Почему американский двигатель для лунной гонки F-1, который был самым крутым в свою эпоху, забросили после полетов на Луну, а намного более слабый советский «лунный двигатель» до сих пор выводит наши ракеты в космос?

Спрашивает
Модест Измайлов
#двигатели
+2
#Луна
#лунная гонка
14 июля
32 788
Средний вопрос

Этот вопрос — один из ключевых в построениях «лунозаговорщиков», но и у многих других людей он вызывает здоровое недоумение. F-1 радикально мощнее других двигателей своей эпохи. Например, главный двигатель советской лунной программы, легендарный НК-33, имеет тягу на уровне моря лишь в 1,51 меганьютона — а F-1 уже 6,77 меганьютона. Разница в четыре с половиной раза!

И тем не менее, НК-33 эпохи лунной гонки до сих пор поднимают русские ракеты в космос — даже в 2020-х годах. Причем это не новые двигатели по старым чертежам, а именно двигатели, созданные для полетов на Луну и случайно «завалявшиеся» на складах с тех пор. Их надежность так велика, что Роскосмос спокойно использует их (несмотря на их более чем полувековой возраст). А где же F-1, который был куда мощнее и так зрелищно выиграл лунную гонку у НК-33?

Чтобы понять, почему так сложилось, надо вникнуть в то, как работает ракетный двигатель. Главное, что для этого нужно — понять смысл слов «удельная тяга». Удельная тяга ракетного двигателя — это количество секунд, которое он сможет поддерживать тягу в 1 килограмм при расходе 1 килограмма топлива.

Это сверхважный показатель потому, что сами двигатели весят не так много, зато топливо — это более 90% массы ракеты. Если кто-то расходует топливо на 10% экономнее, он, при прочих равных, сможет вывести в космос буквально на десятки больше процентов полезной нагрузки, чем тот, кто не добился такой экономичности.

Так вот: удельный импульс F-1 на уровне моря — 263 секунды. Поскольку F-1 — это двигатель первой, самой массивной ступени лунной ракеты «Сатурн-5», постольку нам важен удельный импульс именно на уровне моря.

Но сама по себе эта цифра нам ничего не скажет. Это вообще много или мало? Сравним ее с советским «лунным двигателем» НК-33, установленным на ракетах Н-1 после ее четвертого экземпляра. Там удельный импульс на уровне моря… 297 секунд.

В принципе, на этом всё: дело закрыто, расходимся. Никакой эволюции самого крутого двигателя лунной эпохи, пресловутого F-1, нет по той простой причине, что он топливно неэффективен. И не только на уровне моря, но и в вакууме, где у него удельный импульс 304 секунды, а у НК-33 — 331 секунда. Ясно, что F-1 на создание той же тяги то же время тратит где-то на десяток процентов больше топлива, а это было бы сильным «штрафом» для тех ракет, что захотели бы его использовать.

Но если мы остановимся тут, то нам тут же скажут: а как же тогда он выиграл лунную гонку? И почему США выбрали настолько топливно неэффективный двигатель для своей самой важной ракеты?

Причины неэффективности F-1 в том, что Штаты очень, очень торопились на Луну. Поэтому для первой ступени ракеты выбрали тот двигатель, что был уже сделан в железе, а не более эффективный, который еще надо было проектировать и строить, как советский НК-33. Полезная нагрузка меньше? Ничего, поставим на один двигатель больше, и пересилим неэффективность количественным наращиванием.

Дело в том, что Rocketdyne разработала F-1 исходно для крупной МБР ВВС США. Которая должна была нести очень мощный термоядерный заряд. Первые термоядерные боеприпасы были фантастически неэффективны (очень массивны на единицу мощности), поэтому и двигатель такой ракете нужен был архимощный.

Однако к марту 1959 года, когда начались первые огневые тесты F-1, разработчики термоядерных боеприпасов резко уменьшили их вес, поэтому сверхкрупный двигатель военным больше был не нужен. Тут и подоспело NASA: они «перехватили» проект у военных, и решили использовать его для лунной программы.

Конечно, американские разработчики двигателей совсем не были глупыми. Они прекрасно понимали, что F-1 хотя и очень большой, но достаточно примитивный двигатель. Еще бы нет, когда его проектирование вели в середине 1950-х, когда жидкостные ракетные двигатели были еще в младенчестве.

