NK-33 - NK-33

NK-33
Aerojet AJ26 in the Stennis E-1 Test Stand - cropped.jpg
El ruso NK-33 fue modificado y renombrado como AJ26-58 por Aerojet . Este AJ26-58 se muestra en el banco de pruebas del Centro Espacial John C. Stennis .
País de origen Unión Soviética
Fecha 1970
Diseñador Oficina de diseño de Kuznetsov
Fabricante JSC Kuznetsov (Mashinostroitel)
Solicitud Motor de 1a / 2a etapa
Predecesor NK-15 , NK-15V
Sucesor AJ26-58, AJ26-59, AJ26-62
Motor de combustible líquido
Propulsor LOX / queroseno
Ciclo Combustión escalonada
Zapatillas Turbobomba
Rendimiento
Empuje (vac.) 1,680 kN (380,000 libras f )
Empuje (SL) 1,510 kN (340,000 libras f )
Gama del acelerador 50-105%
Relación empuje-peso 137
Presión de la cámara 14,83 MPa (2151 psi)
Yo sp (vac.) 331 segundos (3,25 km / s)
Yo sp (SL) 297 segundos (2,91 km / s)
Dimensiones
Largo 3,7 m (12 pies)
Diámetro 2 m (6 pies 7 pulgadas)
Peso en seco 1.240 kg (2.730 libras)
Utilizada en
N-1, Antares 100, Soyuz 2.1-v
Referencias
Referencias

El NK-33 y el NK-43 son motores de cohete diseñados y construidos a fines de la década de 1960 y principios de la de 1970 por la Oficina de Diseño de Kuznetsov . La designación NK se deriva de las iniciales del diseñador jefe Nikolay Kuznetsov . El NK-33 estaba entre los motores de cohete LOX / RP-1 más potentes cuando se construyó, con un alto impulso específico y baja masa estructural. Estaban destinados al desafortunado cohete lunar soviético N1F , que es una versión mejorada del N1. El motor de cohete NK-33A ahora se usa en la primera etapa del vehículo de lanzamiento Soyuz-2-1v . Cuando se agote el suministro de los motores NK-33, Rusia suministrará el nuevo motor de cohete RD-193 . Solían ser los motores de la primera etapa de la serie de cohetes Antares 100 , aunque esos motores se rebautizan como AJ-26 y las nuevas series de cohetes Antares 200 y Antares 200+ utilizan el RD-181 para los motores de la primera etapa, que es una modificación RD-191, pero comparte algunas propiedades como una sola cámara de combustión a diferencia de las dos cámaras de combustión utilizadas en el RD-180 del Atlas V y las cuatro cámaras de combustión utilizadas en el RD-170 de las familias de cohetes Energia y Zenit, y el RD -Motores de cohete 107 , RD-108 , RD-117 y RD-118 utilizados en todas las variantes del cohete Soyuz.

Diseño

Diagrama simplificado del motor cohete NK33

Los motores de la serie NK-33 son motores de cohetes bipropelentes de ciclo de combustión por etapas ricos en oxígeno, de alta presión, refrigerados de forma regenerativa . Las turbobombas requieren oxígeno líquido subenfriado (LOX) para enfriar los cojinetes. Este tipo de quemadores son muy inusuales, ya que su escape caliente y rico en oxígeno tiende a atacar el metal, provocando fallas por quemaduras. Estados Unidos no había investigado tecnologías de combustión ricas en oxígeno hasta el proyecto Integrated Powerhead Demonstrator a principios de la década de 2000. Los soviéticos, sin embargo, perfeccionaron la metalurgia detrás de este método. La boquilla fue construida de metal corrugado , soldado a un revestimiento exterior e interior, dando una estructura simple, ligera pero fuerte. Además, dado que el NK-33 usa LOX y RP-1 como propulsores, que tienen densidades similares, se podría usar un solo eje giratorio para ambas turbobombas. El motor NK-33 tiene una de las relaciones entre empuje y peso más altas de todos los motores de cohetes lanzados desde la Tierra; solo los motores NPO Energomash RD-253 y SpaceX Merlin 1D logran una relación más alta. El impulso específico del NK-33 es significativamente más alto que ambos motores. El NK-43 es similar al NK-33, pero está diseñado para una etapa superior, no una primera etapa. Tiene una boquilla más larga, optimizada para funcionar en altitud, donde hay poca o ninguna presión de aire ambiental. Esto le da un empuje más alto y un impulso específico, pero lo hace más largo y pesado. Tiene una relación de empuje a peso de aproximadamente 120: 1.

Los predecesores de NK-33 y NK-43 son los primeros motores NK-15 y NK-15V respectivamente.

