16 июля 1965 началась эпоха мощных ракетных двигателей

Весной 1961 года генеральный конструктор ОКБ-52 Владимир Челомей выдал филёвскому филиалу № 1 задачу по разработке универсальной ракеты тяжёлого класса УР-500. Новая машина создавалась с прицелом на широчайший спектр задач: от доставки сверхмощного термоядерного заряда до выведения на орбиту пилотируемых ракетопланов. Однако на этапе эскизного проектирования конструкторы столкнулись с дефицитом суммарной тяги доступных двигателей. Для старта УР-500, которая по своей массе почти вдвое превосходила королёвскую Р-7, требовалась силовая установка с существенно более высокими энергетическими параметрами.

Военный заказчик требовал от Владимира Челомея создать изделие, способное месяцами находиться на боевом дежурстве в заправленном состоянии. Жидкий кислород и керосин королёвской Р-7 для этих целей не подходили из-за быстрого испарения окислителя. УР-500 проектировалась под высококипящие, самовоспламеняющиеся компоненты топлива — азотный тетраоксид («амил») и несимметричный диметилгидразин («гептил»). Под эту топливную пару главный конструктор ракеты Виталий Выродов изначально рассчитывал использовать двигатели РД-0203 разработки воронежского ОКБ-154 Семёна Косберга.

Но этот агрегат, созданный для более лёгкой ракеты УР-200, развивал тягу всего в 50 тс. Расчёты проектантов показали: чтобы поднять УР-500, на первую ступень пришлось бы установить целую батарею из 12–14 таких двигателей. Столь многочисленная связка двигателей усложняла пневмогидравлическую систему и вызывала серьёзные вопросы у разработчиков ракеты с точки зрения обеспечения надёжности.

Альтернативным решением, позволившим уйти от этого варианта, стало использование связки из шести РД-253 с тягой по 150 тс, которые разрабатывались в химкинском ОКБ-456 под руководством Валентина Глушко. Двигатель изначально проектировался для ракеты Н-1, но должен был работать на высококипящих компонентах. Главный конструктор ОКБ-1 Сергей Королёв отказался от его применения на лунном носителе из-за больших сомнений в целесообразности выбора этих компонентов топлива для сверхтяжелой ракеты. В октябре–ноябре 1961 года специалисты Филёвского филиала ОКБ-52 детально изучили документацию на РД-253 и выдали положительное заключение о возможности его интеграции в УР-500.

Чтобы обеспечить управление ракетой по всем каналам, ОКБ-456 доработало конструкцию РД-253. Двигатели оснастили узлом качания и ввели гибкие сильфонные узлы на топливных магистралях, превратив их в полноценный исполнительный орган системы управления.

РД-253 использовал замкнутую схему с дожиганием окислительного генераторного газа в основной камере. В традиционных двигателях открытого цикла отработанный на турбине генераторный газ просто выбрасывался наружу. В замкнутой схеме РД-253 весь поток жидкого окислителя и небольшая часть горючего направлялись в газогенератор. Полученный там горячий «кислый» газ вращал турбину насоса, после чего по специальному газоводу целиком перенаправлялся в основную камеру. Туда же под высоким давлением впрыскивалось остальное горючее. Генераторный газ полностью догорал внутри камеры, преобразуя свою массу и тепловую энергию в реактивную тягу.

Главное преимущество такой схемы заключается в повышении эффективности: двигатель перестал тратить часть топлива впустую на работу собственного насоса. Поскольку весь газ догорает в камере, ракета получает больше тяги с каждого килограмма топлива. Кроме того, замкнутый цикл позволил поднять давление в камере РД-253 до 150 атмосфер и выше, благодаря чему инженеры смогли получить высокую тягу при относительно небольших размерах самого двигателя.

Разницу в эффективности наглядно показывает сравнение РД-253 с другим серийным изделием Валентина Глушко — РД-107, летавшим на ракете Р-7. Этот двигатель работал по открытой схеме, имел сухую массу 1190 кг, высоту 2865 мм и диаметр по крайним точкам 1850 мм. Давление в его камере сгорания составляло 60 атмосфер, что обеспечивало тягу у земли 83 тс и удельный импульс 256 секунд. РД-253 при близких массогабаритных параметрах — сухой массе 1080 кг, высоте 3000 мм и диаметре 1500 мм — за счёт замкнутого цикла работал с давлением в камере 150 атмосфер. Это позволило получить тягу у земли 150 тс и более высокий удельный импульс — 285 секунд.

После завершения цикла наземных тестов РД-253 были допущены к лётно-конструкторским испытаниям в составе первого лётного образца УР-500. Проверка работы этих двигателей в реальном полёте состоялась 16 июля 1965 года на стартовом комплексе площадки № 81 космодрома Байконур.

В 17:16 по местному времени шесть РД-253 выдали стартовую тягу более 900 тонн и отработали полетную программу. Всего в двухступенчатом варианте выполнено четыре пуска УР-500 (три — успешно). Для выведения тяжелых объектов в КБ Челомея разработали трехступенчатую модификацию УР-500К («Протон-К»), сохранившую силовую установку первой ступени.

Базовый РД-253 выпускался серийно около 25 лет. В октябре 1995 года полетела модификация РД-275 с давлением в камере 160 атмосфер, увеличившая тягу на 7,7%. Финальная версия — РД-276 для ракеты «Протон-М» — форсирована еще на 5,2% и производилась до 2019 года.

За 61 год эксплуатации двигатели этого семейства продемонстрировали высочайшие показатели надёжности. С помощью ракет-носителей семейства «Протон» в космос запущены сотни тяжёлых аппаратов: межпланетные станции и геостационарные спутники связи, комплексы «Салют» и «Алмаз», а также модули орбитальной станции «Мир» и Международной космической станции.

Фото КЦ «Южный»