| NK-33 | |
|---|---|
.jpg) | |
| Descrizione generale | |
| Costruttore | .svg) OKB Kuznetsov |
| Tipo | endoreattore apropellente liquido |
| Ugello | rapporto sezione di uscita/gola 27,7:1 |
| Uscita | |
| Spinta | 1512,4kN al livello del mare 1686 kN nel vuoto |
| Prestazioni | |
| Isp | 297s a livello del mare 331 s nel vuoto |
| Propellente | ossigeno liquido eRP-1 |
| voci di motori presenti su Wikipedia | |
GliNK-33 eNK-43 sonomotori a razzo apropellente liquido progettati e costruiti tra il 1968 e il 1972[1] dall'ufficio tecnicosovieticoOKB Kuznetsov. La designazione NK riprende le iniziali del capo progettistaNikolaj Dmitrievič Kuznecov. Furono proposti per equipaggiare illanciatore lunareN1. L'NK-33, caratterizzato da un elevatoimpulso specifico, è uno dei motori con il più altorapporto spinta/peso mai costruiti, secondo solo alMerlin 1D dellaSpaceX.
L'NK-43 è simile all'NK-33, ma il suougello di scarico (più lungo) è ottimizzato per un impiego ad altitudini più elevate, dove la pressione esterna è minima o nulla.
Una serie originale di motori NK-33 immagazzinati neglianni settanta è stata, nel 2010, modificata e commercializzata dallaAerojet con la denominazioneAJ26 per l'impiego sul lanciatoreAntares.[2]
Originariamente, il lanciatore N-1 usava per il suo primo stadio dei motori NK-15 mentre per il secondo stadio una versione (NK-15V) modificata per l'impiego ad elevata altitudine. Dopo quattro lanci falliti, però, il progetto fu cancellato nonostante fosse allo studio una versione rivista del lanciatore (N-1F) che prevedeva, tra le altre cose, i nuovi motori sviluppati da Kuznetsov (KN-33 e KN-43).[3]
La corsa verso la Luna era ormai persa e ilprogramma spaziale sovietico decise di concentrare i propri sforzi sul vettore di lancio ad alto caricoEnergia.[4]
Nel 1974 fu disposta la chiusura del programma N-1 e, successivamente, fu ordinata la distruzione di tutti i materiali e i progetti relativi (alcune strutture principali del lanciatore furono addirittura riciclate come ricoveri per maiali). Un dirigente però, contravvenendo agli ordini, prese i motori e li stoccò in un magazzino ben preservati. Dopo più di venti anni, nell'ottobre del 1995 uno dei motori fu portato negli Stati Uniti e provato al banco, dove furono confermate le ottime prestazioni.[4]
Dei circa 150 motori accantonati, la Russia vendette verso al fine deglianni novanta 36 motori allaAerojet al costo unitario di 1,1 milioni didollari. La compagnia acquistò anche la licenza per la produzione di nuovi motori, rinominandoli AJ26-58, AJ26-59 e AJ26-62.[5][6]
La Kistler Aerospace, in seguito ridenominataRocketplane Kistler (RpK), previde l'impiego per il suo lanciatoreK-1 di due motori derivati dall'NK-33 ed uno dall'NK-43.[7] Dopo una prima fase di collaborazione,[8][9][10] a seguito di alcune inadempienze nella tabella di marcia del programma, nel settembre del 2007 laNASA rescisse il contratto con la RpK che a sua volta terminò lo sviluppo del K-1.[11]
Intorno al 2007, ilministero della difesa russo decise di sviluppare una versione modificata del lanciatoreSojuz che impiegasse degli NK-33. A seguito di una prova al banco (eseguita con successo nel giugno del 2008) di uno dei motori immagazzinati più di trenta anni prima, si proseguì, nel 2009, con la definizione del nuovo lanciatore (Soyuz-2-1v). Il 28 dicembre 2013 fu lanciato con successo il primo modello equipaggiato con NK-33. Dal momento però che, al 2013, erano ancora disponibili solo 20 motori (sufficienti per dieci missioni del Soyuz-2-1v), fu accelerato anche lo sviluppo del suo successore (RD-193), anche se gran parte della linea produttiva del NK-33 era stata nel frattempo riavviata.[12]
Gli NK-33 e NK-43, derivati rispettivamente dai precedenti motori NK-15 e NK-15V, sono endoreattori a propellente liquido (ossigeno liquido eRP-1, un tipo dicherosene molto raffinato) caratterizzati da unciclo a combustione stadiata in cui una precamera di combustione alimenta leturbopompe.
