XLR99-RM-2

XLR99-RM-2 — это американский жидкостный ракетный двигатель, разработанный компанией Reaction Motors Inc. (RMI) в 1950-х годах. Предназначался для установки на экспериментальный самолёт North American X-15, который использовался в программе НАСА и ВВС США для исследования полётов на гиперзвуковых скоростях и в верхних слоях атмосферы. Двигатель стал первым в мире мощным ракетным двигателем многократного использования, способным работать на регулируемой тяге.

История создания

Разработка XLR99-RM-2 началась в 1954 году в рамках программы создания пилотируемого гиперзвукового самолёта X-15. Компания Reaction Motors, основанная в 1941 году и занимавшаяся созданием ракетных двигателей для военных и исследовательских целей, получила контракт от ВВС США. Первоначально предполагалось использование менее мощных двигателей XLR11-RM-5, но для достижения проектных параметров (скорость до 6 Махов и высота более 100 км) требовался двигатель с тягой не менее 250 кН.

Первый стендовый запуск XLR99-RM-2 состоялся в 1958 году. В ходе испытаний возникли серьёзные проблемы с системой подачи топлива и охлаждения камеры сгорания. В 1959 году, после серии доработок, двигатель был признан готовым к лётным испытаниям. Первый полёт X-15 с XLR99-RM-2 состоялся 15 ноября 1960 года (пилот — Скотт Кроссфилд). Всего было произведено около 20 экземпляров двигателя, из которых 8 использовались в лётных испытаниях.

Конструкция и принцип работы

XLR99-RM-2 представляет собой жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) с открытым циклом. В качестве топлива использовался аммиак (NH₃), а в качестве окислителя — жидкий кислород (LOX). Выбор аммиака был обусловлен его высокой теплотворной способностью и стабильностью горения при высоких температурах.

Основные компоненты

• Камера сгорания — цилиндрическая конструкция из жаропрочной стали, оснащённая системой регенеративного охлаждения. Охлаждение осуществлялось за счёт циркуляции аммиака через рубашку вокруг камеры.
• Сопло — расширяющееся сопло Лаваля, изготовленное из никелевого сплава. Диаметр выходного сечения — 0,76 м.
• Турбонасосный агрегат (ТНА) — приводился в действие газогенератором, работающим на перекиси водорода (H₂O₂). Перекись разлагалась на катализаторе (серебряная сетка), образуя парогаз, который вращал турбину.
• Система управления тягой — позволяла регулировать тягу в диапазоне от 30 % до 100 % номинальной. Регулировка осуществлялась изменением расхода топлива через дроссельные клапаны.
• Система зажигания — использовалась электрическая свеча с воспламенением смеси аммиака и кислорода.

Технические характеристики

Применение

Единственным летательным аппаратом, на котором устанавливался XLR99-RM-2, был North American X-15. Двигатель размещался в хвостовой части самолёта и крепился к силовой раме через шарнирное соединение, позволявшее отклонять сопло для управления вектором тяги. Всего было выполнено 199 полётов X-15, из которых 159 — с двигателем XLR99-RM-2 (остальные — с менее мощным XLR11).

Рекорды и достижения

• Максимальная скорость, достигнутая в полёте с XLR99-RM-2 — 7 274 км/ч (6,7 Маха) (полёт 3 октября 1967 года, пилот — Уильям Найт).
• Максимальная высота — 107,96 км (полёт 22 августа 1963 года, пилот — Джозеф Уокер). Этот полёт считается первым пилотируемым суборбитальным космическим полётом по классификации ВВС США (выше 100 км).
• Двигатель обеспечивал работу на высотах до 120 км, где атмосферное давление близко к вакууму.

Производство и эксплуатация

Производство XLR99-RM-2 велось на заводе Reaction Motors в Нью-Джерси (США). Каждый двигатель проходил обязательные стендовые испытания перед установкой на самолёт. В ходе программы X-15 было изготовлено 8 лётных экземпляров, а также несколько запасных для стендовых испытаний.

Эксплуатация двигателя выявила ряд проблем:

• Коррозия — аммиак вызывал коррозию алюминиевых деталей системы подачи, что требовало частой замены.
• Перегрев сопла — при длительной работе на максимальной тяге сопло могло деформироваться из-за тепловых нагрузок.
• Нестабильность горения — в некоторых режимах наблюдались пульсации давления в камере сгорания, что могло привести к разрушению двигателя.

Несмотря на эти недостатки, XLR99-RM-2 показал высокую надёжность: за всю программу X-15 не было ни одного отказа двигателя, приведшего к аварии.

Значение и наследие

XLR99-RM-2 стал первым в мире ракетным двигателем многократного использования, способным работать на регулируемой тяге в широком диапазоне условий. Его конструкция и принципы регенеративного охлаждения, турбонасосной подачи и управления тягой были впоследствии использованы при создании двигателей для космических кораблей (например, двигателей Space Shuttle Main Engine и российских РД-0120).

Двигатель также продемонстрировал возможность использования аммиака в качестве горючего для мощных ЖРД, что впоследствии нашло применение в некоторых экспериментальных и военных проектах (например, в двигателях для ракет-носителей «Атлас» и «Титан»).

В 1968 году, после завершения программы X-15, двигатель XLR99-RM-2 был снят с производства. Некоторые экземпляры сохранились в музеях, в том числе в Национальном музее авиации и космонавтики в Вашингтоне (США) и в Музее ВВС США на базе Райт-Паттерсон.

Источники

• Jenkins, Dennis R. «Space Shuttle: The History of the National Space Transportation System». — Voyageur Press, 2001.
• Hallion, Richard P. «The Hypersonic Revolution: Eight Case Studies in the History of Hypersonic Technology». — Air Force History and Museums Program, 1998.
• Godwin, Robert. «X-15: The NASA Mission Reports». — Apogee Books, 2000.
• NASA Technical Reports Server: «XLR99 Rocket Engine Performance and Reliability» (1965).
• Reaction Motors Inc. Technical Manual: «XLR99-RM-2 Rocket Engine» (1959).