При создании Northstar более 65% узлов получены методом аддитивного производства; весь цикл испытаний занял у специалистов лишь 11 месяцев.
Ирина Петрова
Разгонный двигатель Northstar. Источник: Blue Origin
Специалисты Blue Origin спроектировали двигательную установку нового поколения, которая при существенно сниженной массе выдает повышенную тягу. Установка Northstar работает на жидком кислороде в паре со сжиженным природным газом и создает усилие в 715 000 фунтов-сил (324 584 килограмм-сил). При этом, будучи мощнее BE-4, она на 30% легче предшественника.
Для ракеты-носителя Blue Origin это вторая силовая установка. Кроме того, ее создание наглядно показывает, насколько современные методы производства упрощают выпуск ракетных двигателей. Порядка 65% узлов Northstar получены аддитивным способом — благодаря этому число отдельных деталей уменьшилось, а сборка ускорилась.
По мере наращивания пусковых возможностей компании Northstar способен усилить двигательный парк Blue Origin. Помимо этого, фирма анонсировала серьезное обновление ракеты New Glenn: у нее появилась дополнительная третья ступень, рассчитанная на непростые орбитальные задачи.
Двигатель стал легче и мощнее
У Northstar тяга составляет 715 000 фунтов-сил, тогда как BE-4 выдает 640 000 фунтов-сил. Такой прирост мощности достигнут без утяжеления конструкции. Как утверждает Blue Origin, масса нового изделия уменьшена на 30%.
Количество деталей по сравнению с предшественником сокращено вдвое — на 50%. Свыше 65% элементов произведены методами аддитивных технологий. Благодаря такому подходу инженеры получили возможность объединять узлы, для которых прежде требовались раздельные операции изготовления и монтажа.
Существенно выросла и скорость выпуска. По заявлению Blue Origin, собрать Northstar специалисты способны меньше чем за сутки. При этом компания не разглашает ни полную производственную цепочку, ни сведения о том, на каком носителе будет применяться двигатель.
Ряд традиционных решений двигательной архитектуры Blue Origin в Northstar сохранен. В нем сжиженный природный газ и жидкий кислород сжигаются по схеме ступенчатого сгорания с обогащением кислородом. Топливо подается одновальным турбонасосом.
За счет такого сочетания новинка оказывается в одном ряду с уже имеющимися силовыми технологиями компании. Однако сокращенный набор компонентов и менее жесткие производственные требования открывают иной путь к созданию крупных ракетных двигателей.
Blue Origin ускоряет разработку
Испытание композитного бака стало важным этапом сертификации GS3. Ступень получила бак из полимерных композитов, что позволило снизить ее сухую массу и увеличить долю полезной нагрузки. Двухступенчатая проверка — сначала длительное удержание номинального давления, затем кратковременный выход на полуторакратный запас — подтвердила прочностные характеристики конструкции и заложенную безопасность. Подобные тесты проводятся до огневых испытаний ступени целиком, и их успешное завершение открывает путь к следующей фазе программы.
Всего 11 месяцев прошло с момента одобрения программы до завершения опытно-конструкторских испытаний Northstar. Подобные сроки объясняются подходом, при котором ставка сделана на быстрые итерации проектирования и опору на собственные производственные мощности.
Отныне двигатель входит в линейку силовых установок для ускорителей Blue Origin, где уже числится BE-4. Кроме того, компания ведет работы над двигателями для верхних ступеней и для применения в космосе — так у нее появляется несколько вариантов под разные миссии.
Дату первого полета Northstar и тип носителя, на котором он будет стоять, в объявлении не назвали. Именно эти сведения позволили бы понять, какую роль двигатель сыграет в пусках Blue Origin.
Ускорение цикла разработки — 11 месяцев от одобрения программы до завершения опытно-конструкторских испытаний — стало возможным за счет быстрых итераций проектирования. Инженеры могли оперативно менять геометрию узлов, изготавливать прототипы на собственных мощностях и сразу переходить к огневым проверкам. Такой подход сокращает разрыв между расчетом и реальным изделием и позволяет раньше выявлять проблемы. В перспективе подобная методика применима и к другим компонентам ракеты, включая ступени и переходные отсеки.
На фоне этого Blue Origin постепенно наращивает и пусковую инфраструктуру. Рост частоты запусков требует не только готовых носителей, но и запаса двигателей, а также отлаженной логистики поставок. Производство Northstar менее чем за сутки создает предпосылки для формирования складского резерва и быстрого восполнения парка после интенсивной серии пусков.
Компания пока не раскрывает, на каком носителе дебютирует двигатель и когда состоится его первый полет, однако заявленные характеристики и темпы работ позволяют рассматривать Northstar как элемент долгосрочной программы, а не как разовый эксперимент.
New Glenn обзаводится третьей ступенью
Помимо двигателя, Blue Origin показала GS3 — дополнительную третью ступень для ракеты New Glenn. Благодаря такому дополнению носитель сможет выходить на сложные орбитальные цели, не прибегая к вспомогательным двигателям космического аппарата.
Ступень GS3 обеспечивает прямое выведение на геостационарную орбиту (ГСО), а также транслунное выведение (ТЛВ). Конкретные показатели определяются конфигурацией New Glenn. В варианте 9×4 носитель способен поднять на ГСО до 14 тонн полезного груза, а на ТЛВ — до 20 тонн.
Blue Origin выстраивает вокруг New Glenn целую линейку конфигураций под разные классы задач. Базовая двухступенчатая версия ориентирована на низкие и средние орбиты, тогда как добавление GS3 превращает носитель в средство прямого выведения тяжелых аппаратов на высокие энергетические орбиты.
Это снижает зависимость заказчиков от довыведения собственными двигателями спутника и сокращает сроки от запуска до начала работы аппарата. Для коммерческих операторов такой вариант означает экономию топлива на борту и более гибкое планирование миссий, а для государственных заказчиков — возможность выполнять межпланетные и окололунные программы по более простой схеме.
В конфигурации 7×2 на ГСО доставляется до 8 тонн, на ТЛВ — до 10 тонн. Подобные возможности окажутся востребованными и у коммерческих операторов спутников, и у государственных заказчиков. Для GS3 уже забронирована окололунная миссия в рамках контракта на 2028 год.
На ступени установлен двигатель BE-7 от Blue Origin. В соответствии с профилями миссий GS3 он дает удельный импульс в вакууме свыше 460 секунд. Кроме того, он выдерживает неоднократные запуски и продолжительные периоды торможения, необходимые для сложных орбитальных маневров.
Ключевое структурное испытание ступени компания Blue Origin уже провела. Давление в композитном баке для жидкого водорода инженеры подняли до 100% от расчетного максимума рабочего давления и удерживали на этом уровне 2,5 часа. После этого значение увеличили до 150% от исходного и выдержали еще 10 минут.
Связка Northstar и GS3 указывает на общую стратегию компании — ставку на собственные ракетные двигатели и вертикально интегрированное производство. BE-4 обеспечивает тягу первой ступени, BE-7 работает на водороде в верхних ступенях, а Northstar расширяет линейку в сторону большей тяги при меньшей массе. Такое разнообразие позволяет подбирать силовую установку под конкретный профиль полета, не разрабатывая каждый раз новый носитель.
При этом аддитивные технологии и сокращение числа деталей удешевляют не только выпуск, но и обслуживание: меньше соединений означает меньше точек контроля и потенциальных отказов.
