El NK-33 y el NK-43 son motores de cohetes diseñados y construidos a finales de los años 1960 y principios de los 1970 por la Oficina de Diseño Kuznetsov . La designación NK deriva de las iniciales del diseñador jefe Nikolay Kuznetsov . El NK-33 se encontraba entre los motores de cohetes LOX / RP-1 más potentes cuando se construyó, con un alto impulso específico y una baja masa estructural. Estaban destinados al desafortunado cohete lunar soviético N1F , que era una versión mejorada del N1. El motor cohete NK-33A se utiliza ahora en la primera etapa del vehículo de lanzamiento Soyuz-2-1v . Cuando se agote el suministro de motores NK-33, Rusia suministrará el nuevo motor cohete RD-193 . Solían ser los motores de primera etapa de la serie de cohetes Antares 100 , aunque esos motores pasan a llamarse AJ-26 y las nuevas series de cohetes Antares 200 y Antares 200+ utilizan el RD-181 para los motores de primera etapa, que es un motor modificado. RD-191, pero comparte algunas propiedades como una única cámara de combustión a diferencia de las dos cámaras de combustión utilizadas en el RD-180 del Atlas V y las cuatro cámaras de combustión utilizadas en el RD-170 de las familias de cohetes Energia y Zenit, y el RD. -107 , RD-108 , RD-117 y RD-118 utilizados en todas las variantes del cohete Soyuz.
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Los motores de la serie NK-33 son motores de cohetes bipropelentes de ciclo de combustión por etapas ricos en oxígeno, refrigerados regenerativamente y de alta presión . Las turbobombas requieren oxígeno líquido subenfriado (LOX) para enfriar los cojinetes. [2] Estados Unidos no había investigado tecnologías de combustión ricas en oxígeno hasta el proyecto Integrated Powerhead Demonstrator a principios de la década de 2000. [3] Los soviéticos, sin embargo, perfeccionaron la metalurgia detrás de este método. La boquilla se construyó con metal corrugado, soldado a un revestimiento exterior e interior, dando una estructura simple, liviana pero resistente. Además, dado que el NK-33 utiliza LOX y RP-1 como propulsores, que tienen densidades similares, se podría utilizar un único eje giratorio para ambas turbobombas. [4] [ verificación fallida ] El motor NK-33 tiene una de las relaciones empuje-peso más altas de cualquier motor de cohete lanzable desde la Tierra; sólo los motores NPO Energomash RD-253 , SpaceX Merlin 1D y SpaceX Raptor logran una relación más alta. El impulso específico del NK-33 es significativamente mayor que el de ambos motores. El NK-43 es similar al NK-33, pero está diseñado para una etapa superior, no para una primera etapa. Tiene una boquilla más larga, optimizada para funcionar en altitud, donde hay poca o ninguna presión de aire ambiental. Esto le da un mayor empuje y un impulso específico, pero lo hace más largo y pesado. Tiene una relación empuje-peso de aproximadamente 120:1. [5]
Los predecesores del NK-33 y NK-43 son los anteriores motores NK-15 y NK-15V respectivamente.
La tecnología rica en oxígeno sigue viva en los motores RD-170/-171 , su RD-180 y los derivados RD-191 desarrollados recientemente , pero estos motores no tienen conexión directa con el NK-33, excepto por la combustión por etapas rica en oxígeno. tecnología de ciclo, el combustible queroseno/RP-1, y en el caso del RD-191 y sus variantes como el RD-193 y el RD-181, la cámara de combustión única en lugar de las cámaras múltiples de los motores de cohetes rusos anteriores.
El lanzador N-1 utilizó originalmente motores NK-15 para su primera etapa y una modificación de gran altitud (NK-15V) en su segunda etapa. Después de cuatro lanzamientos fallidos consecutivos y ningún éxito, el proyecto fue cancelado. Mientras se modificaban o rediseñaban otros aspectos del vehículo, Kuznetsov mejoró sus contribuciones al NK-33 y NK-43 respectivamente. [6] El vehículo de segunda generación se llamaría N-1F. En ese momento, la carrera lunar ya hacía tiempo que estaba perdida y el programa espacial soviético miraba al Energia como su lanzador pesado. Ningún N-1F llegó jamás a la plataforma de lanzamiento. [7]
Cuando se cerró el programa N-1, se ordenó la destrucción de todo el trabajo del proyecto. En cambio, un burócrata tomó los motores, valorados en millones de dólares cada uno, y los almacenó en un almacén. La noticia de los motores finalmente se extendió a los EE. UU. Casi 30 años después de su construcción, los ingenieros de cohetes fueron llevados al almacén. Posteriormente, uno de los motores fue llevado a los EE. UU. y las especificaciones precisas del motor se demostraron en un banco de pruebas. [7]
La tecnología de ciclo cerrado del NK-33 funciona enviando el escape de los motores auxiliares a la cámara de combustión principal. Los ingenieros de cohetes occidentales creían que esta tecnología era imposible. [8] En este diseño, el O 2 líquido completamente calentado fluye a través del prequemador y hacia la cámara principal. La mezcla extremadamente caliente rica en oxígeno hacía que el motor fuera peligroso: se sabía que derretía piezas fundidas de 3 pulgadas (76 mm) de espesor "como cera de vela [ cita requerida ] . Una de las controversias en el Kremlin sobre el suministro del motor a los EE. UU. fue que el diseño del motor era similar al diseño del motor ruso ICBM. El diseño del NK-33 se utilizó en el posterior motor RD-180 , que tenía el doble de tamaño que el NK-33. Se utilizaron los motores RD-180 (a partir de 2016) para propulsar el cohete Atlas V. Esta empresa también adquirió una licencia para la producción de nuevos motores. [9] [10] [11]
En el "Bosque de Motores" sobrevivieron unos 60 motores, como lo describieron los ingenieros durante un viaje al almacén. A mediados de la década de 1990, Rusia vendió 36 motores a Aerojet General por 1,1 millones de dólares cada uno y los envió a las instalaciones de la empresa en Sacramento, California. [12] Durante la prueba del motor en Sacramento, el motor alcanzó sus especificaciones.
Aerojet ha modificado y renombrado el NK-33 actualizado a AJ26-58 , AJ-26-59 y AJ26-62 , y NK-43 a AJ26-60 . [9] [10] [11] [13]
Kistler Aerospace, más tarde llamado Rocketplane Kistler (RpK), diseñó su cohete K-1 alrededor de tres NK-33 y un NK-43. El 18 de agosto de 2006, la NASA anunció que RpK había sido elegida para desarrollar servicios de transporte orbital comercial para la Estación Espacial Internacional . El plan requería vuelos de demostración entre 2008 y 2010. RpK habría recibido hasta 207 millones de dólares si hubieran cumplido todos los hitos de la NASA, [14] [15] [16] pero el 7 de septiembre de 2007, la NASA emitió una carta por defecto, advirtiendo que Rescindiría el acuerdo COTS con Rocketplane Kistler en 30 días porque RpK no había cumplido varios hitos del contrato. [17]
La versión inicial del lanzador de elevación ligera a media Antares de Orbital Sciences tenía dos NK-33 modificados en la primera etapa, una segunda etapa sólida basada en Castor 30 y una tercera etapa sólida o hipergólica opcional . [18] Los NK-33 fueron importados de Rusia a los Estados Unidos, modificados y redesignados como Aerojet AJ26. Esto implicó eliminar algunos arneses eléctricos, agregar electrónica estadounidense, calificarlo para propulsores estadounidenses y modificar el sistema de dirección. [19]
En 2010, los motores NK-33 almacenados se probaron con éxito para su uso en el lanzador de elevación ligera a media Antares de Orbital Sciences . [19] El cohete Antares fue lanzado con éxito desde las instalaciones de vuelo Wallops de la NASA el 21 de abril de 2013. Esto marcó el primer lanzamiento exitoso de los motores tradicionales NK-33 construidos a principios de la década de 1970. [20]
Aerojet acordó reacondicionar suficientes NK-33 para cumplir el contrato de servicios de reabastecimiento comercial de la NASA de 16 vuelos de Orbital . Más allá de eso, tenía un arsenal de 23 motores de las décadas de 1960 y 1970. Kuznetsov ya no fabrica motores, por lo que Orbital intentó comprar motores RD-180 . Debido a que el contrato de NPO Energomash con United Launch Alliance lo impedía, Orbital demandó a ULA, alegando violaciones antimonopolio. [21] Aerojet se ofreció a trabajar con Kuznetsov para reiniciar la producción de nuevos motores NK-33, para asegurar a Orbital un suministro continuo. [22] Sin embargo, los defectos de fabricación en la turbobomba de oxígeno líquido del motor y los defectos de diseño en el conjunto de equilibrio hidráulico y los cojinetes de empuje se propusieron como dos posibles causas de la falla del lanzamiento del Antares en 2014 . [23] Como se anunció el 5 de noviembre de 2014, Orbital decidió abandonar la primera etapa del AJ-26 del Antares y buscar un motor alternativo. El 17 de diciembre de 2014, Orbital Sciences anunció que utilizaría el NPO Energomash RD-181 en vehículos de lanzamiento Antares de segunda generación y había contratado directamente con NPO Energomash hasta 60 motores RD-181. En la primera etapa del Antares serie 100 se utilizan dos motores . [24]
RSC Energia propone un vehículo de lanzamiento "Aurora-L.SK", que utilizaría un NK-33 para impulsar la primera etapa y un Blok DM-SL para la segunda etapa. [25]
A principios de la década de 2010, la familia de vehículos de lanzamiento Soyuz fue modernizada con el motor NK-33, utilizando el menor peso y la mayor eficiencia para aumentar la carga útil; un diseño más simple y el uso de hardware sobrante podrían en realidad reducir los costos. [26] TsSKB-Progress utiliza el NK-33 como motor de primera etapa de la versión ligera de la familia de cohetes Soyuz , el Soyuz-2-1v . [27] El NK-33A destinado a la Soyuz-2-1v fue disparado en caliente con éxito el 15 de enero de 2013, [28] tras una serie de pruebas de sistemas y fuego en frío de la Soyuz-1 completamente ensamblada en 2011-2012. [29] El cohete propulsado por NK-33 fue finalmente designado Soyuz-2-1v , y su vuelo inaugural tuvo lugar el 28 de diciembre de 2013. Un motor NK-33 reemplaza al RD-108 central de la Soyuz , con los cuatro propulsores del primero. etapa omitida. No se ha construido una versión del cohete Soyuz con cuatro propulsores propulsados por motores NK-33 (con un motor por propulsor), lo que da como resultado una carga útil reducida en comparación con el vehículo de lanzamiento Soyuz-2 .
A lo largo de los años han existido muchas versiones de este motor:
