BE-4

BE-4
Тип жидкостный ракетный двигатель
Топливо сжиженный природный газ[2]
Окислитель жидкий кислород[2]
Страна США
Использование
Создан на основе BE-3[3][2]
Производство
Конструктор Blue Origin, США
Массогабаритные
характеристики
Рабочие характеристики
Тяга 2,447 МН[2] (249.52 тс)
Давление в камере сгорания 13,4 МПа (132 атм)
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

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

Целью проекта является достижение тяги 2,4 МН на уровне моря[5]. Планируется выпуск двух вариантов двигателя — для первой и второй ступеней ракеты-носителя. Первый полёт ракет с этим двигателем ожидается не ранее 2023 года.

BE-4 разрабатывается за счёт частных инвестиций[6], «без какой-либо государственной поддержки»[7]. 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)[6].

Описание

[править | править код]

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»[6].

История разработки

[править | править код]

Blue Origin начал работу над BE-4 в 2011 году. Впервые о разработке было объявлено общественности в сентябре 2014 года[8] в издании Space News[9], где сообщалось, что крупный американский производитель ракетной техники United Launch Alliance выбрал BE-4 в качестве основного двигателя для своей новой ракеты-носителя[9].

В начале 2015 года компания также заявила о намерении начать полномасштабные испытания двигателя в конце 2016 года и завершить разработку в 2017 году[10]. 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[11]. 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[12].

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[англ.] во Флориде, где Blue Origin инвестирует в инфраструктуру более $200 млн[7].

В январе 2016 года компания Blue Origin объявила, что намерена начать испытание двигателей BE-4 на наземных стендах до конца этого года[13]. После посещения в марте 2016 журналист Эрик Бергер отметил, что большая часть фабрики Blue Origin была передана для разработки Blue Engine-4[6].

Первый двигатель был полностью собран в марте 2017 года[14]. 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[15]. 13 мая 2017 года Blue Origin потеряла один двигатель в результате происшествия во время испытаний[16].

Первый тестовый двигатель BE-4 был поставлен ULA 1 июля 2020 года, второй планируется поставить до конца месяца[17].

Применение

[править | править код]

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[18]. В марте 2016 года стало известно, что компания Orbital ATK исследует вопрос об использовании BE-4 на своих ракетах-носителях[6].

Замена ракеты Атлас-5

[править | править код]

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[9]. На «Вулкане» будет установлено два двигателя BE-4 первой ступени с тягой 2,4 МН каждый. Программа стартовала в 2011 году[3][19][8].

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[18]. ULA считало, что первый запуск новой ракеты состоится не ранее 2019 года[8][9].

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[20].

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»[21][22]. Первоначально будет выплачено 40,8 млн долл., ещё 40,8 млн будет вложено в дочернюю компанию ULA для разработки BE-4 для ракеты «Вулкан»[23].

До 536 млн долл. будет вложено и в Aerojet Rocketdyne, для разработки двигателя AR-1, в качестве альтернативного для ракеты «Вулкан»[21]. 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[7]. 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»[24].

2 двигателя BE-4 успешно отработали при запуске ракеты «Вулкан», осуществлённом 8 января 2024 года.

Двигатель для XS-1

[править | править код]

В 2014 году Boeing получил заказ от управления DARPA на разработку и постройку многоразового космического корабля XS-1[англ.] 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.[25][26]

Орбитальная ракета «New Glenn»

[править | править код]

Двигатель планируется использовать на двухступенчатой ракете для орбитальных полётов «Нью Гленн» (New Glenn, диаметром 7 м с дополнительной третьей и многоразовой первой ступенью. Первый запуск этой ракеты планировалось произвести в 2021 году[27][28], но в феврале 2021 года он был отложен до 2023[29].


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[30].

Технические характеристики

[править | править код]
  • Тяга (на уровне моря): 2,4 МН при полной мощности, что равно 244.7 тс.[8];
  • Давление в камере: 13,4 МПа.[6];
  • Возможность повторного использования[6];
  • Расчётное число пусков: 25[6];
  • Повторный запуск в течение одного полёта[12].

См. также

[править | править код]

Ссылки

[править | править код]


