NK-33

كان محركا NK-33 ( رمز GRAU : 14D15) ونسخته المُحسّنة للعمل في الفراغ، NK-43 ، محركين صاروخيين طُوِّرا في أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات من القرن الماضي من قِبَل مكتب تصميم كوزنيتسوف لصالح صاروخ N1 القمري التابع لبرنامج الفضاء السوفيتي الذي لم يُكتب له النجاح . يُعدّ NK-33 من بين أقوى محركات الصواريخ التي تعمل بوقود الأكسجين السائل / RP-1 على الإطلاق، ويتميز بدفعه النوعي العالي وكتلته الهيكلية المنخفضة.

كان محرك NK-33 نسخة محسّنة من محرك NK-15 السابق ، الذي كان يُشغّل مركبة الإطلاق N1 الأصلية. وشملت التحسينات الرئيسية أنظمة هوائية وهيدروليكية مبسطة، وأنظمة تحكم متطورة، ومضخات توربينية محسّنة، وغرفة احتراق محسّنة، وتقليل عدد نقاط التوصيل التي تستخدم أجهزة الألعاب النارية، وتعديل نقاط التوصيل لتسهيل استبدال الأجزاء أثناء التجديد.

كان من المفترض أن يستخدم كل صاروخ من طراز N1F ثلاثين محركًا من طراز NK-33 في مرحلته الأولى، وثمانية محركات من طراز NK-43 في مرحلته الثانية. ونتيجة لذلك، عندما ألغى الاتحاد السوفيتي محاولته للهبوط على سطح القمر عام 1974، تُركت عشرات المحركات المصنعة مسبقًا في المخازن.

بعد عقود، وجدت هذه المحركات حياة جديدة في تشغيل المرحلة الأولى من صاروخ أنتاريس 100 الأمريكي وصاروخ سويوز 2.1v الروسي . وتشير التقارير إلى نفاد مخزون محركات NK-33 بحلول أوائل عام 2025. [ 2 ] وكانت روسيا تخطط لاستبدال محرك NK-33 في صاروخ سويوز 2.1v بمحرك RD-193 .

تصميم

رسم تخطيطي مبسط لمحرك NK-33

كانت محركات سلسلة NK-33 محركات صاروخية ثنائية الوقود تعمل بدورة احتراق مرحلية غنية بالأكسجين، وتتميز بضغط عالٍ وتبريد متجدد . وتتطلب مضخاتها التوربينية أكسجينًا سائلًا مبردًا (LOX) لتبريد المحامل.[ 3 ] يوجه تصميم الدورة المغلقة الغني بالأكسجين في محرك NK-33 غازات العادم من المحركات المساعدة إلى غرفة الاحتراق الرئيسية. في هذا التصميم، يتدفق الأكسجين السائل المسخن بالكامل عبر غرفة الاحتراق المسبق قبل دخوله إلى الغرفة الرئيسية. مع ذلك، شكل الخليط الغني بالأكسجين شديد السخونة تحديًا هندسيًا كبيرًا. تمثلت إحدى المشكلات الرئيسية في ضرورة تدفق الأكسجين الساخن عالي الضغط في جميع أنحاء المحرك، مما كان سيؤدي إلى أكسدة الأسطح المعدنية المكشوفة بسرعة. تغلب السوفييت على هذه المشكلة بتطبيق طبقة من المينا الخاملة على جميع الأسطح المعدنية المعرضة للأكسجين الساخن. [ 4 ]

أدى هذا التعقيد التكنولوجي والموارد اللازمة لمعالجته إلى عزوف المهندسين الأمريكيين عن السعي وراء الاحتراق المرحلي الغني بالمؤكسد حتى وقت لاحق. [ 5 ] ولم تستكشف الولايات المتحدة تقنيات احتراق الكيروسين الغني بالأكسجين إلا في مشروع "المُظهِر المتكامل لرأس الطاقة" في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. [ 6 ]

