Bueno, ¿dónde poner estos motores ahora?

Una publicación reciente sobre la reactivación y el desarrollo del motor SSME (RS-25) en LJ causó una afluencia de terapeutas de conspiración lunar en los comentarios: compararon el destino del motor del transbordador con F-1 de Saturno V. Así que hoy jugaremos el juego "Feel like a Rocketdyne leader" y hablaremos sobre el sinuoso camino de la vida de la tecnología.


Museo F-1 y J-2 Saturno V cohetes en el museo

En la piel equivocada

Uno de los "argumentos" de los teóricos de la conspiración es algo como esto: "Los motores Saturno V (F-1 y / o J-2) eran pobres, no lograron las características requeridas, y después de falsificar el programa lunar, rápidamente se deshicieron de ellos". Desafortunadamente, muy a menudo los partidarios de las teorías de conspiración tienen una falta de conocimiento cursi, a pesar del hecho de que los motores del programa lunar no volaron después de su finalización, se les ofrecieron para muchos proyectos y aún no han muerto por completo. Y para ver más claramente por qué no se pueden unir a otros cohetes, juguemos un juego mental. Entonces, somos los encargados de tomar decisiones en Rocketdyne, que fabrica los motores F-1 y J-2 para Saturno V.

Imagina eso en el patio de 1970. El Apolo 20 se canceló en enero, pero los recortes presupuestarios pronto alcanzaron niveles tales que 18 y 19 tuvieron que cancelarse en septiembre. El contrato para 15 piezas de Saturno V estaba cerca de completarse, y se hizo evidente que no habría continuación. Surge una pregunta lógica: ¿qué hacer?

Más grande y mejor

La primera opción es obvia: "Hagamos que Saturno V sea aún mejor e intentemos usar motores allí" . A mediados de los años 60, se propusieron opciones de diseño basadas en Saturno V bajo el nombre general Saturn MLV ("Vehículo de lanzamiento modificado", un vehículo de lanzamiento modificado). Al impulsar los motores, aumentar el suministro de combustible, agregar propulsores de combustible sólido o reemplazar los motores con el HG-3 (RS-25 crecerá más adelante), diferentes versiones de MLV podrían llevar a una órbita baja de 118 a 160 toneladas.


Diferentes opciones de diseño de Saturn MLV, incluso con una etapa superior nuclear

Sin embargo, toda esta belleza no causó ningún entusiasmo. Además, en abril de 1972, la Cámara de Representantes del Congreso de los Estados Unidos finalmente toma una decisión (y asigna dinero) para el desarrollo del transbordador espacial. El avión espacial alado no se combina con MLV, y el enorme costo de ambos proyectos significa que darán dinero por solo uno.

Plan b

Bueno, la siguiente idea es casi obvia: "Y tratemos de entrar en el proyecto del transbordador" . Como primera etapa, puede usar la primera etapa del Saturn V y la segunda etapa para colocar el tanque de combustible externo de la lanzadera y la lanzadera a un lado. La primera etapa puede equiparse con alas y plantarse nuevamente en el suelo para que el sistema sea completamente reutilizable. Esta opción tiene incluso una ventaja muy seria que el transbordador no tenía en su versión final: puede iniciar los módulos de la estación orbital u otras cargas útiles muy pesadas en una versión única de la segunda etapa (capacidad de carga ~ 100 toneladas), y servir a la estación orbital o los satélites ya Lanzadera reutilizable (capacidad de carga ~ 30 toneladas). Entonces surgió el proyecto Saturno-Shuttle.


Lanzamiento de Saturno-Shuttle, diseño de la NASA

Por desgracia, el fracaso aquí nos espera. Los motores F-1 no fueron diseñados para uso reutilizable, por lo que incluso en el caso de un aterrizaje suave, la primera etapa tendrá que cambiarse. Y los propulsores de combustible sólido parecen más simples y baratos, además, pueden reutilizarse. Así que nuestra primera etapa de la competencia de diseño borrador perdió.

A toda costa

Por lo tanto, no tenemos "nuestro" cohete y no hay forma de integrarnos en el gran proyecto del transbordador. Y "¿Es posible poner nuestros motores en cohetes ya voladores" ? Para responder a esta pregunta, veamos qué comienza en los centros espaciales estadounidenses en el área de 1972.


Lanzador "Tor" en la versión de Torad-Agen

Sobre la base del misil balístico "Tor" existe la familia "Tor-Burner", "Tor-Agen", "Torad-Agen", "Tor-Delta". Una familia de cohetes Delta ya está emergiendo de él. Las opciones difieren en los escalones superiores y los refuerzos laterales de combustible sólido. Y, por desgracia, para misiles con una masa inicial en la región de cien toneladas de F-1 con un empuje de 700 toneladas, no funciona de ninguna manera, incluso si encaja en la etapa "Toro" de un diámetro menor, ya proporcionaría al inicio una sobrecarga de 7 "igual", romper un cohete en los primeros segundos de un vuelo.


Atlas-Centaurus con la estación interplanetaria Pioneer 10, 1972

La familia de vehículos de lanzamiento Atlas es un poco más pesada. Aquí también se conserva la diversidad de los escalones superiores: Atlas-Agen, Atlas-Centaurus, pero incluso en la versión más difícil, el cohete tiene una masa de aproximadamente 150 toneladas, y nuestro F-1 no encajará de ninguna manera.


