Be 4. BE-4: самый мощный ракетный двигатель США. Испытания, характеристики и перспективы

Каковы основные характеристики двигателя BE-4 от Blue Origin. Почему его разработка заняла так много времени. Какое значение BE-4 имеет для космической отрасли США. Сможет ли он заменить российские двигатели РД-180.

История разработки двигателя BE-4

Компания Blue Origin, основанная Джеффом Безосом, начала разработку ракетного двигателя BE-4 в 2011 году. Изначально планировалось, что двигатель будет готов к полетам уже в 2017 году, однако процесс создания столь сложной и мощной силовой установки занял гораздо больше времени.

Основные вехи в истории BE-4:

• 2014 год — United Launch Alliance (ULA) выбирает BE-4 в качестве основного двигателя для своей новой ракеты Vulcan
• 2017 год — проведены первые огневые испытания BE-4
• 2021 год — завершена сборка первых летных экземпляров двигателя
• 2022 год — начаты приемочные испытания летных двигателей

Почему разработка BE-4 заняла так много времени? Основные причины:

1. Сложность создания двигателя столь высокой мощности
2. Необходимость отработки новых технологий и материалов
3. Высокие требования к надежности со стороны заказчика — ULA
4. Отсутствие у Blue Origin опыта в создании крупных ракетных двигателей

Технические характеристики BE-4

BE-4 — это жидкостный ракетный двигатель закрытого цикла, работающий на топливной паре «жидкий кислород — сжиженный природный газ (метан)». Основные характеристики:

• Тяга на уровне моря: около 2,400 кН (550,000 фунтов)
• Удельный импульс на уровне моря: 310 с
• Удельный импульс в вакууме: 350 с
• Давление в камере сгорания: 134 бар
• Масса: около 3,560 кг

Как BE-4 сравнивается с другими современными ракетными двигателями? Его тяга заметно превосходит российский РД-180 (3,830 кН) и приближается к показателям RS-25 (Space Shuttle Main Engine) с тягой 2,279 кН на уровне моря.

Ключевые технологии BE-4

Что делает BE-4 одним из самых передовых ракетных двигателей в мире? Рассмотрим основные инновационные решения:

• Использование метана в качестве горючего — обеспечивает высокую эффективность и экологичность
• Полностью закрытый цикл — позволяет достичь высокого удельного импульса
• Передовые материалы — применение композитов и 3D-печати для снижения массы
• Регенеративное охлаждение — эффективный отвод тепла от камеры сгорания
• Электропривод турбонасосного агрегата — повышает управляемость и надежность

Значение BE-4 для космической отрасли США

Успешная разработка BE-4 имеет стратегическое значение для космической программы США. Почему этот двигатель так важен?

• Замена российских РД-180, от которых зависели американские ракеты Atlas V
• Обеспечение независимого доступа в космос для военных и разведывательных спутников
• Снижение стоимости запусков за счет многоразового использования
• Развитие передовых технологий в области ракетного двигателестроения
• Усиление конкуренции на рынке космических запусков

Применение BE-4 в ракетах-носителях

Где планируется использовать новый двигатель BE-4? На данный момент известно о двух основных проектах:

Ракета Vulcan (United Launch Alliance)

Vulcan — новая тяжелая ракета-носитель, разрабатываемая ULA для замены Atlas V и Delta IV Heavy. Ее первая ступень будет оснащена двумя двигателями BE-4. Ожидается, что первый полет Vulcan состоится в 2023 году.

Ракета New Glenn (Blue Origin)

New Glenn — сверхтяжелая многоразовая ракета-носитель, создаваемая самой Blue Origin. Ее первая ступень будет оснащена семью двигателями BE-4. Первый запуск New Glenn запланирован на 2023 год.

Сравнение BE-4 с российским РД-180

Одна из главных задач BE-4 — заменить российские двигатели РД-180, используемые на ракетах Atlas V. Как новый американский двигатель сравнивается с российским аналогом?

