Как основатель SpaceX учился у русских и обошёл всех

— Мы зависаем в этой отдельной беседке в Hard Rock Cafe, а Илон там читает какой-то таинственный советский учебник, который весь покрыт плесенью и выглядит так, как будто его купили на eBay. Он изучал его и открыто рассуждал о космических полётах и о том, как изменить мир, — вспоминал давний знакомый Илона Маска Кевин Харц, один из первых, кто вложил деньги в PayPal.

Ужасно любопытно, что это была за книжка. Но на этот вопрос, видимо, сможет ответить только сам Маск.

— Я учился по Феодосьеву, — говорит руководитель Института космической политики Иван Моисеев. — "Жидкостные ракетные двигатели". Но их было много, для каждого института были свои учебники.

Если, к примеру, полистать "Введение в ракетную технику" (Феодосьев В.И., Синярев Г.Б.), становится очевидным, что деньги — это ещё не всё. Здесь можно прочитать, как устроен двигатель "Фау-2", какое бывает ракетное топливо, как и с какой эффективностью оно вырабатывает энергию. Чтобы по-настоящему понимать, как всё это работает, нужна внушительная база знаний по физике, химии.

В таком учебнике обязательно есть подробное описание схемы жидкостных двигателей двух типов — открытого и закрытого. Вкратце в тех и в других происходит следующее: некая небольшая часть горючего направляется на то, чтобы приводить в движение турбонасосы, которые закачивают основной объём топлива в камеру сгорания. Но в двигателе открытого типа эта небольшая часть после использования просто сбрасывается наружу, в окружающую среду. А в закрытом она идёт в камеру сгорания вместе со всем остальным.

В основном считается, что закрытая схема лучше, потому что мы не теряем топливо. А с другой стороны, чтобы ту малую порцию подать в камеру, насосу приходится тратить дополнительные усилия. Без них он бы работал бодрее и создавал большее давление в камере сгорания, а чем сильнее там давление — тем эффективнее сам двигатель.

Если человек рассуждает о космических полётах с горящими глазами и при этом со знанием дела, то он обязан знать о полёте, который открыл космическую эру, а конкретно — о ракете "Спутник" — именно на ней запустили в 1957 году первый искусственный спутник Земли. Эту ракету построили на базе баллистической Р-7 — знаменитой "семёрки" — и оснастили тем же самым двигателем — РД-107. Так вот, это двигатель открытого типа, разработка ОКБ-456, впоследствии НПО "Энергомаш" имени Валентина Петровича Глушко. Работает на керосине и жидком кислороде.

Да, кстати, на всякий случай для тех, у кого с физикой не очень, и поэтому давно назрел вопрос, а зачем же в ракетном топливе окислитель. Затем, что горение с точки зрения физики — это окисление с выделением тепла. На Земле оно происходит потому, что в воздухе есть кислород. А в космосе кислорода нет. Значит, без окислителя ничего гореть не будет. В самых первых ракетных двигателях его с топливом заранее смешивали, но потом стали подавать отдельно — так безопаснее.

Так вот, он же — РД-107 — стоял на первой ступени ракеты "Восток-1" (полёт Юрия Гагарина). Он же был в ракете "Восход" (полёт Алексея Леонова и Павла Беляева, первый в истории выход в открытый космос). И он до сих пор летает: РД-107 установлены на боковых блоках "Союзов-ФГ" и "Союзов-2".

Схему закрытого типа в Советском Союзе реализовали в 1969 году, и это был двигатель РД-270 того же конструкторского бюро Глушко. До недавних пор, то есть больше сорока лет, он держал статус мощнейшего за всю историю СССР и России. Его делали для советской лунной ракеты УР-700 и бросили доделывать, когда лунную программу в СССР свернули.

