Nga “đau đầu” chế tạo động cơ tên lửa dùng nhiều lần

Theo tờ Izvestia, Trung tâm nghiên cứu mang tên Mtislav Vsevolodovich Keldysh đã thắng thầu dự án chế tạo động cơ tên lửa thế hệ mới sử dụng nhiều lần cho Cơ quan Vũ trụ Liên bang Nga Roskosmos. Theo nhiệm vụ kỹ thuật, động cơ sẽ được dùng cho các tên lửa triển vọng, kể cả trong hệ thống tên lửa vũ trụ sử dụng nhiều lần giai đoạn đầu MRKS-1 Rossiyanka (Cô gái Nga) do Trung tâm mang tên Khrunichev nghiên cứu chế tạo.

Bộ thiết bị tổng thành sẽ phải sẵn sàng thử nghiệm trước tháng 11/2015 trong thành phần của tên lửa mang phóng, khoản chi 579,7 triệu Rub được dành cho mục đích này.

Liên hiệp Khoa học Sản xuất NPO Energomash và Nhà máy cơ khí Voronezh sẽ được huy động tham gia chế tạo động cơ tên lửa này.

Phó tổng giám đốc Trung tâm Keldysh ông Arnold Gubert cho biết, là việc ứng dụng động cơ sử dụng nhiều lần sẽ cho phép hạ giá thành các chuyến bay vũ trụ đi 1,5-2 lần.

“Điều này sẽ cần cho, ví dụ, việc lắp ghép trên quỹ đạo các kết cấu phục vụ các chuyến bay vào vũ trụ xa. Đối với các chuyến bay dài ngày sẽ cần phải hoặc là đưa lên từ Trái Đất ngay 150 tấn, hoặc là mỗi lần 15-20 tấn bằng mấy tên lửa đẩy, sau đó tiến hành lắp ghép con tàu ngay trên quỹ đạo vòng quanh Trái Đất. Để làm việc này hợp lý hơn là chế tạo không phải 10-20 tên lửa đẩy dùng một lần, mà là 1-2 tên lửa có thể thu hồi lại để dùng tiếp”, ông này nói.

Theo nhà nghiên cứu thiết kế chế tạo, ngoài bản thân tên lửa, các nhà thiết kế sẽ phải nghĩ ra hệ thống dự báo hỏng hóc của chúng, làm sao kịp thời nhận ra những hư hại tới hạn trong kết cấu. Ngoài ra, các nhà thiết kế đang lựa chọn nhiên liệu sẽ sử dụng cho động cơ - ưu tiên cho dầu hoả truyền thống hay mêtan, tuy hiệu quả hơn nhưng đòi hỏi phải làm lạnh.

“Chúng tôi phải tính toán tất cả các quá trình lý - hoá và cơ - lý của tác động tương hỗ giữa các sản phẩm của sự cháy nhiên liệu với nhau, cả với vật liệu chế tạo thành tên lửa. Khi tên lửa chỉ sử dụng một lần và tác động của nhiên liệu không đạt tới hạn là một chuyện, còn khi tên lửa đã tiếp xúc với nhiên liệu sẽ được sử dụng lại nhiều lần thì lại là chuyện khác”, nhà thiết kế giải thích.

Việc chẩn đoán động cơ theo các yêu cầu của nhiệm vụ kỹ thuật phải được tiến hành mà không phải tháo dỡ nó. Thực tế việc nghiên cứu chế tạo động cơ được tiến hành theo hai hướng. NPO Energomash chế tạo động cơ dùng một loại dầu hoả vũ trụ gọi là RG-1. Động cơ dùng mêtan lỏng được chế tạo tại Nhà máy cơ khí Voronezh. Trong cả hai phương án oxy lỏng sẽ được dùng làm chất oxy hoá.

Ngoài nhiên liệu, các nhà thiết kế sẽ lựa chọn vật liệu chế tạo chính tên lửa và các bộ phận kết cấu của tên lửa.

“Các sơ đồ kết cấu mới, vật liệu mới được đưa ra, chung tôi đang xem xét việc sử dụng vật liệu Composite cho các khung và dàn nối động cơ với tên lửa, cũng như các giải pháp kết cấu khác cho phần động cơ hoặc là sơ đồ không có máy phát, hoặc là sơ đồ hai tuốc bin. Chúng không khác nhau về nguyên lý, nhưng có đề xuất vật liệu mới. Dựa vào những thành tựu đã có từ thời Liên Xô, chúng ta tiếp tục dẫn đầu về sử dụng các vật liệu dẻo chứa cacbon”, Arnold Gubert kể.

Việc dùng vật liệu composite làm thùng chứa nhiên liệu sẽ giảm trọng lượng của động cơ 35%, dùng cho khoang đốt và tấm bảo vệ chống phát xạ làm giảm 20%, trọng lượng khung, dàn, loa phụt và các phần nối thêm làm mát sẽ giảm đi 40%.

Tổng xung kéo của động cơ trong không gian không có không khí, theo tính toán của các nhà thiết kế, sẽ không dưới 3.286 m/giây đối với máy tổng thành dùng dầu hoả và 3.532 m/giây đối với mẫu dùng nhiên liệu mêtan. Thời gian hoạt động của động cơ trong chuyến bay là 150 giây.

Khi động cơ làm việc, nhiệt độ của dầu hoả là 273-288 độ C, nhiệt độ của mêtan sẽ ở mức 100-110 độ C, còn chất ôxy hoá sẽ được đốt nóng lên đến 85-90 độ C. Việc làm mát các thùng chứa và hệ thống điều khiển sẽ hoạt động nhờ khí helium. Khi có dấu hiệu hỏng hóc, động cơ sẽ ngừng hoạt động theo chế độ sự cố mà không làm hư hại kết cấu.