Характеристика	BE-4	РД-180
Тяга на уровне моря	2,400 кН	3,830 кН
Удельный импульс (вакуум)	350 с	338 с
Топливо	LOX/метан	LOX/керосин
Масса	3,560 кг	5,480 кг

Хотя BE-4 уступает РД-180 по тяге, он имеет ряд преимуществ:

• Более высокий удельный импульс
• Меньшая масса
• Экологически чистое топливо
• Возможность многоразового использования

Проблемы и вызовы в разработке BE-4

Создание BE-4 столкнулось с рядом сложностей, которые привели к задержкам в несколько лет. Какие основные проблемы пришлось решать инженерам Blue Origin?

• Вибрации и нестабильность горения при высоком давлении в камере сгорания
• Разработка эффективной системы охлаждения для работы с метановым топливом
• Создание надежных уплотнений для работы с криогенными компонентами
• Оптимизация процесса производства для снижения стоимости двигателя
• Доведение ресурса двигателя до уровня, необходимого для многоразового использования

Перспективы дальнейшего развития BE-4

Хотя первые летные экземпляры BE-4 уже изготовлены, работа над совершенствованием двигателя продолжается. Какие направления развития BE-4 рассматриваются Blue Origin?

• Повышение тяги до 2,600-2,700 кН
• Увеличение удельного импульса до 360+ с в вакууме
• Дальнейшее снижение массы за счет новых материалов
• Оптимизация для длительной работы в космосе (версия для верхних ступеней)
• Адаптация для использования в составе многоразовых космических буксиров

Успешная эксплуатация BE-4 на ракетах Vulcan и New Glenn откроет новые возможности для его применения в перспективных космических проектах.

Компания Blue Origin поставила первый двигатель BE-4 на замену российскому РД-180 / Хабр

Первый двигатель BE-4 производства Blue Origin прибыл на завод United Launch Alliance в Декатуре, Алабама. Источник: ULA

На этой неделе компания Джеффа Безоса Blue Origin поставила экспериментальный ракетный двигатель BE-4 по заказу United Launch Alliance (ULA), подрядчика НАСА. ULA собирается использовать два BE-4 в первой ступени будущей ракеты Vulcan. Эти двигатели должны заменить российские РД-180.

О поставке экспериментального двигателя ULA объявила 1 июля в твиттере.

Blue Origin планирует поставить второй BE-4 в июле текущего года. Сборка такого механизма — сложнейшая инженерная задача, поэтому двигатели поставляются поштучно.

Двигатель BE-4 работает на кислороде и метане и обладает мощностью 75 тыс. лошадиных сил, сообщает Space News. Он разработан Blue Origin с некоторой финансовой помощью ULA.

ULA ещё в сентябре 2018 года анонсировала, что собирается использовать BE-4 как основной двигатель ракеты Vulcan. Планировалось, что первый запуск состоится в 2020 году, но выпуск двигателя задержался, и сроки первой миссии Vulcan Centaur пришлось сдвинуть на 2021 год.

ULA обязана совершить запуск в 2021 году, если она рассчитывает побороться за два контракта космическими силами США (U.S. Space Force) на доставку десятков спутников для национальной безопасности в 2022−2027 годы.

По информации источников, в ULA больше не видят перспектив развития, кроме этих двух контрактов с космическими силами США. Поэтому у новых двигателей нет права на ошибку. Такая обречённость весьма печалит руководство компании, говорят источники.

Исполнительный директор ULA Тори Бруно в феврале говорил, что большинство основных компонентов ракеты Vulcan уже в производстве, кроме основного двигателя. Он называл двигатель «самой трудной частью» и говорил, что Blue Origin за последний год приложила все усилия, чтобы преодолеть «большие технические сложности».

Бруно сказал, что BE-4 — это «мощная и сложная машина», сопоставимая с двигателем круизного корабля: «Это довольно большой инженерный подвиг», — добавил он.

Двигатели РД-180 разработаны НПО «Энергомаш» (предприятие «Роскосмоса») в середине 90-х годов на базе советского РД-170, который был мощнейшим ракетным двигателем в мире и использовался на сверхтяжёлой ракете-носителе «Энергия».

Ракетный двигатель РД-180 в сборочном цехе НПО «Энергомаш», 2000 год. Фото: Борис Кавашкин/ТАСС

РД-180 поставляются в США для ракет семейства Atlas. Соглашение о поставках заключено в 1997 году, всего в США отправлено 119 двигателей, при этом выполнено 89 полётов на ракетах Atlas.

В 2014 году РД-180 попали под санкции США: в апреле американский суд по федеральным искам запретил United Launch Alliance использовать эти двигатели. ULA было запрещено «производить какие-либо покупки или платежи с НПО “Энергомаш”». Хотя в мае того же года Вашингтон отменил запрет, но в итоге ULA приняла решение разрабатывать свой двигатель и заказала производство у компании Blue Origin.

В октябре 2017 года стало известно, что компания Blue Origin провела первые огневые испытания BE-4. В перспективе их планируется устанавливать не только на Vulcan, но также на ракеты Atlas V, сейчас оснащённые РД-180.

В феврале 2019 года Илон Маск сказал, что новый двигатель Raptor, который предполагается использовать в проекте BFR (Big Falcon Rocket), побил рекорд РД-180 по уровню давления в камере сгорания, достигнув показателя около 265,4 атмосферы.

Двигатель Raptor для Big Falcon Rocket, апрель 2020 года. Фото: твиттер Илона Маска

По данным «Энергомаш», уровень давления в камере сгорания российского двигателя составляет 261,7 килограмма-силы на квадратный сантиметр (примерно 253,3 атмосферы).

См. также:

• «Китайские SpaceX и Blue Origin наступают»
• «РД-180: могут ли США делать ракетные движки?»
• «Мечтают ли разрабы о космонавтике, норм ли Восточный, почему Маск обязан Рогозину // Мы обречены #9 — Виталий Егоров»

Джефф Безос показал новый и полностью собранный ракетный двигатель BE-4

Частная американская аэрокосмическая компания Blue Origin завершила сборку нового ракетного двигателя BE-4 – основной системы, которая будет использоваться для орбитальных запусков в новой ракете-носителе. Событие для самой компании, нужно сказать, очень значимое, так как разработка двигателя велась еще с 2011 года. Джефф Безос, исполнительный директор Blue Origin, поделился сегодня несколькими фотографиями полностью собранного и готового к установке двигателя. При этом добавив, что в общей сложности было собрано три аналогичных экземпляра BE-4.

На одной из фотографий видно, как на сопло двигателя надет чехол, что может говорить о том, что его собираются куда-то транспортировать. Куда именно его собираются перевозить, Безос не уточнил, но, вероятнее всего, речь идет о тестовом полигоне компании, располагающемся в Западном Техасе. Здесь находятся все испытываемые компанией ракеты-носители. Кроме того, здесь же производились испытательный запуск и посадка «New Shepard» – многоразовой ракеты-носителя, которую компания планирует использовать для космического туризма.

1st BE-4 engine fully assembled. 2nd and 3rd following close behind. #GradatimFerociter pic.twitter.com/duE4Tnzvkx

— Jeff Bezos (@JeffBezos) 6 марта 2017 г.

В новой ракете, получившей название «New Glenn», будет использоваться сразу 7 двигателей BE-4. Как и «New Shepard», «New Glenn» будет многоразовой ракетой-носителем, способной после доставки полезных грузов на орбиту осуществлять посадку обратно на землю (аналогично ракете-носителю «Falcon 9» от компании SpaceX). Однако важным отличием «New Glenn» от той же «New Shepard» является то, что она будет тяжелой ракетой-носителем, обладающей достаточной мощностью для вывода очень тяжелых грузов, а также большего количества человек на орбиту.

Here’s one more shot of BE-4 in its transport cradle. pic.twitter.com/T2HdZ3UtQZ

— Jeff Bezos (@JeffBezos) 6 марта 2017 г.

Диаметр ракеты будет составлять 7 метров, а высота варьироваться от 82 до 95 метров. Все будет зависеть от того, какую из двух версий ракеты-носителя нужно будет использовать в том или ином случае. Одна версия будет иметь только одну дополнительную ступень, которая будет отделяться от остальной части ракеты и вместе с грузом выводиться на орбиту. Данная ступень будет работать на базе только одного двигателя BE-4. Другая версия ракеты «New Glenn» будет оснащена двумя дополнительными ступенями. Одна из ступеней будет работать на базе BE-4, другая – оснащаться двигателем BE-3, являющимся его уменьшенной версией, которая сейчас используется на ракете-носителе «New Shepard».

Размеры «New Glenn» будут огромными, особенно на фоне других ракет-носителей. По размерам ракета Безоса будет превосходить и ракеты SpaceX, и в том числе ракеты-носители United Launch Alliance. Правда пока это все лишь в мечтах, так как «New Glenn» существует пока лишь на бумаге. Сборка ракеты-носителя будет осуществляться на одном из производственных заводов Blue Origin, строительство которого сейчас ведется на мысе Канаверал во Флориде. Безос обещает, что запуск «New Glenn» произойдет до конца этого десятилетия.

Однако не только «New Glenn» может получить двигатели BE-4 в будущем. Предприятие United Launch Alliance (ULA) также рассматривает возможность использования этих систем в своей новой строящейся ракете «Vulcan». Она придет на замену ракете-носителю «Атлас-5», споры о которой ведутся последние несколько лет. Правительству США не нравится, что в ней используются российские ракетные двигатели РД-180. После небезызвестных событий в Украине Конгресс США подписал указ, запрещающий использовать российские ракетные двигатели для запусков американских военных спутников.

Учитывая, что ULA последнее десятилетие является основным поставщиком космических запусков для американских военных, компании пришлось пойти на уступки и начать поиск замены российским двигателям РД-180. В конце концов было принято решение по созданию полностью новой ракеты, которая будет использовать совершенно новый тип двигателей, разработкой которых занимается компания Blue Origin.

В ULA надеются, что первый запуск ракеты-носителя «Vulcan» можно будет осуществить не позже 2019 года. Основной целью этого запуска будет проверка ракеты, работающей на базе двух двигателей BE-4. Однако если по какой-то причине этот план окажется неудачным, то у ULA есть запасной вариант в виде нового двигателя AR1, разработанного компанией Aerojet Rocketdyne. Но на данный момент исполнительный директор ULA Тори Бруно, кажется, весьма доволен успехами и прогрессом компании Blue Origin.

Космическая компания Blue OriginРакетыСовременные двигатели

Мощный двигатель BE-4 от Blue Origin опоздал более чем на четыре года — вот почему

Где мои двигатели, Джефф? —

«Это подход, ориентированный на успех, но он определенно может иметь неприятные последствия.»

Эрик Бергер —

5 августа 2021 г. 17:50 UTC

Увеличить / Изображение ракетного двигателя БЕ-4 на испытательном стенде в Западном Техасе.

Blue Origin

После более чем четырех лет разочаровывающих задержек Blue Origin наконец добилась значительного прогресса в завершении разработки своего мощного ракетного двигателя BE-4. В настоящее время инженеры и техники компании собирают первые два летных двигателя на главном заводе Blue Origin в Кенте, штат Вашингтон.

Компания надеется поставить эти два летательных аппарата компании United Launch Alliance до конца этого года, хотя это все больше и больше кажется слишком сложной задачей. Поставка может переместиться на начало 2022 года. И чтобы уложиться в этот срок, Blue Origin планирует пойти на несколько рискованный шаг и отправить двигатели своему заказчику до завершения полных квалификационных испытаний.

Эта доставка ждала нас давно. United Launch Alliance, или ULA, впервые согласилась купить двигатели у Blue Origin еще в 2014 году. Это была смелая ставка со стороны ULA, «голубой крови» в области космических запусков, на нового участника рынка. Но с двигателем BE-4 основатель Blue Origin Джефф Безос обещал относительно недорогой высокопроизводительный двигатель с выходной мощностью, сравнимой с главным двигателем космического корабля «Шаттл». Во время этого первоначального соглашения Blue Origin заявила, что BE-4 будет «готов к полету» к 2017 году.0009

Отложенная разработка BE-4 все чаще вызывает большой интерес. Отчасти это связано с тем, что ULA уже несколько лет работает над своей новой ракетой Vulcan, и эта ракета важна для будущего компании. Военные также с нетерпением ждут этой поставки, поскольку ULA является основным поставщиком услуг по запуску для Министерства обороны наряду со SpaceX. Они надеются, что Vulcan предоставит более дешевые услуги запуска с двигателями, произведенными в Соединенных Штатах. Наконец, многие в космическом сообществе искренне интересуются причиной задержки.

Однако, несмотря на такой широкий интерес, Blue Origin почти ничего публично не говорила о разработке двигателя. Таким образом, эта история пытается дать некоторый контекст тому, почему двигатели БЕ-4 запаздывают. Он основан на анонимных источниках в штаб-квартире компании, а также на отраслевых чиновниках, некоторые из которых, вероятно, были бы уволены, если бы их имена были названы.

Реклама

В ответ на вопросы для этой статьи пресс-секретарь Blue Origin Линда Миллс ответила всего одним предложением. «Мы на пути к поставке двигателей в этом году», — сказала она.

Увеличить / Инженеры Blue Origin осматривают основную камеру сгорания BE-4 на ракетном заводе Blue Origin недалеко от Сиэтла в 2016 году. 1 и нет. 2, еще не полностью собраны. Но большая часть компонентов построена. Хорошая новость заключается в том, что Blue Origin считает, что устранила все существенные технические риски. Инженеры уже испытали двигатель БЕ-4 в конфигурации, близкой к конфигурации летных двигателей, и он хорошо зарекомендовал себя во время горячих обжигов, которые приближаются к рабочему циклу запуска первой ступени «Вулкана».

Текущий план Blue Origin включает в себя испытания еще двух опытных двигателей на своем объекте недалеко от Ван-Хорна, штат Техас, этой осенью. Они близки, но не к , финальной версии двигателя БЕ-4.

После этих испытаний полностью собранный летный двигатель No. 1 будет отправлен в Техас для прохождения довольно короткого раунда испытаний, известного как приемочное тестирование. Если этот двигатель пройдет, как ожидается, он будет отправлен в ULA. Затем из Кента в Техас отправят практически идентичный двигатель ВЕ-4. Этот «качественный» двигатель пройдет гораздо более строгую серию испытаний, известную как квалификационные испытания. Идея состоит в том, чтобы протестировать двигатель, чтобы найти любые недостатки. Затем аналогичный процесс будет следовать с бортовым двигателем №. 2, за которым последовал второй «качественный» двигатель.

Существует риск того, что ULA получит летные двигатели до завершения полных квалификационных испытаний. Эта квалификационная работа на испытательных стендах Blue Origin будет проводиться даже тогда, когда ULA интегрирует двигатели со своей первой ракетой Vulcan для испытаний и, в конечном итоге, запуска во второй половине 2022 года. Поэтому, если Blue Origin обнаружит в последнюю минуту проблему с BE-4 двигатель, ULA, возможно, придется свернуть свою работу над окончательной разработкой Vulcan.

«Это подход, ориентированный на успех, но он определенно может иметь неприятные последствия», — сказал один из источников Ars.