И в нём схема примерно такая: есть две турбины, у каждой — своя камера предварительного сгорания. В одну подаётся почти всё топливо (на этот раз гептил) и немного окислителя (тетраоксид азота), в другую — наоборот, много окислителя с добавкой горючего. И всё это полностью превращается в газ. Он крутит турбины и идёт в главную камеру сгорания — для дожигания.

Вот теперь мы уже начинаем хоть как-то приближаться к пониманию языка, на котором разговаривает основатель SpaceX. Недавно он водил известного блогера Тима Додда по своей Starbase и в очередной раз выразил уважение "русскому" ракетостроению. В слово russian, очевидно, вкладывается и значение "советское", и "российское". Как лучше перевести, сложно сказать.

— Есть несколько потрясающих российских ракетных двигателей. Они давно реализуют схему закрытого типа, они сделали, не знаю, сотни различных двигателей буквально. Наш вклад в большем давлении, чем раньше, и в том, что это полнопоточная схема поэтапного горения. Но это достаточно небольшая прибавка к тому, что русские уже сделали, — сказал Маск.

То есть со схемой закрытого типа разобрались, с преимуществами большого давления в камере сгорания тоже, а полнопоточная схема поэтапного горения — это как раз то, что у РД-270: полная газификация топлива в камерах предварительного сгорания, а потом его дожигание в основной камере.

Их два. Конечно, имеем в виду две разновидности, а не две штуки или две модели. Итак, первый — Merlin, созданный для "Фальконов". Он открытого типа. Керосин-кислород. Видите поток чёрной сажи справа рядом с соплом? Это выбрасывается часть горючего, использованная для вращения турбины и перекачки остального топлива и окислителя. Такую схему, как мы уже упоминали, считают убыточной, и всё же это именно тот двигатель, на котором впервые в истории удалось вернуть на Землю первую ступень запущенной ракеты для её повторного использования.

Среди его особенностей можно назвать, например, то, что у него топливо и окислитель не по разным "трубам" идут в камеру сгорания, а по одной, но, так скажем, многослойной, по внутреннему тоннелю бежит керосин, по внешним полостям — кислород. Она называется pintle injector — игольчатый инжектор. Красное — это где идёт горючее, синее — окислитель.

И, наконец, второй новейший двигатель SpaceX — Raptor, создателям которого удалось кое в чём превзойти все двигатели в мире. У "Раптора" рекордное давление в камере сгорания — 330 бар, это 325 атмосфер. У РД-270 — 264,5 атмосферы. У РД-701 (тоже разработка "Энергомаша" конца 80-х) — 296 атмосфер. Плюс у него передовое топливо — метан. Но по самой схеме работы — всё в лучших традициях советского РД-270: в одну сторону идёт почти весь метан, приправленный кислородом, в другую — кислород, приправленный метаном, всё превращается в газ в отдельных генераторах и подаётся в главную камеру сгорания.

Несмотря на сходства с советскими разработками в схемах работы, в SpaceX сумели сделать нечто совершенно новое, подчеркнули в Институте космической политики.

Популяризатор космонавтики, основатель проекта "Открытый космос" Виталий Егоров убеждён, что речь вообще не может идти о заимствовании Маском советских или российских ракетных технологий.

По версии эксперта, всё было наоборот: человек, который вернёт Америке свою пилотируемую космонавтику, изучал советские технологии с намерением строить ракеты по-другому, и именно это он хотел сказать в беседе с блогером.

Разработка ракетных двигателей в СССР шла по пути достижения максимальной эффективности, и при этом совершенно не учитывались цена вопроса и технологичность производства, объясняет Виталий Егоров.

Дело в особенностях работы российской космической отрасли, уверен руководитель Института космической политики. Он отметил, что во многих зарубежных странах государственное агентство лишь ставит задачу, а выполняют её в основном частные компании.

Со своей стороны основатель проекта "Открытый космос" выразил мнение, что отчасти проблема в том, что бюджетные деньги невелики.

И всё же, как полагает популяризатор космонавтики, это не главное объяснение феномена Илона Маска — главное заключается в нём самом.