ВВЕДЕНИЕ

Тепловая защита жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), включающая в себя собственно теплозащиту и охлаждение, - традиционно одна из сложнейших проблем ракетно-космической техники. Трудности ее решения обусловлены в основном тем, что работа этих двигателей сопровождается весьма высокими температурами, давлениями и скоростями газового потока. Своей высокой теплонапряженностью они заметно выделяются из всего класса тепловых машин - на современных ЖРД температура продуктов сгорания достигает 4000 К, давление в камере превышает 20 МПа, а скорость истечения газов из сопла составляет около 4500 м/с.

Решение этой проблемы затрудняется также еще и тем, что в камерах ЖРД, как правило, находится химически активный газ, способный взаимодействовать с материалом их стенок. Кроме того, по ряду причин охлаждение этих камер целесообразно производить с помощью компонентов топлива, расход которого строго лимитирован, а скорость протекания хладагента по охлаждающему тракту, а также температура нагрева хладагента имеют вполне определенные ограничения.

Современное развитие методов отвода тепла от нагретых тел, высокотемпературных конструкционных материалов, а также исследований по теплопередаче в определенной степени обусловлено непосредственными потребностями разработки и создания ЖРД.

Трудности решения проблемы охлаждения оказывают заметное влияние на развитие ЖРД, во многом обусловливая выбор компонентов топлива, конструкций камер сгорания, сопла, форсуночных головок, систем подачи, определяя в значительной степени ряд важнейших характеристик двигателей, таких, например, как давление в камере сгорания, удельный импульс, удельная масса и пр.

К сожалению, в современной учебной литературе вопрос о методах охлаждения и теплозащиты ЖРД в чисто техническом аспекте рассмотрен недостаточно полно. Свидетельством этого может служить отчасти тот факт, что в учебниках по ЖРД не все методы тепловой защиты, применяющиеся или, особенно, разрабатывающиеся в настоящее время, даже просто перечисляются.

Некоторые методы, находившие применение в 30-е гг., не только не описаны в современной литературе, но и оказались попросту забытыми. Такое положение дел вряд ли можно считать допустимым не только с точки зрения истории техники, но и с чисто технических позиций: многочисленные факты, приведенные отчасти и в настоящей работе, говорят о том, что некоторые технические решения, применявшиеся на ранних этапах развития того или иного технического средства, становятся вновь актуальными и находят применение на более поздних его этапах.

Историко-техническое исследование вопроса о развитии методов тепловой защиты ЖРД создает предпосылки для понимания логики развития самих двигателей, что является необходимым этапом на пути написания истории всей ракетно-космической техники. В ряде работ, авторы которых ставили своей целью рассмотреть развитие либо ЖРД [20, 35, 53, 81, 203, 226, 243, 244, 251, 281], либо ракетной техники [8, 28, 46, 49, 123,150] в той или иной стране, вопросе методах решения проблемы тепловой защиты, естественно, затрагивался лишь тогда, когда без этого нельзя уже было больше обойтись. В ряде статей историко-технического характера, появившихся в течение нескольких последних лет и посвященных анализу проблемы охлаждения ЖРД [9, 10, 243], рассматриваются лишь некоторые фрагменты из истории ее решения.

В предлагаемой книге представлены результаты первого систематического исследования процесса развития методов тепловой защиты камер ЖРД. Разумеется, было бы неправильным воспринимать ее как учебник или монографию, ставящую своей целью всестороннее рассмотрение чисто технических аспектов проблемы тепловой защиты. Главная ее задача заключается в том, чтобы вскрыть логику работ по решению этой проблемы, установить особенности, тенденции и закономерности их развития. Поэтому выбор рассматриваемых вопросов, степень подробности изложения материала полностью определялись поставленной целью.

Эта книга адресуется не столько узкой группе исследователей, работающих непосредственно в области теплопередачи в ЖРД, сколько широкому кругу специалистов, занимающихся различными вопросами разработки ЖРД, преподавателям, аспирантам и студентам соответствующих учебных заведений, историкам техники и всем тем, кто интересуется вопросами истории ракетно-космической науки и техники. Поэтому при ее написании была сделана попытка по возможности упростить изложение тех или иных положений, хотя, разумеется, для достижения поставленной цели требовалось рассмотреть и достаточно сложные вопросы, связанные, например, с зарождением и формированием теории теплопередачи в ЖРД. Понимая, что доступность книги для широкого круга специалистов падает с увеличением рассматриваемых специальных, узкотеоретических вопросов, автор останавливался на последних лишь тогда, когда без этого нельзя было понять ту или иную особенность развития практических работ по охлаждению и теплозащите ЖРД.

Следует отметить, что при работе над книгой неожиданно встретились трудности терминологического характера, которые были обусловлены тем, что принятая в настоящее время терминология оказывается 'узкой' при попытке ее использования при ретроспективном анализе.

Автор приносит свои извинения за некоторый волюнтаризм в терминологии, надеясь, однако, что использование им в ряде случаев своей терминологии не приведет к путанице или усложнению текста.

Так как книга основывается в большей степени на материалах 'досовременного' периода развития ЖРД, автор, стремясь к исторической точности, счел целесообразным использовать в ней внесистемные единицы измерения, приводя при этом в скобках примерные значения соответствующих параметров в единицах СИ.

Автор выражает свою искреннюю благодарность академику В.П. Глушко, академику Международной академии по астронавтике В.Н. Сокольскому,  д.т.н. А.Д. Веберу,  д.т.н., проф. Е.С. Щетинкову,  к.т.н. Л.Ф. Фролову, В.И. Прищепе за большую помощь в работе над книгой.

Далее: