Двигатели российского космоса: Воронежскому КБХА — 85 лет
Малоизвестное, но невероятно заслуженное воронежское АО «КБ Химавтоматики», входящее в Интегрированную структуру ракетного двигателестроения АО «НПО Энергомаш» Госкорпорации «Роскосмос», ведет свою историю с 1940 года. Именно здесь были созданы жидкостные ракетные двигатели для верхних ступеней ракет-носителей «Луна», «Восток», «Молния», «Восход», «Союз», «Протон», «Зенит», «Энергия» и др. Здесь же начинались разработки ядерного ракетного двигателя.
Сейчас на предприятии усовершенствуются двигатели для ракет типа «Ангара», а также разрабатываются новые двигатели для перспективных ракет-носителей «Союз-5» и «Амур-СПГ», в том числе кислородно-водородные и кислородно-метановые.
От самолетов до баллистических ракет: как все начиналось
6 июля 1940 года вышел приказ Наркома авиапромышленности № 3300 сс, согласно которому на Московском карбюраторном заводе №33 было создано Конструкторское бюро №2 (КБ-2). Его задачей стала разработка агрегатов непосредственного впрыска топлива в цилиндры авиационных моторов. Начальником был назначен заместитель главного конструктора завода Семен Ариевич Косберг, который возглавлял КБ до своей гибели в 1965 году и благодаря которому КБ-2 переориентировалось с самолетных на ракетные двигатели.
Спустя год после выхода секретного приказа, 13 октября 1941-го, КБ-2 эвакуировано из Москвы в Бердск Новосибирской области. Его производственной базой стал эвакуированный туда же из Харькова завод № 296 и уже в начале 1942-го началось производство агрегатов непосредственного впрыска и насосов НБ для двигателя М-82. Эти устройства были испытаны на самолете Су-2, показали высокую эффективность и устанавливались позже на самолетах Ла-5, Ла-7, Ту-2 и других.
В апреле 1946 года КБ-2 переведено в Воронеж на завод № 265 Минавиапрома — с этого момента оно стало называться ОКБ-265 (с мая 1946 года — ОКБ-154) где разрабатывались и выпускались топливные форсунки, флюгерные масляные насосы, фильтры, регуляторы подачи топлива для авиационных двигателей. В 1954-м здесь разработали стартеры, которые включали ряд компонентов жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).
В том же году главный авиаконструктор ОКБ-155 Артем Микаян заказал Семену Косбергу разработку ЖРД — ускорителя для экспериментальных самолетов с треугольным крылом. По этому заказу в 1955-1956 гг. был создан и испытан РД0101 на этиловом спирте и кислороде на самолете Е050А. Далее последовали заказы на ускорители для самолета Як-27 конструкции А.С. Яковлева (кислород-керосин РД0102) и в 1957-59 г. — П.О. Сухого (РД0103).
В 1957 году тематика ОКБ-154 серьезно расширилась. Под руководством Косберга был разработан ракетный двигатель РД0200 уже не для самолета, а для второй ступени ракеты 5В11 «Даль» конструкции С.А. Лавочкина системы противовоздушной обороны. Затем последовала разработка двигателей РД0203, РД0204, РД0206 на несимметричном диметилгидразине (гептил) и тетраоксиде диазота для универсальной ракеты Ур-200, разрабатываемой в ОКБ-52 Владимиром Челомеем.
10 февраля 1958 года состоялось знакомство Сергея Павловича Королёва и Косберга. В 1959-м Косберг в ОКБ-154 разработал кислородно-керосиновый РД0106 для второй ступени баллистической ракеты Р-9А (8К75), разрабатываемой в ОКБ-1 Королёвым.
Путь в космос
После удачных запусков первых спутников двуступенчатой ракетой типа Р-7 с двигателями Валентина Петровича Глушко у Сергея Королёва возникла необходимость увеличить грузоподъемность этой ракеты третьей ступенью для запуска лунных и межпланетных станций. Разработку кислородно-керосинового двигателя для этой ступени (блок «Е») РН 8К72 (позже «Луна», «Восток Л») было поручено ОКБ-154 Косберга.
ОКБ-1 Королёва разрабатывало и поставляло для РД0105 камеру сгорания с рамой, газовыми дросселями, приводами, клапанами продувки и слива. В свою очередь ОКБ-154 разрабатывало и изготавливало турбонасосный агрегат, газогенератор, агрегаты автоматики и регулирования, агрегаты для наддува баков. Сборка двигателя и его доводка производились под наблюдением ОКБ-154 на Воронежском механическом заводе.
Уже в сентябре 1958 года стартовала ракета с двигателем РД0105 на третьей ступени. 2 января 1959 года третья ступень с таким двигателем разогнала межпланетную станцию «Луна-1» до второй космической скорости.
В 1961 году за участие в создании перспективной ракетной техники ОКБ-154 удостоено высшей государственной награды — ордена Ленина.
Двигатели для первых межпланетных полетов
В конце 1960 года в ОКБ-154 под руководством Косберга на базе уже отработанного РД0105, началось создание более мощного двигателя РД0107 для новой третьей ступени четырехступенчатой ракеты 8К78 (позже — «Молния»). Ракеты с этим двигателем обеспечили пуски спутников связи на высоко-эллиптические орбиты и первых в мире межпланетных аппаратов к Венере и Марсу.
Более мощный двигатель РД0109 был создан для третьей ступени ракеты-носителя «Восток». Именно такая ракета вывела на орбиту космический корабль «Восток» с первым в мире космонавтом. Юрий Гагарин, когда включился двигатель третьей ступени, при радиообмене с «Зарей» воскликнул: «Косберг сработал!», имея в виду главного конструктора этого двигателя, фамилия которого, так же, как и фамилии других руководителей ракетных и атомных предприятий, была строго засекречена.
Более надежные модификации этого двигателя, РД0108 и РД0110, серийно выпускались на Воронежском механическом заводе и устанавливались на третьи ступени ракет-носителей «Восход» (11А57) и различных модификаций ракеты «Союз» (11А511) для полета космонавтов и запусков спутников различного назначения. РД0110 производится до сих пор и используется на третьей ступени ракеты «Союз-2.1а».
В 1962 году на базе гептильных двигателей РД0203, РД0204, РД0206, отработанных на МБР УР-200, в ОКБ-154 разработан двигательный блок, состоящий из трех двигателей РД0208 и одного двигателя РД0209 для второй ступени ракеты «Протон» (8К82, УР-500). Первый полет «Протона» с этими двигателями состоялся в 1965 году. Чуть раньше, в 1963-м, начали проектироваться двигатели РД0210 и РД0211 для второй ступени новой модификации «Протона», а также РД0213 и РД0214 — для третьей. Они были сданы в эксплуатацию в 1978-м.
3 января 1965 года Герой Социалистического труда, кавалер четырех орденов Семен Ариевич Косберг ушел из жизни от травм, полученных в автокатастрофе. ОКБ-154 возглавил Александр Дмитриевич Конопатов и был главным конструктором 27 лет.
Ракетный ядерный двигатель
43-летнему главному конструктору сразу же поручили супер-серьезную задачу: разработать ядерные ракетные двигатели для разгона, торможения и коррекции орбиты межпланетных станций. Двигатели получили название РД0410 и РД0411. Считалось, что благодаря минимальному молекулярному весу и термодинамическому совершенству рабочего тела — водорода, а также высокой температуре его нагрева в ядерном реакторе (до 3000 градусов) новый тип двигателя должен был обладать высокими энергетическими показателями и тем самым расширить возможности исследования ближнего и дальнего космоса.
Уже в 1968 году был проведен физический пуск полноразмерной модели реактора двигателя РД0410 в ФЭИ и огневое испытание «холодного» двигателя в НИИХИММАШе. В течение 1978–1981 годов было проведено четыре огневых пуска реактора на газообразном водороде в диапазоне тепловых мощностей 24–63 МВт.
Несмотря на то, что эти двигатели не были созданы, наработки по этой теме легли в основу при создании кислородно-водородного двигателя РД0120 для второй ступени ракеты «Энергия», а также использовались при проектировании многорежимных ядерных энергодвигательных установок для космических аппаратов.
Новое название
В 1966 году ОКБ-154 переименовано в Конструкторское бюро химавтоматики (КБХА). Через год принята в эксплуатацию первая «ампулизированная» межконтинентальная баллистическая ракета УР-100 (РС-10) конструкции ОКБ-52 Владимира Челомея, с двигателями КБХА Косберга-Конопатова на первой ступени. В 1967-м КБХА приступило к созданию комбинированной двигательной установки с маршевым и рулевым ЖРД для второй ступени МБР РС-20А конструкции М.К. Янгеля и В.Ф. Уткина. В 1969 году за создание образцов новой техники КБХА удостоено второй по значимости государственной награды — ордена Октябрьской Революции.
В следующем году в КБХА приступили к созданию двигателей для МБР УР-100Н «Стилет», а в 1971-м впервые начаты работы по созданию газодинамических лазерных установок. В результате было внедрено более ста авторских свидетельств на изобретения.
Кроме новаторских разработок с 1974 года специалисты КБХА осуществляли контроль за серийным выпуском на Воронежском механическом заводе двигателей 11Д58М, разработанных в ЦКБЭМ для разгонных блоков типа «Д». Всего с воронежским двигателем 11Д58М стартовало более 300 ракет-носителей «Протон», которые вывели на околоземные орбиты и межпланетные траектории множество космических аппаратов, в том числе все АМС с «Венеры-9» по «Венеру-16».