La particolarità del ciclo a combustione stadiata di questa famiglia di motori prevede che la gran parte dell'ossidante destinato allacamera di combustione principale venga prima fatto reagire con una piccola parte di combustibile in un precombustore modo da liberare l'energia sufficiente a far muovere la turbina delle turbopompe di alimentazione principali. I prodotti di combustione, però, ad alta temperatura e ricchi di ossigeno, risultano particolarmente aggressivi nei confronti dei metalli con i quali vengono a contatto (per questa ragione negli Stati Uniti, fino agli anni duemila si sono preferiti cicli con precombustione in eccesso di combustibile). Le pareti del precombustore (inacciaio inox) sono raffreddate da ossigeno liquido che viene poi iniettato a monte della turbina della turbopompa.[7]
_(524-49).jpg)
L'aver risolto i problemi metallurgici relativi ai prodotti di combustione ha consentito ai progettisti sovietici di ottenere un sistema di turbopompe estremamente compatto. Dal momento che il cherosene e l'ossigeno liquido hanno circa la stessa densità, una turbina poteva essere collegata ad entrambe le pompe con un solo albero.[6] La turbopompa si compone di due unità principali. La prima è costituita dalla turbina principale (mossa dai prodotti di combustione generati dal precombustore), da uno stadio di bassa pressione accoppiato idraulicamente ad uno stadio di alta pressione per la pompa dell'ossigeno liquido. La seconda dalla turbina secondaria (usata nella fase di avviamento del motore) e i due stadi di bassa ed alta pressione (accoppiati mediante un gruppo ingranaggi) della pompa del combustibile. Gli alberi delle due unità sono uniti mediante unabrocciatura.[7]
La turbopompa è connessa alla camera di combustione dal condotto di scarico della turbina principale (costruito inInconel) che immette i prodotti di combustione del precombustore (ancora ricchi di ossigeno) nella camera di combustione principale costituita da una struttura esterna in acciaio inossidabile, una parete interna forata in lega di rame e cromo ed un sistema di iniettori del combustibile in acciaio. Una parte del combustibile è iniettata in camera di combustione attraverso due file di fori tangenziali a valle della piastra con gli iniettori principali dove passa il resto del combustibile.[7]
L'accensione del motore avviene mediante l'azione di tre impianti differenti. L'esplosione di una cartuccia pirotecnica genera il gas necessario a muovere la turbina di avviamento che trascina con sé l'albero principale della turbopompa. Nel precombustore una iniezione di una miscela ipergolica (TEA/TEB) avvia la combustione in eccesso di ossidante, mentre nella camera di combustione principale la combustione è iniziata da tre candelette poste in corrispondenza degli iniettori di combustibile.[7]
L'ugello di scarico è costituito da tre sezioni (superiore, centrale ed inferiore) ognuna delle quali è costruita assemblando una lastra di acciaio inossidabile interna con una esterna ed è raffreddatorigenerativamente dal combustibile. Nella lamina interna superiore sono ricavate delle scanalature che, chiuse dalla lamina esterna, costituiscono le tubazioni per il passaggio del combustibile refrigerante che sarà poi immesso radialmente in camera di combustione. Nelle sezioni inferiore e centrale, invece, i gusci interni ed esterni sono saldati interponendo tra loro una lastra di metallo corrugata che definisce le canalizzazioni per il combustibile. Il combustibile ad alta pressione è immesso nella camicia interna dell'ugello a valle della gola e si separa in due flussi: uno che risale verso la camera di combustione ed uno che prosegue verso l'estremità dell'ugello dove è convogliato in una linea esterna che alimenta gli iniettori principali.[7] I motori NK-33 e NK-43 differiscono proprio nell'ugello dal momento che il secondo è ottimizzato per l'impiego nel vuoto o, comunque, a pressioni esterne molto basse, questo è caratterizzato da lunghezza e area di uscita maggiori che consentono l'espansione completa del gas di scarico.
Il lanciatoreAntares dellaOrbital Sciences impiegava due motori NK-33 modificati dalla Aerojet come AJ26-62 per il suo primo stadio, un secondo stadio apropellente solido e un terzo stadio opzionale apropellenti ipergolici.[13] Gli NK-33 importati dalla Russia negli Stati Uniti sono stati modificati in alcune connessioni elettriche, sensori, valvole e sistemi di controllo per renderli compatibili con propellenti ed elettronica statunitense.[14]
La prima versione del vettore Antares fu lanciato dalla base della NASA di Wallops Island il 21 aprile 2013 segnando il primo successo di motori NK-33 costruiti nei primi anni settanta.[15] A seguito del fallimento del lancio del 28 ottobre 2014, però, la Orbital annunciò la ricerca di una motorizzazione alternativa all'AJ-26 che si concretizzò poi nell'RD-181.[16]
LaS.P. Korolev RSC Energia ha proposto il lanciatore "Aurora-L.SK" che impiega un motore NK-33 al primo stadio.[17]
LaTsSKB-Progress impiega l'NK-33 come motore di primo stadio per la versione leggera del lanciatoreSojuz, la Sojuz-2-1v, che è stata lanciata con successo per la prima volta il 28 dicembre 2013.[18]
Altri progetti
Wikimedia Commons contiene immagini o altri file suNK-33
Dan Clifton,The Engines That Came in from the Cold, suYouTube, Channel 4.URL consultato il 16 novembre 2014.