Инженеры Rocketdyne отлично понимали, что причина малой эффективности — низкое давление в камере сгорания (не выше 70 атмосфер, против 147 у того же НК-33). Ну и в том, что F-1 работал на открытом цикле (скажем, НК-33 — на закрытом, более эффективном) Но знали они и то, что испытания F-1 идут очень проблематично. Только к 1965 году F-1 на стенде начал работать устойчиво — после опробования аж 1338 огневых испытаний камеры сгорания и целых 108 вариантов головок форсунок. Такие трудности были вызваны как раз огромным размером камеры сгорания: в них создавалась неустойчивость, которую надо было как-то гасить.

То есть причины уникальности F-1  – того, что это до сих пор самый мощный однокамерный двигатель в истории людей — как раз в том, что большой однокамерный двигатель есть сложное решение, требующее огромного времени и денег на отладку. На его разработку Штаты потратили четыре миллиарда долларов еще тех лет, в 20 раз дороже нынешних. СССР рублей на всю лунную программу примерно столько потратил — благо советские конструкторы двигателей избегали больших камер сгорания, и даже когда строили двигатели мощнее F-1, разбивали их камеры сгорания на четыре штуки. Если бы американцы начали что-то менять с давлением F-1, они не успели бы довести свой двигатель и свою ракету первыми.

После этого неудивительно, что конец лунной программы стал и концом F-1. Его топливная неэффективность, приемлемая в страшной спешке программы «Аполлон», после ее завершения стала просто никому не нужна.

Комментарии

11 Комментариев
Если даже предположить что американцы высадились на луну, то как они улетели обратно как они преодолели лунную гравитацию? И где
Alexander Baulin
15.07.2024
-
0
+
С F1 всё так. Тем более NASA переключились на водородные двигатели, предпочитая монопару для всех ступеней ракеты
Evgeny
15.07.2024
-
0
+
Малая эффективность? Сухие цифры уверяют что Сатурн выводил 52 тонны на TLI а модная современная SLS - 27 тонн. При сходной стартовой массе.
    Evgeny, во-первых, текущий вариант SLS весит на 13% меньше Сатурна-5. Во-вторых, эффективность не определяется выводимой массой: можно поставить больше движков, и компенсировать неэффективность. Однако последствий для цены эксплуатации так избежать не выйдет. Сатурн-5 был, конечно, дешевле в эксплуатации, чем шаттлы, но при более эффективных двигателях мог бы иметь меньшую сухую массу и быть заметно дешевле.
-
2
+
Спасибо за разъяснение. Вам бы преподавать. Сколько бы хороших специалистов выпустили...Эххь.
-
-1
+
1 - США умеют считать деньги. Зачем им F1, когда у русских есть дешевый и не хуже? 2 - Я верю в "Лунный заговор" - В 1969 году США транслировали высадку и все жители Земли, кроме СССР и Китая, смотрели ЭТО в прямом эфире. Если это был бы фейк, то СССР первым бы раструбил об этом.
    daovision
    16.07.2024
    -
    0
    +
    1.Если они умеют считать деньги, откуда взялся громадный внутренний долг?2. американцы не были на луне целых 6 раз
    Если даже предположить что американцы долетели до луны тогда скажите как они преодолели лунную гравитацию? (Они даже незнали какая она по сравнению с землей)И где они взяли топлива на обратную дорогу? Или на луне их ждала вторая ракета.
    +
      ещё комментарии
      Music Fans
      16.07.2024
      -
      4
      +
      Алексей, ещё как знали, до высадки людей на луну, было запущенно много АМС. Топливо всегда было с собой, модуль был двухступенчатый. Летали по той же схеме что и советские АМС, что и современные. По твоей глупой логике, советских АМС не было на луне, китайских. Сначал разберись в вопросе, а уже потом позорься, и да, для того что бы знать гравитацию объекта, не обязательно на это тело лететь, для этого есть другие возможности расчета, которые применяются везде
      Antares Wise
      24.09.2024
      -
      2
      +
      Алексей, Рассчитать гравитацию на Луне - это задачка средней общеобразовательной школы. Учитель бы тебя на второй год оставил.
Есть что спросить?

Вы можете получить ответ на вопрос по любой теме от экспертов нашей редакции, хорошо разбирающихся в этой теме.

Задать вопрос

Похожие вопросы


Так же, как и на Земле, — радиатором! Просто радиатор будет очень большой.

Точного, лаконичного и общепризнанного ответа нет. Наиболее вероятная причина — слишком маленький вклад...Читать далее

Краткий ответ: планеты не улетают от своих звезд просто так. Но если бы подобное случилось, то жизнь на...Читать далее

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно