные характеристики (RS-25D/E)

• Тяга (в вакууме): 2 279 кН (≈232 тс).
• Тяга (на уровне моря): 1 860 кН (≈190 тс).
• Удельный импульс (в вакууме): 452 с.
• Удельный импульс (на уровне моря): 366 с.
• Давление в камере сгорания: 20,6 МПа (≈210 атм).
• Соотношение компонентов топлива (кислород/водород): 6,0:1.
• Масса двигателя: ≈3 500 кг.
• Высота: 4,3 м.
• Диаметр сопла: 2,4 м.
• Ресурс (для модификации RS-25D): до 55 включений с общей наработкой до 7,5 часов (для SLS — одноразовое использование).

Модификации

RS-25 (базовая)

Исходная версия для Space Shuttle. Выпускалась в нескольких сериях (блоки I, II, IIA, III). Отличались конструкцией форсунок, материалами, системой зажигания.

RS-25D/E

Модификация для SLS. Отличается:

• Упрощённой системой управления (без возможности многократного включения в полёте).
• Усиленными элементами конструкции для работы при более высоких нагрузках.
• Новым контроллером (электронный блок управления).
• Увеличенной тягой (на 2–3% по сравнению с версией для Shuttle).

RS-25F (перспективная)

Разрабатываемая версия для возможного использования в будущих ракетах-носителях. Предполагается снижение стоимости производства за счёт использования современных технологий (3D-печать, упрощённая конструкция). Первые испытания прототипов начались в 2020-х годах.

Производство и поставщики

Основным производителем двигателей RS-25 является компания Aerojet Rocketdyne (США). Ключевые поставщики компонентов:

• Турбонасосные агрегаты — Barber-Nichols (США).
• Форсунки — Precision Castparts Corp. (США).
• Система управления — Honeywell (США).
• Сопло — ATK (США).

Сборка двигателей осуществляется на заводе Aerojet Rocketdyne в Сакраменто (Калифорния, США). После сборки каждый двигатель проходит обязательные огневые испытания на стенде в Сент-Луисе (Миссури, США).

Применение

Space Shuttle

На каждом орбитальном корабле Space Shuttle устанавливалось три двигателя RS-25. Они работали на протяжении всего этапа выведения (от старта до выхода на орбиту), после чего отключались. Двигатели использовались многократно: после каждого полёта они демонтировались, проходили проверку и ремонт, после чего устанавливались на другой корабль.

Space Launch System (SLS)

В составе первой ступени ракеты-носителя SLS Block 1 установлено четыре двигателя RS-25E. Они работают в течение первых 8,5 минут полёта, после чего отделяются вместе с первой ступенью. В отличие от Space Shuttle, на SLS двигатели не возвращаются.

Перспективные проекты

Рассматривается возможность использования RS-25 в составе других ракет-носителей, в том числе частных (например, ULA Vulcan). Однако на 2025 год официальных контрактов на такие проекты не заключено.

Критика и недостатки

• Высокая стоимость: стоимость одного двигателя RS-25E оценивается в 40–50 миллионов долларов США (на 2023 год). Для сравнения, двигатель RD-180 (Россия) стоит около 10–15 миллионов долларов.
• Сложность конструкции: большое количество деталей (более 10 000) и высокая точность сборки делают производство трудоёмким и дорогим.
• Ограниченный ресурс: несмотря на заявленную многоразовость, после каждого полёта требовалась дорогостоящая проверка и замена многих деталей.
• Зависимость от криогенного топлива: использование жидкого водорода требует сложной инфраструктуры (криогенные баки, системы заправки, теплоизоляция) и увеличивает время подготовки к пуску.

Интересные факты

• RS-25 является одним из самых эффективных жидкостных ракетных двигателей в мире по удельному импульсу (452 с в вакууме).
• Двигатель способен работать при температурах от −253 °C (жидкий водород) до +3300 °C (в камере сгорания).
• Во время работы двигателя турбонасосы вращаются со скоростью до 35 000 об/мин.
• RS-25 — единственный в мире двигатель, который использовался в пилотируемых космических полётах и был сертифицирован для повторного использования.
• На Space Shuttle двигатели работали в течение 8,5 минут, после чего отключались. При этом они могли быть повторно запущены в полёте (для коррекции орбиты).

Источники

• NASA. Space Shuttle Main Engine (SSME) Fact Sheet. — 2011.
• Aerojet Rocketdyne. RS-25 Engine Technical Data. — 2022.
• Sutton, G. P. History of Liquid Propellant Rocket Engines. — AIAA, 2006.
• NASA. Space Launch System (SLS) Program Overview. — 2023.
• Испытания двигателя RS-25 на стенде в Сент-Луисе (видеоматериалы и отчёты NASA). — 2020–2023.