يُعرف محرك NK-33 بنسبة دفعه إلى وزنه الاستثنائية ، وهي من أعلى النسب بين محركات الصواريخ القابلة للإطلاق من الأرض. ولم يتفوق عليه في السنوات الأخيرة سوى محرك RD-253 من شركة NPO Energomash ومحركات Merlin 1D و Raptor 2 و Raptor 3 من شركة SpaceX . أما محرك NK-43، وهو نسخة مشتقة مُحسّنة للاستخدام في المراحل العليا من الصاروخ، فيتميز بفوهة أطول مصممة للعمل في بيئات الفراغ. يزيد هذا التصميم من قوة دفعه ودافعه النوعي، ولكنه يجعل المحرك أطول وأثقل، مما ينتج عنه نسبة دفع إلى وزن تبلغ حوالي 120:1. [ 7 ] [ 8 ]

تطورت محركات NK-33 وNK-43 من محركات NK-15 وNK-15V السابقة ، على التوالي، والتي كانت تُشغل مركبة الإطلاق N1 الأصلية. وشملت التحسينات الرئيسية أنظمة هوائية وهيدروليكية مُبسطة، وأنظمة تحكم متطورة، ومضخات توربينية مُحسّنة، وغرفة احتراق مُحسّنة، وتقليل عدد نقاط التوصيل التي تستخدم أجهزة الألعاب النارية، وتعديل نقاط التوصيل لتسهيل استبدال الأجزاء أثناء التجديد. [ 9 ]

أرست تقنية الاحتراق الغني بالأكسجين، التي طُوّرت لمحرك NK-15 وحُسّنت في محرك NK-33، الأساس للعديد من أنجح محركات الصواريخ في التاريخ السوفيتي والروسي، ومنها محركات RD-170 و RD-180 و RD-191 . ورغم أن هذه المحركات تشترك في دورة الاحتراق المرحلي الغني بالأكسجين، إلا أنها لا ترتبط ارتباطًا مباشرًا بمحرك NK-33.

تاريخ

N1

استخدم صاروخ الإطلاق N1 في الأصل محركات NK-15 للمرحلة الأولى، ونسخة عالية الارتفاع منه، NK-15V، للمرحلة الثانية. حاول السوفيت إطلاق N1 أربع مرات، لكن جميع المحاولات باءت بالفشل، بما في ذلك انفجار كارثي. وبحلول وقت الفشل الرابع، كان سباق القمر قد انتهى بالفعل. مع ذلك، كان مديرو برنامج الفضاء السوفيتي يأملون أن تدعم مركبة من الجيل الثاني، أُطلق عليها اسم N1F، طموحاتهم في بناء قاعدة زفيزدا القمرية المقترحة . قام كوزنيتسوف بتحسين تصميمات محركاته لـ N1F، فابتكر محركي NK-33 وNK-43 المحسّنين. [ 10 ]

على الرغم من هذه التطورات، أعطى قادة الفضاء السوفيت الآخرون الأولوية لصاروخ إنيرجيا باعتباره الصاروخ الثقيل للبلاد، وتم إلغاء برنامج N1 في نهاية المطاف قبل أن يصل صاروخ N1F إلى منصة الإطلاق. [ 11 ] عند الإلغاء، كان صاروخان N1F جاهزان للطيران، مزودان بـ 30 محركًا من طراز NK-33 لكل منهما في مرحلتيهما من الفئة A. [ 12 ] [ 13 ]

عندما أُغلِق برنامج N1، أمرت الحكومة السوفيتية بتدمير جميع المواد والوثائق ذات الصلة للتغطية على فشل برنامج الاتحاد السوفيتي لاستكشاف القمر. رسميًا، رُفِضَ مشروع N1 باعتباره مجرد "مشروع ورقي" لتضليل الولايات المتحدة وإيهامها بوجود سباق على القمر. استمرت هذه الرواية المُضلِّلة حتى عصر الغلاسنوست ، حين عُرِضَت المعدات المتبقية من البرنامج علنًا.