В 1976 году предприятие удостоено вторым по значимости в СССР — орденом Октябрьской Революции.
В том же году КБХА приступило к созданию водородно-кислородного двигателя РД0120 тягой 200 тонн для ракеты «Энергия». Двигательный блок ее второй ступени состоял из четырех двигателей РД0120, что давало тягу в 800 тонн. Изготавливались двигатели на Воронежском механическом заводе. По своим характеристикам РД0120 превзошел лучшие мировые образцы, в том числе американские SSME, установленные на корабли системы Space Shuttle.
В 1987-м и 1978-м годах было выполнено два пуска ракеты «Энергия», на которых было использовано восемь РД0120. Все они отработали безупречно. В тот же период в КБХА успешно разработан двигатель РД0243 для морского ракетного комплекса РСМ-54, и РД0255 для МБР РС-20В «Воевода».
После распада СССР
После развала Советского Союза для КБХА и Воронежского мехзавода настали тяжелые времена. Тем не менее Александру Конопатову удалось сохранить основу коллективов. В 1993 году Герой Социалистического Труда, кавалер трех орденов Александр Дмитриевич ушел на пенсию, но до конца своих дней работал советником избранного коллективом предприятия на конференции Владимира Сергеевича Рачука.
Главный конструктор сразу же «впрягся» в новую работу — создание нового двигателя РД0124 для третьей ступени ракеты «Союз-2.1б». И это коллективу удалось. РД0124 имеет рекордный удельный импульс тяги среди всех кислородно-керосиновых двигателей в мире и до сих пор серийно производится и используется.
В 1994 году инженеры КБХА под руководством Рачука в кооперации с ЦИАМ имени Баранова начали разработку гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя 58Л для исследований горения водородного топлива на высотах 20-35 км при скорости до 6,5М. В 1998 году двигатель успешно прошел летные испытания. Впервые в мире сгорание водорода происходило на сверхзвуке.
Спустя три года, в 2001-м, доведен до огневых испытаний доведен новый кислородно-водородный двигатель без газогенератора РД0146. В 2013 году — выполнен первый пуск ракеты-носителя легкого класса «Союз-2.1в» с новым двигателем РД0110Р, используемым на первой ступени в качестве рулевого в связке с маршевым двигателем НК-33-1. На второй ступени этой ракеты стоит кислородно-нафтиловый двигатель РД0124 — тоже разработки КБХА и изготовленный на Воронежском механическом заводе.
В 2014 году на верхних ступенях ракет «Ангара-1.2ПП» и «Ангара-А5» прошел успешные летные испытания двигатель новой модификации РД0124А, отличающийся от своего прототипа возможностью отбора горючего на управление отклонением камер сгорания, наддува баков, а также существенным увеличением времени непрерывной работы.
В 2015 году кавалера орденов «За заслуги перед отечеством» IV и III степеней и ордена Гагарина Владимира Сергеевича Рачука на посту главного конструктора сменил Виктор Дмитриевич Горохов.
Что предприятие производит сегодня
1 ноября 2019 года объединением Воронежского механического завода и КБХА образовано АО «Воронежский центр ракетного двигателестроения» (ВЦРД) в составе Интегрированной структуры ракетного двигателестроения АО «НПО Энергомаш» Госкорпорации «Роскосмос». Директором объединенного предприятия назначен директор ВМЗ Сергей Викторович Ковалёв (с 2023 года — Александр Петрович Печагин), а Виктор Дмитриевич Горохов стал первым главным конструктором ВЦРД.
Под руководством Горохова ВЦРД продолжает разрабатывать новые, совершенствовать и производить уже функционирующие ракетные двигатели, а также выпускает авиатехнику и нефтегазовое оборудование. Вот только некоторые перспективные разработки этого предприятия:
кислородно-нафтиловый двигатель РД0124МС тягой 60,34 т для второй ступени ракеты «Союз-5»;
кислородно-водородные двигатели РД0146Д тягой 7,5 т и РД0146Д-1 тягой 9 т для разгонных блоков (четвертая ступень) ракеты «Ангара-5В»;
кислородно-метановые РД0162 и РД0162СД тягой 203,9 т и 42,5 т для перспективных многоразовых ракет;
многоразовый кислородно-метановый двигатель РД0177 тягой 88 т для первой многоразовой ступени ракеты «Амур-СПГ»;
двухрежимный трехкомпонентный двигатель ДР0750 (на базе РД0120). На первом режиме двигатель работает на кислороде и керосине с небольшой добавкой (6%) водорода, на втором — на кислороде и водороде. Расчетная тяга 144 и 81 т;
газодинамический лазер РД0600 на газообразной окиси углерода и воздухе мощностью 100 КВт.
По мнению многих, ВЦРД осталось единственным в стране предприятием, способным проектировать и создавать принципиально новые ЖРД как для пилотируемой, так и непилотируемой космонавтики.
