Большой космический обман США: Истоки - Анатолий Витальевич Панов
В результате расчета максимального удельного теплового потока для ЖРД Н-1b, при использовании официальных параметров, Велюров получил величину с небольшим превышением максимально допустимого значения: «Численный расчет охлаждения камеры ЖРД Н-1b. Результаты расчета. Максимальный тепловой поток составил Q ≈ 10,2 [МВт/м²] Вывод: данный двигатель работает на допустимом тепловом режиме, который, однако, является предельным по допустимому диапазону температур стенки и дальнейшему форсированию ЖРД H-1b без существенного изменения конструкции не подлежит». [31] Хотя в выводе такое превышение Велюров считает допустимым. Первым признаком того, что Н-1b имел меньшую тягу, удельный импульс, удельный тепловой поток, а, значит, и другие параметры, был тот факт, что американцы не смогли вывести на орбиту пилотируемый экипаж, ни в 60-х, ни в 70-х годах! Второй признак обнаружил Велюров. Это незначительное превышение максимального удельного теплового потока по площади камеры сгорания и сопла. По всей видимости, тяга этого двигателя около Земли была менее 92,4 тс. Велюров не стал акцентировать внимание на этом моменте, сославшись на то, что «на всем протяжении температура стенки со стороны керосина Tст. ж не нарушает критерий NASA SP-8087 Tст. ж ≤ 728К». Оказалось, что есть еще одно превышение параметра на 43К рекомендованную температуру стенки камеры сгорания и сопла 800К: «Однако в цилиндрической части камеры диапазон температур Tст. ж ≈ 683…723К вплотную подошел к предельно допустимому. На всем протяжении охлаждающего контура температура стенки со стороны газа не превышает Tст. г ≤ 843К. Это всего на 5% превышает рекомендованную температуру стенки Tст. г = 800К». [31]
Это можно считать третьим признаком фальсификации параметров ЖРД-H1b. Велюров, наверное, слишком добр к американским партнерам. Его целью было доказать, что указанный двигатель, в отличие от ЖРД F-1, работал в пределах допустимых величин удельного теплового потока и температуры стенки. Но получилось не то, что хотел автор. Следующим этапом, после расчета параметров «хорошего» H-1b, Велюров предоставил «Численный расчет охлаждения камеры ЖРД F-1». [33] Расчет удельных тепловых потоков по площади, Велюровым строился аналогично тепловому расчету двигателя ЖРД H-1b: «Результаты расчета. Поскольку камера сгорания ЖРД F-1 представляет собой почти прямую трубу с небольшим сужением до критического сечения, то тепловые потоки вдоль всей камеры сгорания примерно одинаковы и лежат в диапазоне 10,7…11,5 [МВт/м²]. Максимальный тепловой поток составил Q ≈ 11,5 [МВт/м²]. Расчетный максимум расположен в цилиндрической (дозвуковой) части камеры: S ≈ 1,24. Из-за конструктивных особенностей системы охлаждения (U-образный реверс) температурное поле стенок в плоскости одного сечения является неравномерным, как бы «волнистым», наблюдается чередование: реверсные трубки на ~3…4% горячее аверсных трубок. Результаты расчета однозначно указывают на то, что двигатель работает на запредельных режимах:
1. На всем протяжении камеры сгорания до критического сечения температура стенки со стороны керосина Tст. ж существенно превышает установленный согласно пп.3.1.1.5.4 рекомендаций NASA SP-8087 («Liquid rocket engine fluid-cooled combustion chambers», NASA SP-8087, 1972 г.) порог коксования керосина Tст. ж> 728 К. В цилиндрической части температура коксования превышена более чем на сто градусов! Максимум Tст. ж ≈ 830 К. При таких температурах керосин в пристеночном слое, безусловно, не является химически нейтральной не кипящей жидкостью. Он начнет энергично разлагаться на тяжелые смолистые осадки и легкие газовые фракции. Тяжелые смолистые осадки, которые осаждаются на стенках трубок, имеют на два порядка более низкую теплопроводность, чем сталь.
Простейшие оценки показывают, что налипание тончайшего слоя смолистых осадков толщиной всего 0,005 мм равнозначно утолщению вдвое стальной трубки толщиной 0,45 мм, применяемой в камере ЖРД F-1. Поэтому коксование керосина приведет к падению теплопередачи через стенки трубок в охлаждающую жидкость и прогару по всему периметру сечения. Полагая, что трубка имеет наружный диаметр ~ 27,78 мм (13/32 дюйма), огневую сторону составляет примерно ¼ дуги окружности трубки, длина камеры ЖРД F-1 до критического сечения ~ 1 м, то для образования смолистого слоя толщиной 0,005 мм при плотности ρ ≈ 1,2 г/см³ достаточно осаждение всего 0,13 г смолы! Помимо этого, газообразные продукты коксования керосина могут создавать газовые пробки в узких трубчатых каналах, существенно снижать скорость и плотность проточного охладителя, что приведет к тем же фатальным последствиям — прогару камеры.
2. Температура огневой стороны стенки на всем протяжении камеры сгорания до критического сечения превышает Tст. г> 900 К. На отдельных участках в цилиндрической части камеры температура огневой стороны стенки превышает Tст. г> 1000 К. Подобный температурный режим является недопустимым для паяной трубчатой конструкции камеры данного ЖРД. Согласно американских данных («Industrial Gold Brazing Alloys», Gold Bulletin 1971 Vol. 4 No. 1) — при изготовлении «лунной» серии двигателей, в т. ч. F-1 и др., — широко применялся золотой припой состава 82,5% Au — 17,5% Ni. При температурах свыше Tст. г> 540ºС (813К) этот припой резко терял прочность». [33] Велюров обнаружил при исследовании конструкции ЖРД F-1 еще один неприятный момент: «Проблема же «карбюраторного» варианта №2 аналогична проблеме варианта №1: для пониженного расхода топлива сопло становится избыточно большим, на уровне земли возникает сильное перерасширение газа в сопле, характерное для высотных ЖРД. Это, в свою очередь, делает потери тяги у земли неприемлемо большими». [32]
Велюров обнаружил целый «букет» проблем: 1) Превышение удельного теплового потока при работе двигателя с такими параметрами; 2) Превышение температурного режима, максимально допустимого значения температуры для стенки камеры сгорания, для паяных трубок трубчатой, американской системы охлаждения; 3) Кипение керосина с образованием копоти на внутренней поверхности трубок охлаждения, которое приводит к увеличение вероятности прогара и уменьшение теплообмена. А значит к перегреву всей конструкции. Велюров обосновано полагал, что этот двигатель имеет своеобразный карбюратор: «Для справки: КАРБЮРА́ЦИЯ, карбюрации, жен. (франц. carburation) (хим., тех.). Насыщение негорючего газа (воздуха) парами углеродистых веществ (напр. бензина), дающее взрывчатую смесь. Толковый словарь Ушакова. Д. Н. Ушаков. 1935—1940. Здесь газогенератор — штатный жидкостный газогенератор, который вырабатывает мизерную долю горячего газа (несколько процентов от массы расхода топлива через камеру). Карбюратор — узел газификации (перемешивания) избыточного керосина и турбинных газов». [32]
Велюров вместе с тем утверждает, что «Впуск „карбюраторных“ газов в сопловой насадок несколько снизит средний удельный импульс газа, но повысит давление на срезе сопла, что позволит снизить потери удельного импульса у земли и немного повысить тягу на старте». [32] Получается своеобразный парадокс. С одной стороны большое сопло «делает потери тяги у земли неприемлемо большими».
А с другой стороны «главным предназначением „карбюратора“ является форсирование тяги на старте и на малых высотах». [32] Очевидно, что «повышение тяги на старте», с помощью «впуска карбюраторных газов в сопловой насадок» не позволяет полностью компенсировать потерю тяги на старте и-за большого сопла и возникновения на уровне земли «сильного перерасширения газа в сопле». Главный вывод Велюрова в этой главе, и во всей книге является вывод о завышенном значении тяги: «Вместо номинальной тяги 690 тс на старте, ЖРД F-1 по нашим оценкам обеспечивает на 35% меньше — всего около 450 тс. Этот вывод является ключевым в дискуссии относительно реальности пилотируемых полетов на Луну при помощи ракет „Сатурн-5“, оснащенных пятью двигателями F-1 на первой ступени. При такой стартовой тяге, масса ракеты с тяговооруженностью n = 1,19 не могла превышать mo = 5 · 450 / 1,19 ≤ 1900 тонн. Реальная стартовая масса „Сатурн-5“ на 1000 тонн меньше официальной версией»! Велюров обоснованно торжествовал: «Мною исчерпывающе было доказано, что двигатель не может эксплуатироваться на номинальных режимах по назначению. Только, Бога ради, не подумайте, что бой проигран мне — бой был проигран основам теплотехники, которыми пренебрегли при создании габаритно-весового макета, так называемого жидкостного ракетного двигателя F-1». [34] В главе 14 Велюров наглядно и, как всегда, убедительно доказал, что «Американцы боролись при помощи поперечных перегородок с продольными колебаниями! Перепутать продольные колебания с поперечными колебаниями, это надо обладать „большими талантами“. Необходимо отдать им должное: делали они
