Продолжаю цикл статей, посвященных реактивным двигателям Р-107 / Р-108. На этот раз отправимся в Самару на завод "Кузнецов", чтобы посмотреть на сборку этих двигателей, которые уже более 60 лет устанавливаются на ракеты-носители "Восток" и "Союз".

Завод был создан в 1912 году в Москве и первоначально носил имя "Гном". Он специализировался на выпуске моторов для самолетов мощностью 50 л.с. С приходом Советской власти завод национализировали и назвали именем Фрунзе. С началом Великой отечественной войны #производство двигателей увеличивается вдвое. Это очень беспокоило немецкое командование и они на боевых картах для бомбовых ударов по Москве заводу обозначен как цель №2 , следующая по значимости после Кремля. В 1941 году принимается решение эвакуировать производство в Куйбышев. Так завод имени Фрунзе прописался в Самаре.

Сегодня о славном историческом прошлом напоминает бюст Фрунзе, который стоит перед главной проходной.

Из-за статуса секретности на территории завода ничего снимать нельзя, поэтому мило терпим пока едем к цеху №4.

В этом цехе располагается сборочное производство двигателей для ракет. Космическая страница в истории предприятия началась в конце 1957 года. Постановлением ЦК КПСС и Совета министров СССР предприятию предписывалось в течении одного года реконструировать производство и освоить принципиально новый вид техники – жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) для 1-й и 2-й ступеней межконтинентальной баллистической ракеты Р-7 ОКБ С.П. Королева. С тех пор в цехе №4 ежегодно выпускают несколько сотен двигателей.

До сборочного цеха ведёт длинный коридор, на стенах которого висят портреты всех советских и российских космонавтов.

Многие из них посещали этот сборочный цех, чтобы своими глазами посмотреть на процесс производства.

Открываем дверь и оказывается в огромном цеху

Это крыльцо стало импровизированной трибуной для первого космонавта Юрия Гагарина, который в 1963 году выступал на митинге, посвящённом своему полету и возвращению на Землю.

Проводить в этом месте рабочие совещания стало доброй традицией в наши дни.

Импровизированная сцена украшена детскими рисунками. Приятно видеть интерес к космической отрасли у подрастающего поколения

Раньше мне удалось побывать на нескольких автомобильных заводах. Там процесс сборки всегда сопровождается монотонным шумом и суетой. Двигатели для ракет рождаются совсем в другой атмосфере полного спокойствия и умиротворения.

В сборочном цехе мы сначала знакомимся со всей линейкой двигателей, которые создают на заводе.

Двигатели РД-107А/РД-108А. Их серийное производство началось в конце 1957 года. Двигатели используются для I и II ступеней ракеты-носителя. Именно этот двигатель помог Юрию Гагарину 12 апреля покорить космос.

Двигатель НК-33, знаком многим по "лунной программе". Разработка НК-33 началась в 1959 году сначала для межконтинентальной баллистической ракеты ГР-1, а со второй половины 60-х годов для "лунной" ракеты Н-1. Однако в 1974 году их производство было прекращено из-за сворачивания "лунной программы". Реальное применение двигатель НК-33 получил в 2013 году. В период с 2013-2014 годов состоялось четыре старта американской ракеты-носителя «Антарес» с двигателем НК-33 в составе первой ступени. Двигатели НК-33 сегодня используются в работе отечественной легкой ракеты-носителя «Союз-2-1в». Уже состоялось 6 пусков этой ракеты.

Помимо двигателей на этом участке можно познакомиться с другими важными узлами и агрегатами, которыми двигатель комплектуется.

Участок пайки и сборки

Двигатель имеет сложную систему электропроводки, поэтому специально для этих целей выделен специальный участок пайки, а затем сборки проводов.

Подсборка узлов и агрегатов

Узлы и агрегаты двигателя собираются рабочими вручную на специально отведенном участке.

На предприятии внедрено «Бережливое производство». Все строго на своих местах. Везде используется знакомое из автомобильной отрасли цветовое обозначение, где по зеленому цвету ходить можно, а по красному строго запрещается.

Единственное, что бросается в глаза – это отсутствие бирочной системы на таре. Это объясняется тем, что все детали производства находится здесь под строгим секретом – поэтому логисты работают по своей зашифрованной логике.

Штатив для возгорания

Следующая деталь впечатлит многих. С первого взгляда трудно понять, что лежит на столе. Эти загадочные зеленые детали – один из важных элементов в двигателе без которой он не заведется. Речь идет о штативе для возгорания. Эту деталь придумали еще во времена Королева и по-прежнему активно используют. Достойный аналог еще не придуман. Важный компонент штатива – основание из сосны, которая отбирается в Тайге по самым высоким требованиям.

Штатив служит зажигалкой для воспламенения топливной смеси. При запуске он полностью сгорает.

Установка рамы и турбонасоса

На соседнем участке стоят камеры сгорания – пожалуй, самые узнаваемые детали двигателя. Именно с их участием будет связан следующий сборочный процесс.

Камеры сгорания устанавливаются в специальную оснастку. Затем камеры отправляются на участок, где к ним присоединяется рама. Чтобы рабочим было комфортно работать – специально для этой операции была сконструирована эстакада.

Далее на установленную раму крепится турбонасос.

После чего устанавливаются другие агрегаты и узлы, прокладываются магистрали и двигатель готов!

Далее двигатель отправляется на испытания, о которых рассказал вчера.

Помимо цеха сборки есть и другие производства, о которых рассказал на своем дзен-канале manikol.

Космическая отрасль находится под строгим контролем государства, а технология производства вот уже много лет держится под грифом секретности.

В юбилейный для отечественный космонавтики 2021 год нам сделали подарок и приоткрыли завесу тайны, разрешив посмотреть на испытания настоящего космического двигателя на территории испытательного комплекса "Винтай" в нескольких десятков километров от Самары

Для начала давайте вспомним куда эти двигатели устанавливаются. Для лучшего визуального представления подойдет музей "Самара Космическая". На фасаде этого здания закреплена ракета-носитель "Союз".

Если встать под ракету, то увидим 5 реактивных двигателей РД-107а / РД-108а, которые собственно помогают запустить ракету в космос.

Двигатели производятся в Самаре на заводе ПАО "ОДК-Кузнецов" ГК "Ростех". Именно на испытание этого "монстра" сегодня мы отправимся.

Перемещаемся на испытательный полигон, на котором с августа 1961 года регулярно  проводятся стендовые испытания реактивных двигателей

Проходим на территорию. Из-за статуса секретности – забирают телефоны и все лишнее оборудование.

В первом корпусе расположена лаборатория. Она здесь нужна, чтобы исключить попадание в двигатель некачественного топлива. Здесь производится контроль всех привозных жидкостей. Только после получения ок от лаборатории – все жидкости заливаются в двигатель.

Чтобы полигон бесперебойно функционировал и не зависел от соседних городов, на его территории возведена собственная котельная.

Если для запуска автомобиля достаточно залить бензин, то для подъема ракеты-носителя нужна более сложная формула топлива. Используется сочетание керосина и жидкого кислорода. Ранее полигон сам производил жидкий кислород вот в этом цехе.

По трубам жидкий кислород попадает в серые цистерны. Сегодня в приоритете у компании экологичность и рентабельность, поэтому было решено отказаться от собственного производства.

На территорию предприятия по мере потребности завозится жидкий кислород от стороннего поставщика. Теперь кислород хранится в новом вертикальном накопителе белого цвета. Новое оборудование более безопасно в эксплуатации и энергоэффективно, а пульт управления дает возможность в режиме онлайн наблюдать за процессом и его основными параметрами.