مع ذلك، أنقذ قرار بيروقراطي أكثر من 60 محركًا من طراز NK-33 من التدمير، بما في ذلك محركات المرحلتين المكتملتين من طراز Block A وقطع غيار إضافية. تم تخزين هذه المحركات في مستودع، وظلت طي النسيان إلى حد كبير حتى علم المهندسون في الولايات المتحدة بوجودها بعد ما يقرب من 30 عامًا. [ 11 ]

بيع المحركات لشركة إيروجيت

مدير وكالة ناسا تشارلز بولدين (يسار) ومدير مركز ستينيس الفضائي باتريك شويرمان يشاهدان اختبار إطلاق أول محرك من طراز Aerojet AJ26.

نجا نحو 60 محركًا في "غابة المحركات"، كما وصفها المهندسون خلال زيارة للمستودع. في منتصف التسعينيات، باعت روسيا 36 محركًا لشركة إيروجيت بسعر 1,100,000 دولار أمريكي للمحرك الواحد (ما يعادل 2,324,000 دولار أمريكي في عام 2025) ، وشحنتها إلى مقر الشركة في ساكرامنتو، كاليفورنيا. [ 14 ] أجرت إيروجيت أول اختبار إطلاق لمحرك NK-33 منذ ما يقرب من 30 عامًا على منصة اختبار في ساكرامنتو، وخلال الاختبار، حقق المحرك مواصفاته المطلوبة. [ 11 ]

بعد نجاح الاختبار، بدأت شركة إيروجيت بتحديث وتجديد محركات NK-33 التي اشترتها، وبدأت بتسويقها للعملاء. وأعادت تسمية محركات NK-33 المُعدّلة إلى AJ26-58 و AJ26-59 و AJ26-62 ، ومحركات NK-43 إلى AJ26-60 . [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

كيستلر كي-1

صممت شركة روكيت بلين كيستلر (RpK) صاروخها K-1 باستخدام ثلاثة محركات NK-33 ومحرك NK-43. في 18 أغسطس 2006، أعلنت وكالة ناسا اختيار RpK لتطوير خدمات النقل المداري التجاري لمحطة الفضاء الدولية . تضمنت الخطة رحلات تجريبية بين عامي 2008 و2010. كان من المقرر أن تحصل RpK على ما يصل إلى 207 ملايين دولار أمريكي إذا استوفت جميع معايير ناسا، [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] ولكن في 7 سبتمبر 2007، أصدرت ناسا خطاب إنذار، محذرةً من أنها ستنهي اتفاقية خدمات النقل المداري التجاري مع RpK لعدم استيفاء الشركة لعدة معايير تعاقدية. [ 22 ]

أنتاريس

صاروخ أنتايرس 100 يُنقل إلى منصة الاختبار، ويظهر فيه محركا NK-33.

كانت النسخة الأولية من صاروخ أنتايرس الخفيف إلى المتوسط ​​الرفع التابع لشركة أوربيتال ساينسز مزودة بمحركين معدلين من طراز NK-33 في المرحلة الأولى، ومرحلة ثانية تعمل بالوقود الصلب من نوع كاستور 30، ومرحلة ثالثة اختيارية تعمل بالوقود الصلب أو الوقود فائق الاشتعال . [ 23 ] تم استيراد محركات NK-33 من روسيا إلى الولايات المتحدة، حيث خضعت لتعديلات، وأعيد تسميتها إلى أيروجيت AJ26. وشمل ذلك إزالة بعض الأسلاك الكهربائية، وإضافة إلكترونيات أمريكية، وتأهيلها لاستخدام أنواع الوقود الأمريكية، وتعديل نظام التوجيه. [ 24 ]

في عام 2010، أُجريت بنجاح اختبارات على محركات NK-33 المخزنة لاستخدامها في صاروخ الإطلاق الخفيف إلى المتوسط ​​Antares التابع لشركة Orbital Sciences . [ 24 ] وانطلق صاروخ Antares بنجاح من منشأة والوبس للطيران التابعة لناسا في 21 أبريل 2013. وشكّل هذا الإطلاق أول إطلاق ناجح لمحركات NK-33 القديمة التي صُنعت في أوائل سبعينيات القرن الماضي. [ 25 ]