Примечания

[править | править код]
  1. ↑ Jeff Bezos в Твиттере: «Here’s one more shot of BE-4 in its transport cradle.… ». Дата обращения: 26 июня 2017. Архивировано 3 мая 2017 года.
  2. ↑ 1 2 3 4 The Annual Compendium of Commercial Space Transportation: 2018 (англ.). Federal Aviation Administration. Дата обращения: 7 августа 2018. Архивировано из оригинала 8 августа 2018 года.
  3. ↑ 1 2 Achenbach, Joel (2014-09-17). "Jeff Bezos's Blue Origin to supply engines for national security space launches". Washington Post. Архивировано 25 сентября 2014. Дата обращения: 27 сентября 2014.
  4. ↑ Alan Boyle (2014-09-17). "Bezos vs. Musk: Blue Origin and ULA Turn Up the Heat in Rocket Battle". NBC News. Архивировано 11 июня 2015. Дата обращения: 26 июня 2017.
  5. ↑ Spring Meetings 2017 - GNF "A step by step approach to low-cost access to space" (7 апреля 2017). Дата обращения: 27 мая 2017. Архивировано 23 апреля 2017 года.
  6. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Berger, Eric (2016-03-09). "Behind the curtain: Ars goes inside Blue Origin's secretive rocket factory". Ars Technica. Архивировано 9 марта 2016. Дата обращения: 9 марта 2016.
  7. ↑ 1 2 3 Price, Wayne T. (2016-03-12). "Jeff Bezos' Blue Origin could change the face of space travel". Florida Today. Архивировано 6 января 2018. Дата обращения: 13 марта 2016.
  8. ↑ 1 2 3 4 Ferster, Warren (2014-09-17). "ULA To Invest in Blue Origin Engine as RD-180 Replacement". Space News. Архивировано 18 сентября 2014. Дата обращения: 19 сентября 2014.
  9. ↑ 1 2 3 4 Gruss, Mike (2015-04-24). "Evolution of a Plan : ULA Execs Spell Out Logic Behind Vulcan Design Choices". Space News. Дата обращения: 25 апреля 2015.
  10. ↑ Foust, Jeff (2015-04-07). "Blue Origin Completes BE-3 Engine as BE-4 Work Continues". Space News. Дата обращения: 8 апреля 2015.
  11. ↑ Blue Origin Completes More Than 100 Staged-Combustion Tests in Development of BE-4 Engine. Blue Origin (20 сентября 2015). Дата обращения: 12 января 2016. Архивировано из оригинала 21 сентября 2017 года.
  12. ↑ 1 2 de Selding, Peter B. (2016-03-16). "ULA intends to lower its costs, and raise its cool, to compete with SpaceX". SpaceNews. Архивировано 17 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
  13. ↑ Berger, Brian (2016-01-23). "Launch. Land. Repeat: Blue Origin posts video of New Shepard's Friday flight". SpaceNews. Архивировано 27 марта 2023. Дата обращения: 24 января 2016. Also this year, we'll start full-engine testing of the BE-4
  14. ↑ 1st BE-4 engine fully assembled. 2nd and 3rd following close behind. (6 марта 2017). Дата обращения: 6 марта 2017. Архивировано 7 марта 2017 года.
  15. ↑ http://spacenews.com/bruno-vulcan-engine-downselect-is-blues-to-lose/
  16. ↑ http://spacenews.com/blue-origin-suffers-be-4-testing-mishap/
  17. ↑ Erwin, Sandra (2020-07-01). "Blue Origin delivers the first BE-4 engine to United Launch Alliance". Space News. Архивировано 4 июля 2020. Дата обращения: 1 июля 2020.
  18. ↑ 1 2 Foust, Jeff (2014-09-22). "Commercial crew and commercial engines". The Space Review. Архивировано 26 марта 2021. Дата обращения: 1 октября 2014.
  19. ↑ ULA taps Blue Origin for powerful new rocket engine. Spaceflightnow.com (17 сентября 2014). Дата обращения: 8 апреля 2015. Архивировано 20 декабря 2016 года.
  20. ↑ Mike Gruss (2015-02-27). "Timing of Russian Engine Ban Puts ULA, Air Force, in a Bind". Space News. Архивировано 28 февраля 2015. Дата обращения: 8 апреля 2015.
  21. ↑ 1 2 Gruss, Mike (2016-02-29). "Aerojet Rocketdyne, ULA win Air Force propulsion contracts". SpaceNews. Архивировано 18 декабря 2016. Дата обращения: 1 марта 2016.
  22. ↑ http://www.defense.gov/News/Contracts/Contract-View/Article/682238. Дата обращения: 26 июня 2017. Архивировано 1 марта 2016 года.
  23. ↑ 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.
  24. ↑ Foust, Jeff (2016-03-17). "ULA VP resigns following remarks on company's competitive position, strategy". SpaceNews. Архивировано 18 декабря 2016. Дата обращения: 17 марта 2016.
  25. ↑ Work Commences on Experimental Spaceplane (XS-1) Designs. Darpa.mil (15 июля 2014). Дата обращения: 20 сентября 2016. Архивировано 30 октября 2016 года.
  26. ↑ David Axe. Pentagon Preps for Orbital War With New Spaceplane. The Daily Beast (3 августа 2015). Дата обращения: 3 августа 2015. Архивировано 4 августа 2015 года.
  27. ↑ Caleb, Henry Telesat signs New Glenn multi-launch agreement with Blue Origin for LEO missions (англ.). SpaceNews[англ.] (31 января 2019).
  28. ↑ Blue Origin запланировала первый запуск тяжелой ракеты New Glenn на 2021 год. ТАСС (31 января 2019). Архивировано 31 января 2019 года.
  29. ↑ Ошибка в сносках?: Неверный тег <ref>; для сносок :0 не указан текст
  30. ↑ Bergin, Chris (2016-09-12). "Blue Origin introduce the New Glenn orbital LV". NASASpaceFlight.com. Архивировано 13 сентября 2016. Дата обращения: 12 сентября 2016.