Двигатель очень много весит, поэтому для его транспортировки к испытательному полигону используются специальные рельсы.

Рельсы нестандартные и отличаются от привычных нам железнодорожных

Рельсы нас приводят к монтажному цеху. Именно здесь двигатель проходит финальную подготовку перед испытанием

Многие европейские автомобильные заводы позавидуют чистоте этого цеха

Все двигатели привозят из Самары вот в таком сером саркофаге на железнодорожном составе

Сверху ездит специальный кран, который перемещает двигатель между участками. На участках двигатель заправляют жидкостями, проверяют магистрали и делают финальные доводки.

В конце двигатель грузят на синюю тележку и отправляют по рельсам на вертикальный или наклонный старт.

Здесь испытывают все космические двигатели РД-107А/РД-108А, которые производит завод ПАО "ОДК-Кузнецов" (бывший авиационный завод №24 имени М.В. Фрунзе). Их серийное производство началось в конце 1957 года. Цель – возможное размещение серийного производства главного советского "оружия возмездия", ракеты-носителя Р-7 конструкции Сергея Павловича Королева.

Уже в конце 1957 года была принята программа реорганизации производства завода ввиду необходимости начала серийного производства ракетных двигателей. С этого момента куйбышевское предприятие становится монопольным производителем двигателей I и II ступеней для ракет-носителей, созданных на базе Р-7.

Все отечественные пилотируемые пуски, начиная с полета Юрия Гагарина 12 апреля 1961 года, были обеспечены силовыми установками, изготовленными на самарском предприятии ОДК.

В настоящее время со стапелей предприятия сошло уже свыше 11 тысяч серийных ракетных двигателей.

Практически одновременно с началом производства серийных двигателей, в 1959 опытный завод №276 (ныне ПАО "ОДК-Кузнецов") под руководством генерального конструктора Николая Дмитриевича Кузнецова приступил к созданию других жидкостных ракетных двигателей. Сначала для межконтинентальной баллистической ракеты ГР-1, а со второй половины 60-х годов для "лунной" ракеты Н-1. Двигатели НК-33, НК-43, НК-39 и НК-31, созданные коллективом Кузнецова для "лунной программы" были уникальными и не имели аналогов в мире, однако в 1974 году их производство было прекращено из-за сворачивания "лунной программы".

Реальное применение двигатель НК-33 получил в 2013 году. В период с 2013-2014 годов состоялось четыре старта американской ракеты-носителя «Антарес» с двигателем НК-33 в составе первой ступени. Двигатели НК-33 сегодня используются в работе отечественной легкой ракеты-носителя «Союз-2-1в». Уже состоялось 6 пусков этой ракеты.

На безопасном расстоянии от места испытаний оборудована специальная смотровая площадка для таких гостей, как мы. Отсюда хорошо виден «Наклонный» стенд. Он состоит из установки для двигателя, систем охлаждений и пульта управления.

Как вы думаете, сколько людей управляет этим испытанием? Правильный ответ: один. Один ведущий инженер контролирует весь процесс и является самым главным на площадке. Никто не может оспаривать его действия и вмешиваться в этот процесс.

Под наклоном установлен уже знакомый нам двигатель серии РД

Обязательно вставляем беруши. В этом месте они точно пригодятся!

Звучит три сигнала. После чего включается система охлаждения. Со всех сторон подается вода. Меня уже впечатлил этот фонтан, а ведь впереди еще интереснее!

Хорошо, что нас предупредили о том, что после первого запуска двигателя нужно подождать и не бояться реактивного хлопка через 12 секунд. Вот когда этот хлопок случился я аж вздрогнул. Ничего громче, ничего зрелищнее я еще не видел! Еще было очень жарко, как будто лицом тянешься к углям.