وافقت شركة إيروجيت على إعادة تأهيل عدد كافٍ من محركات NK-33 لتلبية متطلبات عقد خدمات الإمداد التجاري التابع لوكالة ناسا والمُبرم مع شركة أوربيتال، والذي يشمل 16 رحلة . إضافةً إلى ذلك، كان لديها مخزون من 23 محركًا من حقبتي الستينيات والسبعينيات. ولأن شركة كوزنتسوف لم تعد تُصنّع هذه المحركات، سعت أوربيتال إلى شراء محركات RD-180 . ولأن عقد شركة إن بي أو إنيرغوماش مع تحالف الإطلاق المتحد ( ULA) حال دون ذلك، رفعت أوربيتال دعوى قضائية ضد ULA، مُدّعيةً انتهاكات لقوانين مكافحة الاحتكار. [ 26 ] عرضت إيروجيت التعاون مع كوزنتسوف لإعادة تشغيل إنتاج محركات NK-33 الجديدة، لضمان استمرار إمداد أوربيتال. [ 27 ] ومع ذلك، طُرحت عيوب التصنيع في مضخة التوربين للأكسجين السائل في المحرك، وعيوب التصميم في مجموعة التوازن الهيدروليكي ومحامل الدفع، كسببين محتملين لفشل إطلاق صاروخ أنتاريس عام 2014 . [ 28 ] كما أُعلن في 5 نوفمبر 2014، قررت شركة أوربيتال الاستغناء عن المرحلة الأولى AJ-26 من صاروخ أنتايرس والبحث عن محرك بديل. وفي 17 ديسمبر 2014، أعلنت شركة أوربيتال ساينسز أنها ستستخدم محرك NPO Energomash RD-181 في الجيل الثاني من مركبات إطلاق أنتايرس، وأنها تعاقدت مباشرةً مع شركة NPO Energomash لتوريد ما يصل إلى 60 محركًا من طراز RD-181. ويُستخدم محركان في المرحلة الأولى من سلسلة أنتايرس 100. [ 29 ]

سويوز-2.1v

صاروخ سويوز 2.1v يُنقل إلى منصة الإطلاق، ويظهر محركه الوحيد من طراز NK-33

في أوائل العقد الثاني من الألفية الثانية، جرى تحديث عائلة مركبات الإطلاق سويوز بمحرك NK-33. استفاد هذا التحديث من وزن المحرك الأخف وكفاءته العالية لتعزيز سعة الحمولة، بينما ساهم تصميمه الأبسط واستخدام قطع غيار فائضة في خفض التكاليف. [ 30 ] قامت شركة RKTs Progress بدمج محرك NK-33 في المرحلة الأولى من طراز سويوز 2.1v ، وهو نسخة مصغرة من سويوز . [ 31 ] في هذا الصاروخ، استُبدل محرك RD-108 المركزي بمحرك NK-33 واحد ، وتم الاستغناء عن معززات المرحلة الأولى الأربعة.

خضع الصاروخ NK-33A، الذي تم تعديله خصيصًا لصاروخ سويوز-2.1v، لاختبار إطلاق نار ساخن ناجح في 15 يناير 2013، [ 32 ] بعد سلسلة من اختبارات الإطلاق البارد واختبارات الأنظمة للصاروخ المجمع بالكامل والتي أجريت في عامي 2011 و2012. وأكمل الصاروخ رحلته الأولى في 28 ديسمبر 2013.

