>Да - на самом деле лучше бы поисследовать - отчего это у нас (а первые ЖРД были наши) - не заладилось производство достаточно мощного ЖРД, а амы смогли догнать и перегнать так оперативно? Где оказался изъян системы?
Вы подбросили вопрос(пусть не в той формулировке). который я и сам был уже практически готов выбрасывать для обсуждения.
В первом приближении обозначил бы уровень проблем с мощными ЖРД.
1. Важной проблемой ЖРД было неполное сгорание топлива. На коком уровне находилась тогда наука? так получилось, что быдучи учеником Киевской физматколы-интерната я немножечко походил на одну из кафедр Ктевского университета в помощь аспиранту, изучавшему динамику испраения капель - как раз для задач. связанных с реактивными двигателями. Но это было уже около 1975 года. задача полноценного испарения и сгорания капельно-распыленных топлив - еще не была толком изучена по крайней мере наукой. А советская наука того периода пребывала на вполне передовых позициях. Но - еще не дотянулась до этой задачки - через несколько лет после американского "полета". Я это понимаю так, что ЖРД Сатурна-5 по крайней мере в этом пункте еще не могли дотягиваться до энергетического оптимума. Шел гигантский перерасход топлива - из-за неполноты сгорания. Соответственно - лишний вес ракеты.
2. Я не вполне в курсе, как дело обстояло в ракетных ЖРД, но в самолетных реактивных двигателях топливо сжималось насосами и через форсунки вбрасывалось в камеру сгорания. В чем проблемы такой подачи? Топливо, подавемое через форсунки, имеет довольно небольшое проходное сечение. Одна форсунка в состоянии подать очень мало топлива. Форсунок должно быть много. А какие проблемы у форсунок? идущее под большим давлением топливо - способно буквально размывать стенки канала форсунки, если она сделана из мягкого материала. Для устойчивости характеристик подачи материал, из которого делаются форсунки, должен быть достаточно твердым - типа закаленной инструментальной стали. Новая проблема! А попробуй это материал просверли! Речь идет о каналах диаметром масштаба 0.5 мм. Т.е. в твердой стали необходимо сверлить каналы сверлами малого диаметра. Эффективность подачи топлива, экономичность двигателя, устойчивость подачи (т.е. отсутствие срывов из-за всякого рода гидродинамических проблем) - сильно зависит от точности расчета углов, под которыми просверлены отверстия в подающем топливо устройстве и от соблюдения этого диаметра. С проблемой знаком. Около 1990-91 года мне ставили эту задачу. Типа лазером задать канал сверления, по которому уже более-менее спокойно, не ломаясь, пройдется тонкое сверло. Иначе - безумная работа из-за ломающихся и не желающих выдерживать направление движения(изгибающихся) сверл.
Но собственно задача оптимизации расхода топлива за счет такого рода тонкостей возникла и начала решаться в автомобильной промышленности после топливного кризиса 1973-74 года. К полету Сатурна-5 здесь конь не валялся. Вопросы, наверняка начали возникать, но в 70-е годы автомобильная промышленность по этой тематике от космоса не получила ровным счетом ничего. Т.е. с этой проблемой к полету Сатурна еще не разобрались.
3. Коль скоро у нас в камере сгорания присутствуют несгоревшие капли топлива, налетающие с дикой скоростью на стенки сопла, создатели ЖРД сталкиваются с проблемой быстрого разрушения материала стенок сопла. Разумеется, реактивные самолеты летали, ракеты летали. Какие-то решения находили. Но переход на сверхмощные ЖРД Сатурна-5 - это не просто количественный, это качественный скачок. А качественно новые типы сопловых материалов стали появляться заметно позже. Одно из решений мне известно. Порошковая металлургия. Порошок вольфрама прессуется. А поры заполняются медью. Твердый вольфрам справляется с абразивным износом, но не приведи господь он перегреется. Тогда он просто начнет окисляться, например. От перегрева его предохраняет медное наполнение. Материал сопла как бы "потеет". Пока вся содержащаяся в порах медь не растает и не испарится на поверхности, вольфрам защищен от перегрева. Идея - начала 70-х, технически реализованная в СССР где-то в 80-х. К полету Сатурна-5 ничего подобного в копилке космонавтики еще не было.
4.Собственно камера сгорания и ее продолжение - сопло.
В ЖРД многофазная смесь горящих паров, капельного топлива, окислителя, газообразных продуктов горения, плазмы - движется через сопло. Мощность ЖРД - пропорциональна квадрату диаметра сопла. Черт - в этом же диаметре сопла. При большом диаметре сопла приток упомянутой смеси к нему - перестает быть устойчивым. Возникают вихревые и автоколебательные движения. Повышение давления перед выходом из форсунок, - снижает их дебет, как бы "затыкает" их. Потом давление спадает - и они начинают выбрызгивать слишком ного топлива и/или окислителя. Сама система подачи топлива и окислителя - становится участником формирования этих автоколебаний. Возникающие при этом колебания давлений и температур, воздействующих на трубопроводы, форсунки и топливные насосы - очень велики. И способны разрушить эти системы.
Мощные двигатели для американских ракет - ввиду серьезного увеличения диаметра сопла - вносили новое качество. Новый, квадратичный по увеличению диаметра сопла(и соответственно мощности двигателя), - уровень амплитуд автоколебаний в камере сгорания. Новые риски
Несколько полетов ракет с сомнительными по указанной причине ЖРД нового поколения без многократной "обкатки" этих двигателей - нечто из области несколько раз подряд выпадающего одному игроку чистого мизера в преферансе - типа ищи шулера.
Упомянутое в книге Попова неиспользование в последующем развитии космонавтики столь удачного, несмотря на ожидаемую опасность и непредсказуемость, двигателя - нонсенс!