Вместо тысячи слов лучше самому все увидеть в видео ниже:

В обсуждениях, инфографике, даже в серьезных статьях регулярно попадается информация о том, сколько стоит запуск ракеты. Причём зачастую приводится не абсолютная цена, а цена в долларах (или рублях, но редко) за килограмм. Однако параметр этот, если немного подумать - значит не очень много. Вернее, не так. Он, безусловно, позволяет в первом приближении сравнить две ракеты примерно одного класса, но не более того.

В чём же дело? Для начала следует помнить, что одна и та же ракета может летать с разных космодромов и на разные орбиты. Вот, например, наш Союз:

Уже сложно получается. Вроде бы одна и та же ракета, а выводит то 8 с лишним тонн, то 1.2 тонны. Разница в шесть раз!

Осложняет это то, что ракета на самом деле не одна и та же. На высокие орбиты она летает с разгонным блоком "Фрегат", а на низкие справляется без него. Так уж устроена орбитальная механика, что добавление дополнительной ступени (чем разгонный блок по сути и является) увеличивает грузоподъемность на высокую орбиту. Причём цену разгонный блок меняет весьма существенно. Так, Союз без Фрегата наш Главкосмос предлагает за 35 миллионов долларов, а с Фрегатом - за 48.5 миллионов.

И получается, что 8,7 тонн на низкую орбиту с Восточного будут стоить 35/8=4,2 тысячи долларов за килограмм, а на 1.5 тонны на ГСО из Гвианы понадобится отдать уже 48,5/1,5=32,3 тысячи. И какую цифру брать для сравнения с другой ракетой?

Возьмем, например, Falcon 9 и его предстоящий запуск аппарата IXPE для NASA. Аппарат лёгкий, весит всего 325 кило, но платит за него NASA весьма приличные 50,3 миллионов долларов - получается бешеная цена в 154 тысячи долларов за килограмм. Но на какую орбиту этот килограмм? А он летит на экваториальную орбиту - наклонение всего 0,2 градуса с высотой 540 км. И тут опять нам нужна орбитальная механика - не вдаваясь в подробности, достаточно сказать, что изменение наклонения с 28,5 градусов мыса Канаверал до экватора снизит полезную нагрузку в варианте посадки обратно на Канаверал (который скорее всего и будет использован) с ~10 тонн до 750 кг. Если ступень будет садиться на баржу, то 15,6 тонны на низкую орбиту на широте Канаверал превратятся в 2,1 тонны над экватором.

Интересно, что Союз из Гвианы - несмотря на вдвое низкую, казалось бы, грузоподъёмность - вытянет на эту орбиту тонн пять против двух у Falcon. Но в абсолютных деньгах запуск будет стоить примерно столько же - плюс надо учесть дополнительные расходы на перевозку спутника.

Отдельно следует отметить, что себестоимость запуска практически не зависит от выводимой нагрузки - если мы говорим об одной и той же ракете. Полная заправка ракеты Falcon 9 стоит примерно 550 тысяч долларов - что существенно, конечно, но на фоне 50 миллионов составляет всего один процент. Остальные расходы также от пассы полезной нагрузки особо не зависят. Поэтому если ракета вытягивает на некоторую орбиту 2 тонны, то запуск спутника массой 300 килограммов не удешевит запуск в семь раз - если вы, конечно, не запускаете сразу семь спутников. Придётся заплатить за запуск примерно те же деньги, что и за полностью загруженную ракету, и расчёт цены за килограмм не имеет никакого смысла.

То же самое верно и для уникальных больших ракет: да, SLS стоит миллиард, а поднимает при этом всего вдвое больше Falcon Heavy ценой на порядок (90 млн) меньше. Но если вам нужно запустить ОЧЕНЬ большой спутник или что-нибудь тяжелое на Луну - придётся либо делить его на два (и стыковать на орбите), либо выбрать дорогое решение.