الإصدارات

على مر السنين، ظهرت العديد من إصدارات هذا المحرك:

  • NK-15 ( مؤشر GRAU 11D51 ): النسخة الأولية للمرحلة الأولى N1 .
  • NK-15V (مؤشر GRAU 11D52 ): مُحسَّن للتشغيل في الفراغ، ويستخدم في المرحلة الثانية N1.
  • NK-33 (مؤشر GRAU 11D111 ): نسخة محسنة من NK-15 للمرحلة الأولى N1F ، لم يتم استخدامها في الطيران.
  • NK-43 (مؤشر GRAU 11D112 ): نسخة محسنة من NK-15V مُحسّنة للعمل في الفراغ، تُستخدم في المرحلة الثانية N1F، ولم يتم استخدامها في أي رحلة.
  • AJ26-58 : محرك NK-33 معدل من قبل شركة Aerojet Rocketdyne . كان من المخطط استخدامه في طائرة Kistler K-1 ، ولكن تم إلغاء المشروع ولم يتم تجربة المحرك مطلقًا.
  • AJ26-59 : محرك NK-33 معدل من قبل شركة Aerojet Rocketdyne. كان من المخطط استخدامه في طائرة Kistler K-1، ولكن تم إلغاء المشروع ولم يتم تجربة المحرك مطلقًا.
  • AJ26-62 : محرك NK-33 معدل من قبل شركة Aerojet Rocketdyne مع آلية جيمبال إضافية. يستخدم في المرحلة الأولى من سلسلة Antares 100 .
  • NK-33A (GRAU index 14D15 ): تم تجديد NK-33 المستخدمة في المرحلة الأولى من صاروخ سويوز-2.1v .

