Краткий исторический экскурс

Человечество впервые увидело реактивное движение на примере каракатицы – живого существа, передвигающего отбрасыванием воды и сокращением мышц внутри организма.

Порох, состоящий из смеси серы, селитры и древесного угля, стал известен в Китае примерно в VII-IX веках, а в IX-X веках его начали применять для военных целей в зажигательных стрелах «хозцам» - в них к наконечнику стрелы подвязывали мешочек с порохом, который поджигали при запуске стрелы.

Первые пороховые ракеты появились в Китае в 1161 г., порох одновременно являлся и источником энергии, и источником рабочего тела (продуктов сгорания).

В конце XIV века подобные ракеты начинают находить применение в войнах в Италии, к середине XIX века выяснилось, что по дальности полета пороховые ракеты не уступают гладкоствольной артиллерии, но не могут конкурировать с нарезной. К тому же точность стрельбы ракетами существенно уступала точности стрельбы артиллерии. Поэтому в 1897 г. ракетный корпус в России был упразднен.

На рубеже XV – XVI веков в Китае была принята попытка создания летательного аппарата с пороховыми ракетными двигателями. Эксперимент закончился неудачей и гибелью изобретателя. В России в 1886 г. был проведен ряд опытов с моделью самолета, двигателями которого служили пороховые ракеты. Опыты были прекращены из-за недостатка средств.

Исследованием ЖРД стали заниматься в начале XX века, и в 1921 году Р. Годдард в США начал отрабатывать кислородно-эфирный двигатель, а в 1926 году произвел первый в мире пуск ракеты с ЖРД на топливе кислород + бензин. В Германии стендовые испытания ЖРД в 1929 году начал Г. Оберт. В СССР В. П. Глушко начал первые экспериментальные работы с ЖРД в 1931 году (кислород и бензин). Такой переход к ЖРД вызван низкими энергетическими возможностями порохов и ограничениями на размеры зарядов, получаемых прессованием.

Достижения этого периода характерны небольшими значениями тяги (сотнями ньютонов), накапливались понимания рабочих процессов в двигателях и опыт конструирования.

Первым двигателем для баллистической ракеты стал ЖРД ракеты «ФАУ -2» (главный конструктор – Вернер фон Браун), отработка которого началась в 1937 году, а летные испытания в составе ракеты в 1942 году. Тяга двигателя на Земле составляет 245,25 кН, а в пустоте 294,3 кН. Суммарный расход компонентов топлива составлял 126,7 кг/с (основное: 50 кг/с спирта, 75 кг/с кислорода, вспомогательные для работы турбонасосного агрегата 1,7 кг/с перекиси водорода и перманганата натрия). Тогда удельный импульс имел значение 1935,67 м/с у Земли и 2322,81 м/с в пустоте.

После Второй мировой войны началась гонка вооружений в СССР и США, для боевых ракет стали создаваться мощные ЖРД. В.П. Глушко к концу 50-х годов создал кислородно-керосиновые двигатели для ракеты «Р-7», имеющие значение удельного импульса до 3080 м/с. В 80-е годы был создан ЖРД РД-170 для первой ступени ракеты «Энергия». Тяга составляет 7907 кН, давление в камере сгорания 25 МПа, удельный импульс в пустоте 3295 м/с. С.А.Косберг в те же годы создал кислородно-водородный двигатель с тягой 1962 кН.

Мощные и эффективные ЖРД были созданы в США В. фон Брауном в 60-е годы для ракеты «Сатурн-V». Кислородно-керосиновый двигатель F-1 первой ступени развивает тягу у Земли 6769 кН с значением удельного импульса в пустоте 2982 м/с. Кислородно-водородный двигатель J-2 для второй и третьей ступени ракеты развивает тягу в пустоте 1023 кН и имеет удельный импульс 4168 м/с. Крупным достижением в двигателестроение является двигатели многократного включения многоразового летального аппарата (МЛА) «Шаттл». Кислородно-водородный двигатель развивает тягу в пустоте 2090 кН и имеет удельный импульс 4464 м/с

К разработке РДТТ диалектически вернулись в 60-е годы, до этого успехом можно считать созданные в СССР в конце 30-х годов ракетные снаряды для систем залпового огня. Двигатели работали на бездымном порохе, и большего на его применении достичь не удалось. В Германии велась в 1942 году отработка неуправляемой многоступенчатой ракеты «Рейнботе» с двигателями на баллиститном топливе, но состояние техники того времени не позволило получить серьезного изделия.

Создание смесевых металлизированных топлив с изготовлением зарядов любых размеров по литьевой технологии позволило создавать эффективные ДУ для УБР и ускорители для РН. Были созданы двигатели с тягой в тысячи кН и удельным импульсом в пустоте более 3000 м/с для УБР стратегического назначения. Промышленность композиционных материалов вышла на уровень создания легких и прочных корпусов двигателей, что позволило достигнуть высокого массового совершенства конструкций.

Параллельно с маршевым ДУ, в рассматриваемое время было создано множество вспомогательных двигателей для управления ракетами, отделения их элементов, в качестве бортовых источников энергии и др. Появились гибридные двигатели: жидкий окислитель + твердое горючие и наоборот.

За 50 лет мировой уровень двигателестроения вырос необычайно, что позволило человечеству исследовать космическое пространство и создать разрушительные системы вооружения. Усилие на единицу массы конструкции, которое развивают РД, недостижимо ни в каких других отраслях техники.