Аналогично и для малых ракет: Electron стоит 6 миллионов за 250 кг на НОО, что даёт 24 тысячи долларов против 4 тысяч у Союза или примерно 4 тысяч у Falcon (если брать цену с сайта, 62 миллиона). Но если у клиента есть спутник в 200 кг, то ему придётся в любом случае либо заплатить за полную ракету, либо ждать попутки (что может не совпадать с его планами по времени или орбите). Аналогия с автобусом и такси.

Так что - имеет смысл говорить только о том, что ракета ценой в X1 миллионов долларов позволяет вывести Y1 тонн на некую орбиту Z1, а ракета ценой в X2 миллионов - Y2 тонн на ту же орбиту Z1. Причём для орбиты Z2 у нас изменится грузоподъемность, а также может измениться цена.

Продолжая тему Falcon 9: недавно Маск заявил, что marginal cost (предельные издержки) запуска Falcon 9 составляют всего 15 миллионов долларов за запуск - 15 тонн на низкую орбиту. Речь, видимо, шла о запусках своих спутниках Starlink, которые они по определению делают по себестоимости. Получается 15 тонн на низкую орбиту за 15 миллионов - всего тысяча долларов за килограмм.

Ещё одним важным фактором может быть надёжность ракеты. Она напрямую не включена в цену запуска, но придётся заплатить за страховку (либо смириться с риском потерять спутник, что по сути одно и то же). Так, для Falcon 9 это порядка 4% от полной цены, т.е. запуск+спутник, а для Протона - около 12%. И когда у нас спутник стоит например 100 миллионов, плюс 60 за запуск, разница выходит уже 12 миллионов - 20% от цены запуска, и их тоже придётся учитывать при выборе ракеты.

И, наконец, очень важной является разница между ценой и себестоимостью, а также разной ценой для разных рынков. Если тот же Falcon имеет себестоимость запуска в 15 миллионов - это совершенно не значит, что клиент заплатит столько или немного больше. Нет, поскольку ближайший конкурент в два-три раза дороже, то нет никакого ставить цену сильно ниже, чем у него: может быть достаточно минимальной разницы, чтобы клиент выбрал дешевое решение. Причём эта цена может быть различна для разных рынков: так, если нужно запустить гражданский спутник в 3 тонны на низкую орбиту, то конкурентом для SpaceX будет Роскосмос (или Арианспейс) с Союзом за 30 миллионов, а если речь о секретном военном спутнике - то соревноваться нужно только с ULA и их Atlas за 150 миллионов: походи по рынку, найди дешевле. Отсюда и высокие цены для Пентагона относительно гражданских запусков: никуда они не денутся, у конкурентов цена ещё выше. При этом в России всё наоборот: существует обоснованная цена, за которой следит военная приёмка и ФАС, и запуска для государства в России дешевле, чем для зарубежных заказчиков.

Вот и получается, что посчитать цену за килограмм вроде бы можно, но без уточнения конкретной ракеты, конкретной массы спутника и конкретной орбиты она не имеет никакого смысла и может отличаться даже не в разы, а на порядок.

UPD. В комментариях вспомнили ещё про один интересный момент - запуски к МКС. Казалось бы, вот она цена Falcon 9 в 62 миллиона за запуск, почему же NASA платит 130? Почему грузоподъемность 15 тонн, а на МКС прилетает всего 3 тонны груза?

Аналогично и с Союзом: и запуск дороже, и груза всего 2,5 тонны.

Ответ на оба вопроса очень простой - корабль. Груз запускается в корабле - который обеспечивает атмосферу и ёмкости для воды, стыкуется к МКС, а потом либо возвращает необходимое (результаты экспериментов, скафандры на обслуживание и т.п.) на Землю, либо сгорает в атмосфере, утилизируя мусор. И корабль, с одной стороны, увеличивает цену запуска вдвое (его тоже нужно изготовить), а с другой - снижает доставляемую нагрузку (потому что сам является её частью). Вот и выходит, что из 4 тысяч долларов за килограмм у Falcon 9 на низкую орбиту получается 40 тысяч за килограмм на МКС.