انظر أيضاً

مراجع

  1. "LRE NC-33 (11D111) و NC-43 (11D112)" (باللغة الروسية) . تم الاطلاع عليه في 1 أبريل 2015 .
  2. زاك، أناتولي (5 فبراير 2025). "صاروخ سويوز-1 (سويوز-2-1v)" . موقع RussianSpaceWeb . تاريخ الاسترجاع: 7 فبراير 2025 .
  3. "نظام التحكم المداري جاهز لمهمة أنتاريس الثانية" . NASASpaceflight . 21 يناير 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 مارس 2016 .
  4. نظام التعزيز القابل لإعادة الاستخدام: مراجعة وتقييم . دار النشر الأكاديمية الوطنية. يناير 2013. ص 29. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يوليو 2024 . 
  5. قناة تاريخ الكوزمودروم ، مقابلات مع مهندسي شركتي إيروجيت وكوزنيتسوف حول تاريخ الاحتراق المرحلي
  6. تم إطلاق محرك تجريبي تقني مشترك بين القوات الجوية الأمريكية ووكالة ناسا بنجاح خلال الاختبار الأولي الكامل المدة. مؤرشف في 9 مارس 2021 في Wayback Machine .
  7. مدخل Astronautix NK-43 مؤرشف بتاريخ 28 أكتوبر 2007 في Wayback Machine
  8. "محركات الصواريخ NK-33 و NK-43" . 20 يوليو 2016.
  9. زاك، أناتولي. "محرك الصاروخ NK-33 (14D15)" . RussianSpaceWeb.com . تاريخ الاسترجاع: 7 ديسمبر 2024 .
  10. ليندروس، ماركوس. برنامج القمر المأهول السوفيتي . معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا . تاريخ الوصول: 4 أكتوبر 2011.
  11. 1 2 3 كليفتون، دان (1 مارس 2001). "المحركات التي عادت من البرد" . القناة الرابعة . لندن. إنتاجات العالم المثالي . تم الاطلاع عليه في 3 يناير 2014 .
  12. ويد، مارك. "صاروخ N1" . astronautix.com . مؤرشف من الأصل في 7 فبراير 2024. تم الاطلاع عليه في 30 أبريل 2023 .
  13. أفيلا، إيرين (21 فبراير 2020). "N1: صعود وسقوط صاروخ القمر السوفيتي" . تاريخ رحلات الفضاء . مؤرشف من الأصل في 23 فبراير 2024. تم الاطلاع عليه في 30 أبريل 2023 .
  14. "دفع الفضاء | تطوير محرك كيرولوكس أمريكي ذي حلقة مغلقة عالق في الترس الثاني - SpaceNews.com" . 12 يوليو 2013. تم الاطلاع عليه في 17 سبتمبر 2016 .
  15. "دفع الرفع الفضائي" . إيروجيت. أبريل 2011. مؤرشف من الأصل في 14 أغسطس 2011.
  16. كلارك، ستيفن (19 ديسمبر 2010). "المحرك الرئيسي لصاروخ توروس 2 يجتاز اختبار التوجيه المحوري" . مجلة سبيس فلايت ناو . تونبريدج، كينت، المملكة المتحدة. مؤرشف من الأصل في 29 أكتوبر 2013. تم الاطلاع عليه في 3 يناير 2014 .
  17. "NK-33" . مارك ويد (موسوعة رواد الفضاء). مؤرشف من الأصل في 25 يونيو 2002. تم الاطلاع عليه في 25 مارس 2006 .
  18. "تعديل واختبار التحقق من محرك صاروخي روسي من طراز NK-33 للتطبيقات القابلة لإعادة الاستخدام وإعادة التشغيل" (ملف PDF) . شركة Aerojet ومركز ND Kuznetsov SSTC. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 9 مارس 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أغسطس 2020 .
  19. "ناسا تختار شركاء إطلاق الطاقم والشحنة" . سبيس فلايت ناو. 18 أغسطس 2006.
  20. "وكالة ناسا تختار شركاء لنقل الطاقم والشحنات إلى المدار" . SpaceRef. 18 أغسطس 2006.{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  21. آلان بويل (18 أغسطس 2006). "سبيس إكس وروكيت بلين تفوزان بمسابقة المركبات الفضائية" . أخبار إن بي سي . مؤرشف من الأصل في 4 نوفمبر 2013.
  22. «إنهاء عقد RpK مع COTS» (بيان صحفي). أسبوع الطيران. 10 سبتمبر 2007. مؤرشف من الأصل في 12 مايو 2011. تم الاطلاع عليه في 10 سبتمبر 2007 .
  23. "أنتاريس" (ملف PDF) . مداري .
  24. 1 2 كلارك، ستيفن (15 مارس 2010). "شركة إيروجيت تؤكد جاهزية المحرك الروسي للعمل" . سبيس فلايت ناو. مؤرشف من الأصل في 13 أغسطس 2013. تم الاطلاع عليه في 18 مارس 2010 .
  25. بيل تشابيل (21 أبريل 2013). "إطلاق صاروخ أنتاريس ناجح، في اختبار لمركبة الإمداد المدارية" . NPR.
  26. دان ليون (24 يونيو 2013). "شركة أوربيتال تقاضي شركة يو إل إيه، وتطالب بمحركات آر دي-180، وتعويضات بقيمة 515 مليون دولار" . أخبار الفضاء .{{cite news}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  27. إيمي بتلر (24 يونيو 2013). "شركة أوربيتال تُعاني من الإحباط بسبب نقص خيارات محركات أنتاريس" . أسبوع الطيران وتكنولوجيا الفضاء . مؤرشف من الأصل في 29 أكتوبر 2013.
  28. كلارك، ستيفن (1 نوفمبر 2015). "مسباران لكشف أعطال مركبة أنتاريس ينتجان نتائج مختلفة" . سبيس فلايت ناو . تم الاطلاع عليه في 1 نوفمبر 2015 .
  29. مورينغ، فرانك الابن (16 ديسمبر 2014). "تحديث نظام أنتاريس سيستخدم محركات RD-181 في عملية شراء مباشرة من شركة إنيرغوماش" . أسبوع الطيران . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 ديسمبر 2014 .
  30. "صاروخ سويوز 1 (سويوز 2-1v)" . موقع الفضاء الروسي. نوفمبر 2010.
  31. زاك، أناتولي. "صاروخ سويوز-1" . موقع الفضاء الروسي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 مارس 2010 .
  32. "نجاح اختبار محرك NK-33" (باللغة الروسية). سامارا اليوم. 15 يناير 2013. تاريخ الاطلاع: 3 مارس 2013 .