Lanzamiento Titan-IIIC

Y finalmente, el cohete más pesado es el Titan-III. La masa inicial en la región de 600 toneladas puede llevar a órbita baja hasta 13 toneladas. Sin embargo, aquí no tenemos nada que atrapar. El motor base RL-87 tiene un empuje en la región de 200 toneladas, y reemplazar el F-1 con 700 toneladas fallará, no solo por razones de resistencia. En el bloque central de "Titán" se usa otro combustible: la hidrazina y el tetraóxido de diazot. Y si el RL-87 era omnívoro: había versiones para oxígeno / queroseno, hidrazina / AT, incluso oxígeno / hidrógeno, entonces no se sabe nada sobre las opciones de F-1 para otros tipos de combustible. Pero nadie nos dará ningún medio para reorganizar el cohete para otro combustible con un aumento en los tanques y la eliminación de los refuerzos laterales de combustible sólido (de lo contrario, demasiada sobrecarga).


Bloque de aceleración "Centauro"

J-2 como el motor de la etapa superior también es desafortunado. Ya se ha creado un bloque de refuerzo de oxígeno-hidrógeno Centaur, pero hay motores RL-10 con un empuje de diez veces menos, mientras que
más eficiente, por lo que cambiarlos a J-2 no tiene sentido. Pero no hay primeros pasos de hidrógeno.

Curiosamente, ocurrió una historia similar al otro lado del océano, pero tuvo un resultado positivo: el motor RD-170, desarrollado para los refuerzos laterales del vehículo de lanzamiento Energia, tenía cuatro cámaras, por lo que se cortó por la mitad y se vendió el RD-180 de dos cámaras resultante. Los estadounidenses al primer paso del Atlas, que ha crecido y se ha vuelto más pesado. Y luego nuevamente por la mitad, colocando el RD-191 de cámara única en el Angara y ofreciendo casi el mismo RD-193 para el Soyuz-2.1v.


El esquema de desarrollo de la familia RD-170

Hibernación

Por desgracia, el F-1 con el J-2 son de cámara única, y no podemos reducir el tamaño y la tracción con acciones simples y baratas. Por lo tanto, solo nos queda una opción: poner los planos con motores en el almacén, si es posible llevar a cabo modernizaciones por iniciativa y ofrecerlos en cualquier competencia por misiles superpesados . Como se ha demostrado en la práctica, el esquema resultó bastante funcional, dando varias oportunidades (aunque no se realizaron como resultado) para el regreso de los "caballos Apollo".

J-2 tuvo una oportunidad primero, pero como resultado solo quedaba un nombre. El motor J-2X, que primero querían hacer sobre la base del J-2, se ofreció para la etapa de salida de la Tierra del cohete Constellation Ares. Pero debido al aumento de los requisitos, se obtuvo un motor prácticamente nuevo, con un empuje del 30% más, en materiales nuevos y notablemente más pesado.


En 2009, el programa Constellation se cerró, y con el J-2X, la historia del J-2 todavía se repite. Para el bloque de refuerzo SLS, se consideró demasiado potente, y se decidió reemplazar un J-2X con un empuje de 130 toneladas por 4 RL-10 con un empuje total de 44 toneladas. Pero si el SLS necesita un motor de mayor empuje, el J-2X tendrá una nueva oportunidad.

F-1 tuvo que esperar más. No llegó a Constellation, pero cuando anunciaron una competencia por motores para SLS, tuvo esperanzas. Incluso llegó a una historia muy instructiva: los ingenieros sacaron el número de motor F-6049 retirado de Saturno-5 para el Apolo 11 debido a un problema técnico durante las pruebas, y comenzaron a comprender cómo funciona y cómo se puede mejorar . En 2013, después de décadas de almacenamiento, se probó un generador de gas (impulsa una bomba turbo que bombea combustible al motor).


La construcción de motores, la ciencia de los materiales y los métodos de fabricación de motores de cohetes no se detuvieron. Una nueva modificación llamada F-1B debería tener 50 veces menos piezas y un diseño notablemente simplificado. Por ejemplo, el escape del generador de gas ya no se dirigía a la boquilla para un aislamiento térmico adicional con un velo de exceso de combustible, sino que se arrojaba banalmente en paralelo a la boquilla, devolviendo hermosas imágenes del amanecer de la astronáutica, cuando la llama del generador de gas azotó cerca del escape principal.



Pero hasta ahora la oportunidad no se ha dado cuenta: la competencia por los motores para SLS F-1B perdió y volvió al almacén.

Conclusión

En la historia de la astronáutica, hay un caso en el que los motores han estado en existencia durante décadas y luego comienzan a usarse con modificaciones mínimas. El stock restante de los motores soviéticos NK-33 se puso en el vehículo de lanzamiento estadounidense Antares y el ruso Soyuz-2.1v. Pero no reanudarán la producción: la credibilidad del motor se ve socavada por el accidente de Antares de 2014, similar al accidente del misil lunar soviético N-1, para el que se fabricó originalmente el NK-33. Antares ya cambió a RD-181, y Soyuz-2.1v cambiará a la hermana RD-193 después del agotamiento de las existencias de NK-33. A pesar de que es teóricamente posible reanudar la producción de copias exactas de los motores del programa lunar estadounidense, no tiene sentido práctico. La tecnología no se detiene: la impresión 3D reemplaza muchas partes de una, y la electrónica moderna es más simple y más confiable que una "máquina lógica hidráulica" que abre y cierra las válvulas cuando arranca el motor F-1. Pero los descendientes directos de los legendarios motores lunares pueden regresar a una vida activa si son adecuados para futuras tareas.