РД-180

РД-180 был создан в середине 1990-х годов на основе жидкостного ракетного двигателя РД-170^[2] под руководством Бориса Ивановича Каторгина, работы по нему начались в 1994 году^[3], 15 ноября 1995 года состоялось первое огневое испытание^[4], а в 1996 проект РД-180 выиграл конкурс на создание и продажу двигателей для РН США «Атлас-3» и «Атлас-5»^[5]. Создание РД-170 и 171 велось в 1976-1987 годах, они конструировались для использования в таких РН, как «Энергия» и «Зенит»^[6].

Разработка модифицированной версии двигателей РД-170^[3] и РД-171М сумела обойти несколько других проектов, в том числе и своего российского конкурента НК-33, созданием которого занимались в Самаре^[1].

Основными преимуществами РД-180 стали высокий удельный импульс и широкий диапазон изменения тяги (от 100 % до 47 %, по некоторым испытаниям до 40 %), что дало возможность использовать этот двигатель на всех ракетах семейства «Атлас»^[1]. В пользу выбора проекта сыграла и возможность глубокого дросселирования (снижения давления) тяги двигателя в полёте^[7].

Контракт был подписан летом 1996 года, а уже к ноябрю стартовали первые испытания прототипа; весной 1997 года начали тестировать уже штатный двигатель. В течение этого и следующего годов проводились испытания двигателя в составе ракеты-носителя заказчика на территории США^[1]. Тогда же было заявлено о намерении заказчика приобрести 101 двигатель этого типа^[3].

Весной 1999 года завершились работы по сертификации для ракет «Атлас-3», в 2001 — для «Атлас-5». Первые пуски «Атлас-3» с использованием двигателей РД-180 начались в 2000 году, спустя 4 года после получения контракта на его разработку. Летом 2002 года начались пуски ракет «Атлас-5» с применением этого двигателя^[1].

В 2003 году сотрудникам «НПО Энергомаш», возглавлявшим работы по проекту, была вручена Государственная премия РФ по науке и технике. Награды удостоились Б. И. Каторгин, В. К. Чванов, С. С. Головченко, В. Н. Худяков, Ф. Ю Челькис, В. И. Семёнов^[1]. По данным на 2021 год, «Энергомаш» вошла в структуру Роскосмоса, продолжая свои работы по дальнейшему усовершенствованию двигателей^[8].

По данным на 2018 год, был совершён 81 пуск ракет с использованием двигателей этого типа^[1].

Всего по контракту на 2018 год было поставлено около 100 готовых двигателей для РН «Атлас-3» и «Атлас-5»^[1].

20 декабря 2019 года ракета-носитель «Атлас V» с российскими двигателями РД-180 запустила с авиабазы на мысе Канаверал на орбиту космический корабль CST-100 Starliner компании Boeing^[9][10].

16 апреля 2021 года Роскосмос сообщил об отправке в США последней партии из 6 двигателей РД-180^[11][12]. Всего в рамках контракта было поставлено 122 двигателя, что на 20 % превысило первоначально запланированные объёмы^[3].

По данным на 2022 год, было совершено 98 полётов с использованием РД-180^[3].

Двигатели РД-180 производятся и используются для российских ракет, они могут применяться для аппаратов среднего, тяжёлого и сверхтяжёлого классов^[3]. В частности, его запланировано использовать для ракеты «Союз-6»^[13].

РД-180 представляет собой двухкомпонентный ракетный двигатель, использующий в качестве основного горючего керосин, а в качестве окислителя — сжиженный кислород. Относится к двигателям закрытого типа, с дожиганием окислительного газа^[1].

Управление вектором тяги осуществляется при помощи качания каждой из камер двигателя в двух плоскостях^[14][1].

Руководитель программы разработки РД-180 Борис Иванович Каторгин имеет ряд высоких научных званий и степеней, в 2012 году был награждён премией «Глобальная энергия». В основу этого двигателя легло одно из его важнейших изобретений — антипульсационные перегородки из специальных форсунок для камер сгорания жидкостного ракетного двигателя^[15].

По словам отраслевых специалистов, американской стороной предпринимались попытки освоить производство данного двигателя самостоятельно, но они не увенчались успехом^[16]. Сложности оказались связаны с тем, чтобы воспроизвести металлический сплав, применяемый в данном двигателе, способный выдержать крайне высокие нагрузки по температуре и давлению. Подача керосина с высоким давлением в среде, обогащённой кислородом, является разрушительной для большинства сплавов и практически для всех, известных в США. РД-180 потребляет около 1, 25 тонн топлива в секунду, в одной камере двигателя сгорает около 0,6 тонны топлива в секунду, это происходит с выделением большого количества энергии и скачкообразным изменением температуры, что и создало проблемы при попытках скопировать двигатель^[17].

В открытых источниках имеется ряд основных параметров двигателя РД-180^[1]:

Топливо — керосин+кислород (RP-1)

Тяга, земная/пустотная — 390,2/423,2 тс

Удельный импульс, земной/пустотный — 3 064,6/3 325,1 м/с

Давление в камере сгорания — 261,7 кгс/см²

Масса, сухая/залитая — 5180/5480 кг

Высота — 3600 мм

Диаметр — 3200 мм.

Двигатель состоит из^[18]:

• двух камер сгорания,
• турбонасосного агрегата,
• бустерного насосного агрегата горючего,
• бустерного насосного агрегата окислителя,
• газогенератора,
• регулятора расхода горючего в газогенераторе, дросселя окислителя, дросселя горючего, пуско-отсечных клапанов окислителя и горючего,
• блока баллонов, двух ампул с пусковым горючим, пускового бачка,
• системы рулевых приводов, системы приводов автоматики, блока управления автоматикой и датчиков системы аварийной защиты,
• рамы двигателя, донного экрана, теплообменника для подогрева гелия на наддув бака окислителя.

Массовое соотношение окислителя и горючего — 2,72, дросселирование возможно в диапазоне 40—100 %.

РД-180В для первой ступени планировалось использовать в новой разработке — серии российских ракет-носителей «Русь-М»; в различных модификациях ракеты могло использоваться от 1 до 5 двигателей, однако проект был приостановлен^[19].

Космические запуски с использованием РД-180 включают миссию к Плутону «Новые горизонты» (2006), миссию к Луне LRO (2009), аппараты для исследования Солнца «Обсерватория солнечной динамики» (2010) и Solar Orbiter (2020), миссию к Юпитеру «Юнона» (2011), миссии к Марсу MRO (2005), «Марсианская научная лаборатория» (2011), MAVEN (2013)^[20].

Позднее РД-180 также был использован для программ InSight (2018)^[21] и «Марс-2020» (2020)^[22], миссию за грунтом астероида OSIRIS-REx (2016), миссию по изучению троянских астероидов Юпитера «Люси» (2021)^[23][24].

В конце 2018 года проект носителя с шестью боковыми блоками, оснащёнными РД-171, и одним центральным, снабжённым РД-180, был выбран в качестве базового облика новой российской сверхтяжёлой ракеты. Готовность ракеты планируется на 2027 год, а пуск носителя — на 2028 год с космодрома «Восточный»^[25].

Для стендового моделизма, изготовления диорам и художественного оформления помещений выпускаются^[26] модели двигателя РД-180, которые могут быть использованы как для крепления на макетах ракет-носителей, так и для самостоятельного экспонирования^[27]. Также выпускаются сувенирные модели^[28].