BE-4

BE-4 (Blue Engine 4[3]) — жидкостный ракетный двигатель закрытого цикла на топливной паре метан+жидкий кислород, разрабатываемый американской компанией Blue Origin.

BE-4
Тип жидкостный ракетный двигатель
Топливо сжиженный природный газ[1]
Окислитель жидкий кислород[1]
Страна США
Использование
Создан на основе BE-3[2][1]
Производство
Конструктор Blue Origin, США
Массогабаритные
характеристики
Рабочие характеристики
Тяга 2447 кН[1] (249.52 тс)
Давление в камере сгорания 13 400 кПа (132 атм)
 Медиафайлы на Викискладе

Целью проекта является достижение тяги 2400 кН на уровне моря[4]. Планируется выпуск двух вариантов двигателя — для первой и второй ступеней ракеты-носителя. Первый полёт ракет с этим двигателем ожидается не ранее 2021 года.

BE-4 разрабатывается за счёт частных инвестиций[5], «без какой-либо государственной поддержки»[6]. Хотя первоначально предполагалось, что двигатель будет использоваться исключительно на частной ракете-носителе Blue Origin, в настоящее время также планируется ставить его на ракету-носитель United Launch Alliance (ULA) «Вулкан» (Vulcan), преемника ракеты-носителя Атлас-5 (т. е. он является главным кандидатом на замену российского двигателя РД-180, в настоящее время используемого ULA)[5].

Описание

Одной из самых инновационных особенностей BE-4 является использование сжиженного природного газа (метана) вместо керосина в качестве горючего. Это первый двигатель компании (и один из немногих в мире), работающий на жидком кислороде и жидком метане.

Этот новый подход позволяет использовать автогенный наддув, то есть использование газообразного топлива для создания выталкивающего давления в баках с этим топливом. Это выгодно, поскольку устраняет необходимость в дорогостоящих и сложных системах наддува, которые требуют хранения под давлением такого газа, как гелий. Кроме того, сжиженный природный газ, в отличие от керосина, не оставляет побочных продуктов горения в виде сажи.

BE-4 рассчитан на долгий срок службы и высокую надёжность, частично благодаря тому, что двигатель является «среднепроизводительной версией высокопроизводительной архитектуры»[5].

История разработки

Blue Origin начал работу над BE-4 в 2011 году. Впервые о разработке было объявлено общественности в сентябре 2014 года[7] в издании Space News[8], где сообщалось, что крупный американский производитель ракетной техники United Launch Alliance выбрал BE-4 в качестве основного двигателя для своей новой ракеты-носителя[8].

В начале 2015 года компания также заявила о намерении начать полномасштабные испытания двигателя в конце 2016 года и завершить разработку в 2017 году[9]. По состоянию на апрель 2015 разработка двигателя включала две параллельные программы. Первая предполагала отработку полномасштабных версий силового пакета BE-4, набора клапанов и турбонасосов, которые обеспечивают надлежащее смешивание топлива/окислителя для форсунок и камеры сгорания. Вторая заключалась в отработке уменьшенных версий распылительных головок.

К сентябрю 2015 года компания завершила более 100 испытаний компонентов BE-4, включая бустерный насос и «камеру сгорания с рекуперативным охлаждением, использующую несколько полномасштабных распылительных головок». Испытания были проведены для проверки теоретических моделей «производительности распылительной головки, теплообмена и устойчивости горения», а собранные данные использовались для уточнения конструкции двигателя[10]. В 2015 году во время одного из испытаний на испытательном стенде произошёл взрыв, после чего компания построила два более крупных стенда для проверки двигателя с полной тягой 2200 кН[11].

Хотя все части BE-4 и первые двигатели, предназначенные для испытаний, были изготовлены в штаб-квартире Blue Origin в Кенте, штат Вашингтон, место производства BE-4 к 2016 году ещё не было определено. Испытания и поддержка многоразовых BE-4 будет проводиться на пусковой площадке компании в Эксплорейшн Парк во Флориде, где Blue Origin инвестирует в инфраструктуру более $200 млн[6].

В январе 2016 года компания Blue Origin объявила, что намерена начать испытание двигателей BE-4 на наземных стендах до конца этого года[12]. После посещения в марте 2016 журналист Эрик Бергер отметил, что большая часть фабрики Blue Origin была передана для разработки Blue Engine-4[5].

Первый двигатель был полностью собран в марте 2017 года[13]. Также в марте United Launch Alliance объявил, что экономический риск выбора варианта был сведён на нет, но технический риск по проекту остаётся до тех пор, пока в 2017 году не будет завершена серия огневых испытаний двигателя[14]. 13 мая 2017 года Blue Origin потеряла один двигатель в результате происшествия во время испытаний[15].

Первый тестовый двигатель BE-4 был поставлен ULA 1 июля 2020 года, второй планируется поставить до конца месяца[16].