La tecnología rica en oxígeno sigue viva en los motores RD-170 / -171 , su RD-180 y los derivados RD-191 desarrollados recientemente , pero estos motores no tienen conexión directa con el NK-33 excepto por la combustión por etapas rica en oxígeno. tecnología de ciclo, el combustible de queroseno / RP-1, y en el caso del RD-191 y sus variantes como el RD-193 y el RD-181, la cámara de combustión única en lugar de las cámaras múltiples en los motores de cohetes rusos anteriores.

Historia

N-1

El lanzador N-1 utilizó originalmente motores NK-15 para su primera etapa y una modificación a gran altitud (NK-15V) en su segunda etapa. Después de cuatro fallos de lanzamiento consecutivos y ningún éxito, el proyecto fue cancelado. Mientras se modificaban o rediseñaban otros aspectos del vehículo, Kuznetsov mejoró sus contribuciones al NK-33 y NK-43 respectivamente. El vehículo de segunda generación se llamaría N-1F. En este punto, la carrera lunar se había perdido hace mucho, y el programa espacial soviético consideraba al Energia como su lanzador pesado. Ningún N-1F llegó nunca a la plataforma de lanzamiento.

Cuando se cerró el programa N-1, se ordenó la destrucción de todo el trabajo en el proyecto. En cambio, un burócrata tomó los motores, por valor de millones de dólares cada uno, y los almacenó en un almacén. La noticia de los motores finalmente se extendió a los EE. UU. Casi 30 años después de su construcción, los ingenieros de cohetes fueron llevados al almacén. Más tarde, uno de los motores fue llevado a los EE. UU. Y la especificación precisa del motor se demostró en un banco de pruebas.

Diseño de cámara de combustión

La tecnología de ciclo cerrado NK-33 funciona enviando el escape de los motores auxiliares a la cámara de combustión principal. Esto hizo que el diseño del motor fuera único. Los ingenieros de cohetes occidentales creían que esta tecnología era imposible. El O 2 líquido completamente calentado fluye a través del pre-quemador y hacia la cámara principal en este diseño. La mezcla extremadamente caliente rica en oxígeno hacía que el motor fuera peligroso: se sabía que fundía piezas de fundición de 76 mm (3 pulgadas) de espesor "como cera de vela. Una de las controversias en el Kremlin sobre el suministro del motor a los EE. UU. Era que el diseño de el motor era similar al diseño del motor ruso ICBM. El diseño del NK-33 se usó en el motor RD-180 posterior , que tenía el doble del tamaño del NK-33. Los motores RD-180 se usaron (a partir de 2016) para impulsar el cohete Atlas V. Esta empresa también adquirió una licencia para la producción de nuevos motores.

Venta de motores a Aerojet

Aproximadamente 60 motores sobrevivieron en el "Bosque de los Motores", como lo describieron los ingenieros en un viaje al almacén. A mediados de la década de 1990, Rusia vendió 36 motores a Aerojet General por $ 1.1 millones cada uno, enviándolos a las instalaciones de la compañía en Sacramento CA. Durante la prueba del motor en Sacramento, el motor alcanzó sus especificaciones.

Aerojet ha modificado y renombrado el NK-33 actualizado a AJ26-58 , AJ-26-59 y AJ26-62 , y NK-43 a AJ26-60 .

Kistler K-1

Kistler Aerospace, más tarde llamado Rocketplane Kistler (RpK), diseñó su cohete K-1 alrededor de tres NK-33 y un NK-43. El 18 de agosto de 2006, la NASA anunció que se había elegido a RpK para desarrollar Servicios de Transporte Orbital Comercial para la Estación Espacial Internacional . El plan requería vuelos de demostración entre 2008 y 2010. RpK habría recibido hasta $ 207 millones si cumpliera con todos los hitos de la NASA, pero el 7 de septiembre de 2007, la NASA emitió una carta predeterminada, advirtiendo que terminaría el acuerdo COTS con Rocketplane Kistler. en 30 días porque RpK no había cumplido varios hitos contractuales.

Antares

Un cohete Antares se está lanzando para pruebas, mostrando los dos motores NK-33.

La versión inicial del lanzador de elevación ligera a media Antares de Orbital Sciences tenía dos NK-33 modificados en la primera etapa, una segunda etapa sólida basada en Castor 30 y una tercera etapa sólida o hipergólica opcional . Los NK-33 fueron importados de Rusia a los Estados Unidos, modificados y rediseñados como Aerojet AJ26. Esto implicó eliminar algunos arneses eléctricos, agregar componentes electrónicos estadounidenses, calificarlos para propulsores estadounidenses y modificar el sistema de dirección.

