Объединённая двигателестроительная корпорация привезла на форум «Технопром» полноразмерный макет нового ракетного двигателя НК-3. Его разрабатывают для сверхлёгкой ракеты «Воронеж»: на первой ступени должны одновременно работать 12 таких двигателей, на второй — ещё один.
У знаменитой Falcon 9 компании SpaceX на первой ступени установлены девять двигателей Merlin. Сравнение напрашивается само собой: российская ракета получит двигателей даже больше. Получается, конструкторы повторяют схему Илона Маска и собираются его превзойти?
Короткий ответ: сходство компоновки действительно есть — много одинаковых двигателей на первой ступени и один двигатель того же семейства на второй. Но число сопел ничего не говорит о мощности ракеты. «Воронеж» рассчитан на полезную нагрузку 250 килограммов, а Falcon 9 — до 22,8 тонны на низкую околоземную орбиту. И сам принцип объединять много двигателей в один кластер появился задолго до SpaceX.
Что именно показала ОДК
На «Технопроме» демонстрируют не готовый лётный двигатель, а полноразмерный макет. Эскизный проект НК-3 завершён, сейчас конструкторы выпускают рабочую документацию. После этого отдельные узлы и двигатель целиком должны пройти автономные и огневые испытания.
Заявленная тяга одного НК-3 составляет 4,5 тонны. На первой ступени ракеты «Воронеж» планируют установить 12 двигателей — простое сложение даёт около 54 тонн суммарной тяги без учёта различий режимов работы. На второй ступени будет один НК-3 с высотным соплом и возможностью двукратного запуска.
Всего проектируют три модификации. Часть двигателей первой ступени получит систему управления вектором тяги: сопло сможет отклонять направление тяги и корректировать полёт. На второй ступени такая система также предусмотрена.
Чем схема похожа на Falcon 9
Первая ступень Falcon 9 использует девять одинаковых двигателей Merlin. Вторая — один Merlin Vacuum, приспособленный для работы в разреженной атмосфере. У «Воронежа» заявлена похожая логика: 12 НК-3 внизу и один высотный НК-3 наверху.
Такой подход позволяет строить обе ступени вокруг одного семейства двигателей. Производителю не нужно параллельно осваивать две совершенно разные силовые установки. Узлы, методы сборки, испытательная база и часть документации могут быть общими.
Но на этом прямое сравнение заканчивается. Один Merlin развивает тягу около 845 килоньютонов, а вся первая ступень Falcon 9 — более 1,7 миллиона фунтов, то есть примерно 770 тонн силы у земли. Это на порядок больше расчётной суммы двенадцати НК-3.
Falcon 9 также проектировалась как возвращаемая ракета орбитального класса. Для «Воронежа» ОДК не заявляла возвращение первой ступени. Его задача другая — точечно выводить небольшие коммерческие спутники, не покупая место попутной нагрузкой на гораздо более крупной ракете.
Почему 12 маленьких, а не один большой
Большой двигатель не появляется простым увеличением чертежа. Меняются насосы, камера сгорания, газогенератор, охлаждение, нагрузки и испытательное оборудование. Разработка одной новой мощной установки может оказаться слишком дорогой для ракеты, которая несёт всего 250 килограммов.
У ОДК-Кузнецов есть другой задел. Камеру НК-3 проектируют на основе прототипа камеры рулевого агрегата серийного РД-107А — двигателя, который используется на ракетах семейства «Союз». Остальные узлы создают с нуля, но готовая камера и действующая производственно-испытательная база уменьшают объём неизвестного.
Несколько малых двигателей позволяют набрать требуемую тягу повторением одного модуля. Для сверхлёгкой ракеты это может быть разумнее, чем отдельная многолетняя программа большого двигателя, который больше нигде не понадобится.
Это не означает автоматической дешевизны. Двенадцать двигателей — это двенадцать комплектов трубопроводов, автоматики и соединений, которые должны запускаться и работать согласованно. Кластер снижает зависимость от разработки одного гигантского агрегата, но усложняет управление всей ступенью.
Илон Маск эту идею не изобретал
Много двигателей на первой ступени применяли задолго до Falcon 9. Самый близкий российский исторический пример — советская лунная ракета Н-1. На её первой ступени стояли 30 двигателей НК-15 разработки коллектива Николая Кузнецова.
Связь с новым проектом получилась символической: НК-3 также создаёт ОДК-Кузнецов в Самаре. Но между двумя машинами нет прямой технической преемственности. Н-1 была гигантской лунной ракетой с суммарной стартовой тягой около 4620 тонн, а «Воронеж» относится к сверхлёгкому классу.
Все четыре пуска Н-1 завершились авариями. Это часто используют как аргумент против большого количества двигателей. Однако само число агрегатов не было единственной причиной неудач: сложная система управления, вибрации, пожары, повреждение проводки и недостаточная наземная отработка всей ступени складывались в разные цепочки отказов.
Falcon 9 показала, что кластер может работать надёжно, если каждый двигатель серийно отработан, а автоматика умеет управлять всей связкой. Поэтому главный вопрос к НК-3 не в том, двенадцать двигателей — много или мало. Важно, сколько огневых испытаний пройдёт каждый узел и вся установка до первого старта.
Зачем сверхлёгкой ракете отдельный рынок
Большая ракета обычно дешевле в пересчёте на килограмм груза, особенно если выводит десятки спутников одновременно. Но владельцу одного небольшого аппарата приходится ждать подходящей миссии, согласовывать орбиту и подстраиваться под основного заказчика.
Сверхлёгкий носитель берёт мало, зато теоретически может стартовать под конкретный спутник и доставить его на нужную орбиту в выбранное время. ОДК рассчитывает, что НК-3 позволит России выйти в сегмент коммерческих запусков такого класса.
Пока это намерение, а не готовая услуга. Серийно выпускаемых российских ракет-носителей сверхлёгкого класса сейчас нет. Не объявлены цена запуска, космодром, график лётных испытаний и дата первого коммерческого старта. Полноразмерный макет подтверждает размеры и компоновку, но не ресурс, надёжность и стоимость двигателя.
Так повторяет ли Россия SpaceX
На уровне общей архитектуры — да, сходство заметно: кластер одинаковых двигателей на первой ступени и высотная версия того же семейства на второй. На уровне масштаба и назначения — нет. Falcon 9 выводит десятки тонн и возвращает первую ступень, а «Воронеж» проектируют для аппаратов массой до 250 килограммов.
Поэтому фраза «у нас 12, а у Маска только девять» звучит эффектно, но технического превосходства не доказывает. Двенадцать НК-3 — это способ собрать нужные 54 тонны тяги из доступного размерного класса и использовать задел ОДК-Кузнецов.
Настоящий ответ Илону Маску появится не на выставочном стенде и не в количестве сопел. Он появится, если НК-3 пройдёт огневые испытания, ракета доберётся до стартового стола, а запуск малого спутника окажется надёжным и экономически востребованным.
Источники: ОДК о макете НК-3 на «Технопроме» и конфигурации ракеты; ОДК о проекте двигателя и полезной нагрузке; официальные характеристики Falcon 9 и Merlin; историческое исследование NASA о ракете Н-1.
