Die NK-33Triebwerke – Teil 2
Heute geht es bei den NK-33 Triebwerken, weiter mit Teil 2: Plänen sie in russischen Trägern einzusetzen
Nach dem Zusammenbruch des N-1 Programmes
1974 wurden alle Arbeiten an der N-1 eingestellt. Während viele Teile der Raketen sehr praktisch verwendet wurden (als Garagendächer, für Sandkästen etc.) oder verschrottet wurden, entging der Großteil der NK-33 Triebwerke diesem Schicksal. Sie wurden in einem Warenlager eingelagert. Wie viele Triebwerke überlebten, darüber gibt es keine zuverlässigen Zahlen. Es wird die Zahl 150 genannt. Heute (2011) existieren mit Sicherheit noch 66 Triebwerke (36 in den USA, 30 in Samara) die einsatzbereit sind. Ob es noch weitere gibt und in welchem Zustand sich diese befinden ist ungeklärt. Es gab in der Folge zahlreiche Ideen, die Triebwerke auch in russischen Raketen zu verwenden. Keiner dieser Vorschläge wurde jedoch umgesetzt, obwohl einige recht jung sind (Angara 5-SLK, Sojus 1, 2-3). Wie bei anderen Trägerprojekten Russlands fehlte das Geld für die dafür notwendigen Entwicklungsarbeiten. So kam Bewegung erst als sich die amerikanische Firma Kistler für die Triebwerke für ihre Kistler K-1 interessierte.
Sojus Varianten mit dem NK-33
Auch in Russland überlegte man wie man das NK-33 einsetzen konnte. Dabei war vor allem interessant, dass ein NK-33 mehr Schub hatte als das RD-107/108 der Sojus, trotz vier Brennkammern. So wurde überlegt es dort einzusetzen.
Yamal
Unter der Bezeichnung Yamal (oder Geos) wurde das Konzept der Rus weiter verfolgt. Da die RUS als zuerst favorisierter Sojus Nachfolger zu teuer wurde, beschränkte man bei der Yamal die Änderungen und reduzierte die Zahl der neuen Elemente. So sollten die Tanks der Rakete nicht erweitert werden. Die vier Außenblocks wurden unverändert übernommen. Das zentrale Triebwerk in Block A aber durch wahlweise ein NK-33 oder ein RD-0120 ersetzt werden. Diese Idee wurde in der Folge bei verschiedenen Modifikationen wieder aufgegriffen. Neu war eine nicht genauer definierte Oberstufe namens „Taimyr“. Sie hätte den Block L der Molnija ersetzt und sollte das Triebwerk RD-0161 mit rund 20 kN Schub einsetzen.
Aurora
Eine zweite Sojus Variante war die Aurora. In ihr wären die RD-107 des Außenblocks durch RD-107A und das Zentraltriebwerk durch ein NK-33 ersetzt worden. Da das NK-33 über einen höheren Schub als das RD-108 verfügt, wäre der Durchmesser des LOX-Tanks der Zentralstufe auf 3,40 m vergrößert worden. Dies war auch wegen des veränderten Mischungsverhältnis notwendig.
Die Aurora war als kommerzielle Rakete gedacht, und nicht primär für den Start russischer Nutzlasten. Die Ende der neunziger Jahre stark sinkenden Startzahlen bei Transporten in den GTO und die Möglichkeit die Sojus von Kourou aus zu starten, führten zum Einstellen des Projektes.
Sojus 1
Eine neue Variation der Sojus ist die Sojus 1. Anders als die früheren Projekte handelt es sich nicht um eine leistungsstärkere Version, sondern um eine Trägerrakete im Nutzlastbereich der Rockot und Dnepr. Die Sojus 1 hat keine Booster. Der Block A wird von einem einzelnen NK-33 Triebwerk angetrieben. Der Durchmesser der unteren Sektion verjüngt sich auf 2,05 m. Die erste und zweite Stufe sind die gleichen wie bei der Sojus 2-1b. Dazu kommt eine Verkleidung des Typs „Yantar“, die auch für militärische Starts der Sojus eingesetzt wird. Die Sojus 1 wiegt beim Start 136 t, hat eine Höhe von 44,00 m und einen Startschub von 1.550 kN. Die Nutzlast soll 2.850 kg in einen 200 km hohen Orbit von Baikonur aus betragen. Die Sojus 1 existiert bisher nur auf dem Papier. Sie hat den Vorteil durch die weitgehende Übernahme der bisherigen Stufen kompatibel zu den Launchpads der Sojus 2 zu sein.
Sojus 2-3
Ersetzt man dagegen in der Sojus 2-1b in der Zentralstufe das RD-108A durch ein NK-33, so erhält man die Sojus 2-3. Das schwenkbare NK-33-1 macht auch die vier Vernierdüsen überflüssig. Sein um rund 80 t höherer Schub erlaubt es, Block-A auf einen Durchmesser von durchgehend 2,66 m zu erweitern. Die Startmasse der Sojus 3 liegt bei rund 335,5 – 340 t. Dies sind rund 25 t mehr als bei der Sojus 2-1b. Bei einer Höhe von 47,00 m bringt die Sojus 2-3 zwischen 10 und 10,7 t in einen erdnahen Orbit (verglichen mit 8,3-9,2 t bei der Sojus 2) und 2,48-3,9 t in den GTO Orbit (mit der Fregat Oberstufe, Start von Baikonur aus: normale Sojus: 1.800 kg). Die Leistung liegt so um rund 20 % höher als bei der Sojus 2-1b.
Angara-L..SK
Eine von RSC Energija vorgeschlagene neue Rakete hätte in der ersten Stufe ein NK-33 Triebwerk und als zweite Stufe einen Block DM in der Sealaunch Variante eingesetzt.
Anfang Oktober wurde auf dem Versuchsstand bei OAO Kuznecow für 40 Sekunden das leicht überarbeitete NK-33 für die Sojus durch ODK (АО Объединенная двигателестроительная корпорация) erfolgreich getestet. Innerhalb von zwei Wochen wird die Arbeit abgeschlossen sein und der fünfte NK-33 geht an den Kunden zu RKZ Progress.
Die Zukunft des Triebwerks ist aber ungewiss, die russischen Raketenbauer als auch die USA sind für die RD-193/RD-181. Auf der anderen Seite ist die Rede von einer Serienfertigung (Info vom August 2015) ab 2019 für Sojus-2.1w. Die genauen Zahlen zu den vorhandenen Triebwerken wurden auf einen Kongress 2006 in Moskau veröffentlicht, siehe Link. Der NK-33 hat auch ein Weltrekord, im Jahr 1990 wurde ein Triebwerk 17 mal über seine volle Brenndauer ohne Probleme gezündet.
http://www.space-propulsion.info/resources/articles/NK-33-1.pdf
Ja, für die Mondlandung war eine Version der N-1 für 95 Tonnen Nutzlast mit folgenden Änderungen vorgesehen:
– Zusätzliche 6 Triebwerke im zentralen Teil der Trägerrakete
– Azimut Veränderung beim Start
– Reduzierung der Referenzbahn
– Erhöhung des Treibstoffes durch Unterkühlung
Dadurch kommen wir auf 95 Tonnen Nutzlast bei einer Startmasse von 2850 Tonnen.
Noch etwas Geschichte, die erste Arbeit an dem Träger für etwa 70 Tonnen Nutzlast begann im OKB-1 am 14 September 1956 und am 15 Juli 1957 wurden die ersten Ergebnisse Koroljow vorgelegt. Am 30 Juli 1958 folgte die erste Entscheidung des Zentralkomitees und der Ministerrates über die Entwicklung einer schweren Trägerrakte.
Tja und die in die USA gelieferten Triebwerke versagen dann. Sehr merkwürdig. Es gab zweimal Brände bzw. Explosionen bei Tests oder dem Hotfire vor dem Einbau und einmal versagte es direkt nach dem Start bei nur 10 eingesetzten Triebwerken keine tolle Bilanz. Aber ich bin überzeugt daran kann nur Aerojet schuld sein, die verstehen ja auch nichts von Triebwerken….
Nun ja, bei aller Wertschätzung zu Kuznecow, die Zeit der NK-33 trotz dem besseren Schub-Gewicht-Verhältnis ist für mich abgelaufen. Das wäre auch kein Grund zu Produktion des Triebwerks. Die modernen RD-193 mit neuen technologischen Lösungen darunter der Schubvektorsteuerung sind um 300 kg leichter und um 760 mm kleiner als die RD-191 der Angara, haben mehr Schub und um 5% höheren Isp.
Die Zukunft der Kuznecow NK-33 ist fraglich, die RD-193 sind deutlich besser. Was die meisten aber nicht wissen, sämtliche bemannte Starts von Gagarin bis heute erfolgten mit Kuznecow Triebwerken und zu 80% kommerzielle Starts. Nach den Worten des Direktors der Raketentriebwerke I. Firman, haben die Triebwerke eine Zuverlässigkeit von 0,9998, das ist schon sehr sehenswert. Der Produktionszyklus umfasst etwa 10 Monate, so umfasste die Produktion 2014 mehr als 20 Triebwerke für die Sojus.
Noch etwas Statistik, seit 1958 wurden 10000 RD-107 Triebwerke produziert. Der Umfang der Kuznecow Produktion steigt ständig, für die nächsten 2-3 Jahre soll sich die Produktion um 250-300% vergrössern. Dort wurden/werden die NK-12 für TU-95MS, NK-25 für TU-22M3 und NK-32 für TU-160 als auch Gasturbinen Triebwerk NK-14ST sowie weitere Triebwerke für die Industrie gefertigt.