En 2010, los motores NK-33 almacenados fueron probados con éxito para su uso por el lanzador de elevación ligera a media Antares de Orbital Sciences . El cohete Antares fue lanzado con éxito desde la instalación de vuelo Wallops de la NASA el 21 de abril de 2013. Esto marcó el primer lanzamiento exitoso de los motores tradicionales NK-33 construidos a principios de la década de 1970.

Aerojet acordó reacondicionar suficientes NK-33 para servir al contrato de Servicios de reabastecimiento comercial de la NASA de 16 vuelos de Orbital . Más allá de eso, tenía un arsenal de 23 motores de las décadas de 1960 y 1970. Kuznetsov ya no fabrica los motores, por lo que Orbital buscó comprar motores RD-180 . Debido a que el contrato de NPO Energomash con United Launch Alliance lo impidió, Orbital demandó a ULA, alegando violaciones antimonopolio. Aerojet se ofreció a trabajar con Kuznetsov para reiniciar la producción de nuevos motores NK-33, para asegurar a Orbital un suministro continuo. Sin embargo, los defectos de fabricación en la turbobomba de oxígeno líquido del motor y las fallas de diseño en el conjunto de equilibrio hidráulico y los cojinetes de empuje se propusieron como dos posibles causas de la falla del lanzamiento del Antares 2014 . Como se anunció el 5 de noviembre de 2014, Orbital decidió retirar la primera etapa AJ-26 del Antares y obtener un motor alternativo. El 17 de diciembre de 2014, Orbital Sciences anunció que utilizaría el NPO Energomash RD-181 en vehículos de lanzamiento Antares de segunda generación y había contratado directamente a NPO Energomash para hasta 60 motores RD-181. Se utilizan dos motores en la primera etapa de la serie Antares 100.

Usos actuales y propuestos

RSC Energia propone un vehículo de lanzamiento "Aurora-L.SK", que utilizaría un NK-33 para alimentar la primera etapa y un Blok DM-SL para la segunda etapa.

Soyuz-2-1v

A principios de la década de 2010, la familia de vehículos de lanzamiento Soyuz se modernizó con el motor NK-33, utilizando el menor peso y mayor eficiencia para aumentar la carga útil; el diseño más simple y el uso de hardware excedente en realidad podrían reducir los costos. TsSKB-Progress utiliza el NK-33 como motor de primera etapa de la versión ligera de la familia de cohetes Soyuz , el Soyuz-2-1v . El NK-33A destinado a la Soyuz-2-1v se calentó con éxito el 15 de enero de 2013, tras una serie de pruebas de sistemas y de fuego frío de la Soyuz-1 completamente ensamblada en 2011–2012. El cohete propulsado NK-33 fue finalmente designado Soyuz-2-1v , y su vuelo inaugural tuvo lugar el 28 de diciembre de 2013. Un motor NK-33 reemplaza al RD-108 central de Soyuz , con los cuatro propulsores de la primera etapa omitidos. No se ha construido una versión del cohete Soyuz con cuatro propulsores propulsados ​​por motores NK-33 (con un motor por propulsor), lo que resulta en una carga útil reducida en comparación con el vehículo de lanzamiento Soyuz-2 .

Versiones

Durante los años ha habido muchas versiones de este motor:

  • NK-15 ( índice GRAU 11D51 ): Versión inicial para laprimera etapa N1 .
  • NK-15V (índice GRAU 11D52 ): NK-15 modificado optimizado para operación de vacío, utilizado en la segunda etapa N1 .
  • NK-33 (índice GRAU 11D111 ): Versión mejorada para la primera etapa N1F , nunca volada.
  • NK-43 (índice GRAU 11D112 ): NK-33 optimizado al vacío para la segunda etapa N1F , nunca volado.
  • AJ26-58 y AJ26-59 : NK-33 modificado por Aerojet Rocketdyne . Planificado utilizado en el Kistler K-1 .
  • AJ26-62 : NK-33 modificado con mecanismo de cardán adicional de Aerojet Rocketdyne . Se utiliza en la primera etapa de la serie Antares 100 .
  • NK-33A (índice GRAU 14D15 ): NK-33 reacondicionado. Utilizado en la primera etapa Soyuz-2-1v .
  • NK-33-1 : NK-33 mejorado con mecanismo de cardán. Planificado utilizado en la etapa central Soyuz-2.3.

Galería

  • Un motor de cohete Aerojet AJ26 entregado al Centro Espacial John C. Stennis.

  • El administrador de la NASA Charles Bolden (izquierda) y el director del Centro Espacial John C. Stennis, Patrick Scheuermann, ven una prueba de encendido del primer motor de vuelo Aerojet AJ26.

Ver también

Referencias

enlaces externos