Поскольку лето переходит в осень, ULA все еще ждет свои ракетные двигатели BE-4

Не запустим Бе-4 мы готовы —

«Почему, мистер Спок, вы почти заставляете меня поверить в чудеса.»

Эрик Бергер — 13 сентября 2022 г. 13:29 UTC

Увеличить / Фотография БЕ-4 «бортовой двигатель № 2» на испытательном стенде Blue Origin в Техасе, опубликованная в Твиттере исполнительным директором ULA Тори Бруно 26 августа 2022 г.

Tory Bruno/Twitter

Blue Origin отправила первую «летную» версию своего ракетного двигателя BE-4 в Техас для приемочных испытаний шесть недель назад. Эти испытания, которые должны были занять менее месяца, ознаменовали собой последний шаг перед тем, как Blue Origin поставит долгожданные ракетные двигатели своему заказчику, United Launch Alliance. Второй летный двигатель последовал за первым из завода в середине августа.

Это были обнадеживающие признаки для United Launch Alliance (ULA), которая использует два больших двигателя на жидком кислороде-метане для приведения в действие своей новой тяжелой ракеты Vulcan. По настоянию Министерства обороны США ULA настойчиво настаивает на том, чтобы дебютировать с датой запуска в 2022 году.

Однако ни один из этих летных двигателей еще не был отправлен из Техаса на ракетный завод ULA в северной Алабаме. Там ULA с нетерпением ждет двигателей для предстартовой обработки и установки на ракету.

Фактически, первый полетный двигатель пришлось отправить обратно на производственные мощности Blue Origin в Кенте, штат Вашингтон, после того, как на испытательном стенде была обнаружена незначительная проблема. Директор ULA по внешним связям Джессика Рай сказала, что двигатель, который в настоящее время находится в Вашингтоне, как ожидается, «в ближайшее время» отправится в Техас. Она подтвердила, что другой летный двигатель проходит «окончательные приемочные испытания» в Техасе перед отправкой в ​​Алабаму.

«Мы очень довольны тем, где мы находимся с технической точки зрения с новыми двигателями BE-4, и их отличными характеристиками», — сказал Рай.

Двигатель 1 обратно в сарай

Источники сообщили Ars, что первый двигатель был поставлен на испытательный стенд в Техасе в начале августа, но почти сразу после начала работ по прогреву мощного двигателя была обнаружена проблема с сборка двигателя. Это потребовало отгрузки обратно на завод Blue Origin в середине августа, поскольку испытательные стенды компании в Техасе не позволяют выполнять более чем мелкие работы.

Реклама

В результате этой технической проблемы ULA теперь, вероятно, получит один полетный двигатель в этом месяце, но, вероятно, не получит другой для установки на ракету Vulcan до середины октября, при условии, что серия испытаний в Техасе будет чистой.

Почти наверняка это предотвратит дебют ракеты «Вулкан» в 2022 году. ULA просто не сможет установить и испытать двигатели, перевезти ракету во Флориду и подготовить ее к запуску менее чем за три месяца. Однако Рай сказал, что это остается целью компании. «ULA планирует запуск к концу года», — сказала она.

Двигатели — не единственная причина потенциальной задержки «Вулкана». Заказчик ракеты, компания Astrobotic, еще не завершила окончательную сборку своего космического корабля Peregrine, предназначенного для высадки научных и коммерческих грузов на Луну.

«Peregrine в настоящее время проходит окончательную интеграцию в штаб-квартире Astrobotic в Питтсбурге и будет готов к запуску на борту Vulcan Centaur ULA», — сказал Джон Торнтон, генеральный директор Astrobotic, в заявлении Ars. «Наша ловкая команда уже интегрировала все 24 полезных нагрузки в палубы Peregrine и в июле успешно протестировала связь с сетью дальнего космоса НАСА».

Однако источник, знакомый с разработками Peregrine, сообщил, что Astrobotic все еще проверяет работу двигателей, созданных Frontier Aerospace для космического корабля.