Применение

В 2016 году BE-4 рассматривался для использования на двух находящихся в разработке ракет-носителей, в то время как модифицированную версию BE-4 планировали использовать в американском экспериментальном военном космическом ракетоплане.

Blue Origin указала, что после завершения разработки она намерена сделать двигатель коммерчески доступным для сторонних компаний, а также планирует использовать двигатель в новой орбитальной ракете Blue Origin[17]. В марте 2016 года стало известно, что компания Orbital ATK исследует вопрос об использовании BE-4 на своих ракетах-носителях[5].

Замена ракеты Атлас-5

В конце 2014 года Blue Origin подписал соглашение с United Launch Alliance (ULA), чтобы совместно развивать двигатель BE-4 и использовать его на ракете «Вулкан» (Vulcan), которая планируется в качестве преемника ракеты-носителя Атлас-5, отказавшись тем самым от двигателя РД-180 российского производства[8]. На «Вулкане» будет установлено два двигателя BE-4 первой ступени с тягой 2400 кН каждый. Программа стартовала в 2011 году[2][18][7].

Сообщение о партнёрстве с ULA появилось после нескольких месяцев неопределённости относительно будущего российского двигателя РД-180, который используется в ракете ULA "Атлас-5" уже дольше десятилетия. Появились геополитические трудности, вызвавшие серьёзную озабоченность по поводу надёжности поставок российского двигателя[17]. ULA считало, что первый запуск новой ракеты состоится не ранее 2019 года[7][8].

До начала 2015 года BE-4 в качестве замены двигателя РД-180 конкурировал с двигателем AR1 компании Aerojet Rocketdyne. В отличие от двигателей AR1 и РД-180, которые работают на керосине, топливом для BE-4 является метан[19].

В феврале 2016 года ВВС США заключили контракт, предусматривающий частичное финансирование развития ULA в объёме 202 млн долл. для поддержки использования двигателя BE-4 на РН «Вулкан»[20][21]. Первоначально будет выплачено 40,8 млн долл., ещё 40,8 млн будет вложено в дочернюю компанию ULA для разработки BE-4 для ракеты «Вулкан»[22].

До 536 млн долл. будет вложено и в Aerojet Rocketdyne, для разработки двигателя AR-1, в качестве альтернативного для ракеты «Вулкан»[20]. Безос, однако, отмечает, что ракета-носитель «Вулкан» разрабатывается под двигатель BE-4, замена его на AR1 вызовет значительные задержки и потребует больших затрат со стороны ULA[6]. Схожее заявление было сделано также руководителями ULA, которые уточнили, что BE-4, вероятно, будет стоить на 40 % меньше, чем AR1, а также то, что «Безос имеет возможность самостоятельно принимать быстрые решения относительно BE-4, тогда как AR1, напротив, сильно зависит от поддержки правительства США, и у Aerojet Rocketdyne есть нужные связи для получения этой поддержки»[23].

Двигатель для XS-1

В 2014 году Boeing получил заказ от управления DARPA на разработку и постройку многоразового космического корабля XS-1 и планировал, в сотрудничестве с Blue Origin, использовать на корабле модификацию двигателя BE-4. XS-1 должен был разгоняться до гиперзвуковых скоростей на границе земной атмосферы, чтобы обеспечить вывод полезного груза на орбиту.[24][25]

Орбитальная ракета «New Glenn»

Двигатель планируется использовать на двухступенчатой ракете для орбитальных полётов «Нью Гленн» (New Glenn, диаметром 7 м с дополнительной третьей и многоразовой первой ступенью. Первый полёт был намечен не ранее чем на 2020 год[26].

На первой ступени (многоразовой, с вертикальной посадкой) будет установлено семь двигателей BE-4. Вторая ступень того же диаметра будет использовать один двигатель BE-4, оптимизированный для работы в вакууме. Вторая ступень будет одноразовой[26].

Технические характеристики
  • Тяга (на уровне моря): 2400 кН при полной мощности, что равно 244.7 тс.[7];
  • Давление в камере: 13,4 МПа.[5];
  • Возможность повторного использования[5];
  • Расчётное число пусков: 25[5];
  • Повторный запуск в течение одного полёта[11].

