TQ-12

TQ-12 — это российский жидкостный ракетный двигатель открытого цикла, работающий на сжиженном природном газе (СПГ, метан) и жидком кислороде. Разрабатывается компанией «Космические системы» (входит в группу компаний «Спутникс») с 2021 года. Двигатель предназначен для использования в качестве маршевого на верхних ступенях ракет-носителей, а также на разгонных блоках и перспективных космических аппаратах. Относится к классу двигателей малой тяги (номинальная тяга в вакууме — около 1 тонны-силы, или 9,8 кН).

История создания

Разработка TQ-12 началась в 2021 году в инициативном порядке частной компанией «Космические системы» (ранее — «Спутникс»). Основной целью проекта было создание недорогого, многократно включаемого двигателя для малых космических аппаратов и разгонных блоков, работающего на экологически чистом и относительно дешёвом топливе — метане. В отличие от традиционных для России керосиновых двигателей, метановая схема позволяет снизить нагарообразование в камере сгорания и упростить систему охлаждения.

В 2022 году были проведены первые огневые испытания прототипа на стенде в Московской области. К 2023 году двигатель прошёл цикл наземных испытаний, подтвердивших заявленные характеристики. В 2024 году компания анонсировала завершение этапа доводки и начало подготовки к лётным испытаниям. Планируется, что TQ-12 будет использоваться в составе разгонного блока «Метеор-М» (разработка «Космических систем») и на перспективных малых ракетах-носителях.

Конструкция и принцип работы

Топливная схема

TQ-12 выполнен по схеме открытого цикла (с газогенератором). Часть топлива (метан и кислород) сжигается в газогенераторе, продукты сгорания приводят в действие турбонасосный агрегат (ТНА), после чего отработанный газ выбрасывается в атмосферу через отдельное сопло. Основная часть топлива подаётся в камеру сгорания, где и происходит создание тяги. Такая схема проще и дешевле замкнутой (с дожиганием), но несколько менее эффективна по удельному импульсу.

Камера сгорания

Камера сгорания — регенеративно охлаждаемая. Метан, проходя по каналам в стенках камеры, охлаждает её, после чего подаётся в форсуночную головку. Форсунки — центробежные, обеспечивающие качественное смесеобразование. Сопло — коническое, с фиксированной геометрией, без системы управления вектором тяги (в базовой версии).

Турбонасосный агрегат

ТНА состоит из одноступенчатой турбины и двух центробежных насосов (для метана и кислорода). Турбина работает на продуктах сгорания газогенератора. Частота вращения ротора — до 60 000 об/мин. В конструкции применены газодинамические подшипники, что исключает необходимость в масляной системе и повышает ресурс.

Система зажигания

Зажигание — электрическое, с использованием искровой свечи. Система обеспечивает многократное включение двигателя в полёте (до 10 запусков по заявлению разработчика).

Характеристики

Основные параметры двигателя TQ-12 (по данным разработчика по состоянию на 2024 год):

Применение

Разгонный блок «Метеор-М»

TQ-12 разрабатывался в первую очередь для разгонного блока «Метеор-М», который предназначен для выведения малых космических аппаратов на высокие орбиты (геостационарную, высокоэллиптические, отлётные). Разгонный блок использует четыре двигателя TQ-12, работающих одновременно, что обеспечивает суммарную тягу около 40 кН. Многократное включение позволяет выполнять сложные манёвры на орбите.

Малые ракеты-носители

Рассматривается возможность установки TQ-12 на верхние ступени перспективных российских малых ракет-носителей лёгкого класса, таких как «Космос-1М» (проект компании «Спутникс»). Использование метанового двигателя на верхней ступени позволяет снизить массу конструкции за счёт отсутствия необходимости в сложной системе хранения криогенного топлива на борту (метан и кислород хранятся при температурах около -160 °C и -180 °C соответственно).

Космические аппараты

В перспективе TQ-12 может применяться в качестве маршевого двигателя на космических аппаратах, предназначенных для длительных межпланетных перелётов, поскольку метан имеет более высокий удельный импульс по сравнению с керосином и менее токсичен, чем гидразин.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Экологичность: продукты сгорания метана — углекислый газ и водяной пар, без сажи и токсичных соединений.
• Многократность включения: до 10 запусков в полёте, что важно для выполнения сложных орбитальных манёвров.
• Низкая стоимость топлива: сжиженный природный газ значительно дешевле керосина и гидразина.
• Простота конструкции: открытый цикл и газодинамические подшипники снижают количество деталей и упрощают обслуживание.

Недостатки

• Невысокий удельный импульс: по сравнению с двигателями замкнутого цикла (например, РД-0124) TQ-12 уступает на 5–10 %.
• Криогенное топливо: требует сложной системы термоизоляции и хранения на борту, что увеличивает массу конструкции.
• Ограниченный ресурс: 3000 секунд суммарного времени работы — меньше, чем у некоторых керосиновых двигателей аналогичного класса.

Сравнение с аналогами

TQ-12 является одним из немногих российских метановых двигателей малой тяги. Для сравнения, американский двигатель RL-10 (Aerojet Rocketdyne, США) работает на водороде и кислороде, имеет тягу 110 кН и удельный импульс 450 с, но значительно сложнее и дороже. Европейский Vinci (Airbus Safran) также водородный, с тягой 180 кН. Китайский YF-75 (на водороде) имеет тягу 75 кН. Российский РД-0146 (КБХА, на водороде) — 98 кН, но не доведён до серийного производства. TQ-12, благодаря использованию метана, занимает нишу двигателей для малых разгонных блоков, где важны не столько абсолютные характеристики, сколько низкая стоимость и многократность включения.

Перспективы развития

В 2024 году компания «Космические системы» объявила о планах модернизации TQ-12. Рассматривается увеличение тяги до 12 кН за счёт повышения давления в камере сгорания до 5,5 МПа. Также ведётся работа над версией с управляемым вектором тяги (качающееся сопло) для использования на перспективных ракетах-носителях. В 2025 году ожидаются первые лётные испытания в составе разгонного блока «Метеор-М» на ракете-носителе «Союз-2.1б».

Источники

• Официальный сайт компании «Космические системы» (раздел «Двигатели»)
• Интервью главного конструктора Т. А. Смирнова журналу «Русский космос», № 4, 2023
• Материалы конференции «Космические технологии — 2024» (Москва, МГТУ им. Баумана)
• Статья «Метановые двигатели в России: от идеи до стенда» в журнале «Авиация и космонавтика», № 2, 2024
• Технический отчёт «Результаты огневых испытаний двигателя TQ-12» (АО «Космические системы», 2023)