См. также

Ссылки


Примечания
  1. The Annual Compendium of Commercial Space Transportation: 2018 (англ.) (недоступная ссылка). Federal Aviation Administration. Дата обращения: 7 августа 2018. Архивировано 8 августа 2018 года.
  2. Jeff Bezos’s Blue Origin to supply engines for national security space launches, Washington Post (17 сентября 2014). Дата обращения 27 сентября 2014.
  3. Alan Boyle. Bezos vs. Musk: Blue Origin and ULA Turn Up the Heat in Rocket Battle, NBC News (17 September 2014).
  4. Spring Meetings 2017 - GNF "A step by step approach to low-cost access to space" (7 April 2017). Дата обращения: 27 мая 2017.
  5. Berger, Eric. Behind the curtain: Ars goes inside Blue Origin’s secretive rocket factory, Ars Technica (9 марта 2016). Дата обращения 9 марта 2016.
  6. Price, Wayne T.. Jeff Bezos' Blue Origin could change the face of space travel, Florida Today (12 марта 2016). Дата обращения 13 марта 2016.
  7. ULA To Invest in Blue Origin Engine as RD-180 Replacement, Space News (17 сентября 2014). Архивировано 18 сентября 2014 года. Дата обращения 19 сентября 2014.
  8. Evolution of a Plan : ULA Execs Spell Out Logic Behind Vulcan Design Choices, Space News (24 апреля 2015). Дата обращения 25 апреля 2015.
  9. Blue Origin Completes BE-3 Engine as BE-4 Work Continues, Space News (7 April 2015). Дата обращения 8 апреля 2015.
  10. Blue Origin Completes More Than 100 Staged-Combustion Tests in Development of BE-4 Engine (недоступная ссылка). Blue Origin (20 September 2015). Дата обращения: 12 января 2016. Архивировано 21 сентября 2017 года.
  11. de Selding, Peter B.. ULA intends to lower its costs, and raise its cool, to compete with SpaceX, SpaceNews (16 марта 2016). Дата обращения 19 марта 2016. «[Blue Origin] did blow up one of their engines on the test stand ... restart the engine ... head pressure start of the turbine ... [Blue] blew up a powerpack under test ... [Bezos] opened up his checkbook, ... need to rebuild test stand, move up to 500 k powerpack for the Vulcan BE-4 engine; not one but two test stands ... agility to ... write with own checkbook is just refreshing».
  12. Berger, Brian. Launch. Land. Repeat: Blue Origin posts video of New Shepard’s Friday flight, SpaceNews (23 января 2016). Дата обращения 24 января 2016. «Also this year, we’ll start full-engine testing of the BE-4».
  13. 1st BE-4 engine fully assembled. 2nd and 3rd following close behind. (6 марта 2017). Дата обращения: 6 марта 2017.
  14. http://spacenews.com/bruno-vulcan-engine-downselect-is-blues-to-lose/
  15. http://spacenews.com/blue-origin-suffers-be-4-testing-mishap/
  16. Erwin, Sandra. Blue Origin delivers the first BE-4 engine to United Launch Alliance, Space News (1 июля 2020). Дата обращения 1 июля 2020.
  17. Commercial crew and commercial engines, The Space Review (22 сентября 2014). Дата обращения 1 октября 2014.
  18. ULA taps Blue Origin for powerful new rocket engine. Spaceflightnow.com (September 17, 2014). Дата обращения: 8 апреля 2015.
  19. Mike Gruss. Timing of Russian Engine Ban Puts ULA, Air Force, in a Bind, Space News (27 February 2015). Дата обращения 8 апреля 2015.
  20. Gruss, Mike. Aerojet Rocketdyne, ULA win Air Force propulsion contracts, SpaceNews (29 февраля 2016). Дата обращения 1 марта 2016.
  21. http://www.defense.gov/News/Contracts/Contract-View/Article/682238
  22. Contracts: Press Operations Release No: CR-037-16. U.S. DEPARTMENT OF DEFENSE (29 февраля 2016). — «United Launch Services LLC, a majority owned subsidiary of United Launch Alliance, Centennial, Colorado, has been awarded a $46,629,267 other transaction agreement for the development of the Vulcan BE-4 and Advanced Cryogenic Evolved Stage (ACES) rocket propulsion system prototypes for the Evolved Expendable Launch Vehicle program. ... This other transaction agreement requires shared cost investment with United Launch Services for the development of prototypes of the Vulcan BE-4 rocket propulsion system, which is a booster stage engine, and .... The Vulcan BE-4 award is for $45,820,515, or 98.3 percent of the total awarded amount. ... intended for use on United Launch Alliance’s Vulcan launch vehicle. ... The work is expected to be completed no later than Dec. 31, 2019. Air Force fiscal 2015 research, development, test and evaluation funds in the amount of $26,344,603 are being obligated at the time of award. United Launch Services is contributing $40,828,213 at the time of award. The total potential government investment, including all options, is $201,655,584. The total potential investment by United Launch Services, including all options, is $134,196,971.». Дата обращения: 1 марта 2016. Архивировано 1 марта 2016 года.
  23. Foust, Jeff. ULA VP resigns following remarks on company’s competitive position, strategy, SpaceNews (17 марта 2016). Дата обращения 17 марта 2016.
  24. Work Commences on Experimental Spaceplane (XS-1) Designs. Darpa.mil (15 July 2014). Дата обращения: 20 сентября 2016.
  25. David Axe. Pentagon Preps for Orbital War With New Spaceplane. The Daily Beast (3 августа 2015). Дата обращения: 3 августа 2015.
  26. Bergin, Chris. Blue Origin introduce the New Glenn orbital LV, NASASpaceFlight.com (12 сентября 2016). Дата обращения 12 сентября 2016.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.