El RD-180 ( en ruso : Ракетный Двигатель-180 (РД-180) , romanizado : Raketnyy Dvigatel-180 , lit. 'Motor cohete-180') es un motor cohete diseñado y construido en Rusia. Cuenta con una cámara de combustión dual , un diseño de doble boquilla y está alimentado por una mezcla RP-1 / LOX . El RD-180 se deriva de la línea de motores cohete RD-170 , que se usaron en el vehículo de lanzamiento soviético Energia . El motor fue desarrollado para su uso en los vehículos de lanzamiento estadounidenses Atlas III y Atlas V y voló por primera vez en 2000. Nunca se usó en ningún otro cohete. El motor ha volado con éxito en los seis vuelos Atlas III y en 99 vuelos Atlas V, con solo un fallo no crítico en marzo de 2016.
El Atlas V se está eliminando gradualmente debido a las implicaciones de seguridad nacional de la dependencia del motor construido en Rusia, [1] que se convirtió en una preocupación después de la anexión rusa de Crimea . En 2021, el fabricante de Atlas, United Launch Alliance, anunció que retiraba el Atlas V y que ya había recibido la entrega de los motores RD-180 para los cohetes restantes. [2] A junio de 2024 [actualizar], quedan 16 lanzamientos. En 2022, se interrumpieron los suministros y el mantenimiento rusos como resultado de las sanciones comerciales impuestas después de la invasión rusa de Ucrania en 2022 .
Las cámaras de combustión del RD-180 comparten una única unidad de turbobomba, al igual que en su predecesor, el RD-170 de cuatro cámaras . El RD-180 se alimenta con una mezcla de RP-1 / LOX y utiliza un ciclo de combustión por etapas de alta presión y extremadamente eficiente . El motor funciona con una relación oxidante-combustible de 2,72 y emplea un prequemador rico en oxígeno, a diferencia de los diseños estadounidenses típicos ricos en combustible.
La termodinámica del ciclo permite que un prequemador rico en oxígeno proporcione una mayor relación potencia-peso , pero con el inconveniente de que se debe transportar oxígeno gaseoso a alta presión y alta temperatura por todo el motor. Si las superficies en contacto con este oxígeno fueran de metal desnudo, se corroerían demasiado rápido. El RD-180 resuelve este problema utilizando un recubrimiento de esmalte inerte sobre todas las superficies metálicas en contacto con el oxígeno caliente. [3]
Los movimientos de las toberas del motor están controlados por cuatro actuadores hidráulicos . El motor puede regularse entre el 47% y el 100% del empuje nominal. [4]
Las raíces del motor cohete RD-180 se remontan al vehículo de lanzamiento soviético Energia . El RD-170, un motor de cuatro cámaras, fue desarrollado para su uso en los propulsores acoplables a este vehículo, que finalmente lanzó el orbitador Buran . Este motor se redujo a una versión de dos cámaras combinando los dispositivos de combustión del RD-170 con turbomáquinas de la mitad de tamaño. Después de un desempeño exitoso en un banco de pruebas y acuerdos de alto nivel entre el gobierno de los EE. UU. y el gobierno ruso , los motores se importaron a los EE. UU. para su uso en el Lockheed Martin Atlas III , que voló de 2000 a 2005. El motor se ha utilizado desde 2002 en el United Launch Alliance Atlas V , el sucesor del Atlas III. [5]
El motor tiene características de diseño similares [ aclaración necesaria ] al NK-33 , que fue desarrollado por una oficina diferente ( Kuznetzov ) casi una década antes.
Las dudas sobre la fiabilidad de la cadena de suministro del RD-180 surgieron tras la intervención militar rusa en Ucrania en marzo de 2014. Durante más de 13 años desde que el motor se utilizó por primera vez en el vehículo de lanzamiento Atlas III en 2000, no hubo ningún peligro grave para el suministro de motores, a pesar de un historial desigual de las relaciones entre Estados Unidos y Rusia desde la Guerra Fría . Sin embargo, el empeoramiento de las relaciones entre Occidente y Rusia después de marzo de 2014 condujo a varios bloqueos autoimpuestos, incluida una orden judicial de corta duración de los tribunales estadounidenses que no dejaba claro si el alcance de las sanciones estadounidenses cubría la importación del motor ruso. [6]
El 13 de mayo de 2014, el viceprimer ministro ruso, Dmitri Rogozin, anunció que "Rusia prohibirá a Estados Unidos utilizar motores de cohetes de fabricación rusa para lanzamientos militares" [7] , una carga útil frecuente del vehículo de lanzamiento ULA Atlas V , que impulsa su primera etapa con un solo motor RD-180 que se agota después de cada vuelo. [8] En respuesta, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos solicitó a la Corporación Aeroespacial que evaluara alternativas para impulsar el cohete Atlas 5 con motores que no fueran RD-180. Las primeras estimaciones en 2014 fueron que se necesitarían cinco o más años para reemplazar el RD-180 en el Atlas V. [9]
Aunque el gobierno ruso podría cortar el suministro a ULA de motores RD-180 importados, el Congreso de los EE. UU. , con el apoyo emergente de la Fuerza Aérea , llegó a la conclusión de que no sería ventajoso construir una línea de producción estadounidense para el RD-180, principalmente porque necesitaría una licencia del gobierno ruso. Sin embargo, en 2014 el Congreso de los EE. UU. abogó por un nuevo programa de motores de cohetes estadounidense para poner en servicio un nuevo motor en 2022. [10]
En junio de 2014, Aerojet Rocketdyne propuso que el gobierno federal "financiara un sistema de propulsión de cohetes totalmente nuevo, de origen estadounidense", el motor de cohete AR-1 de queroseno/ LOX de 2200 kilonewton (500 000 lbf) de empuje . A junio de 2014 , la proyección de Aerojet era que el costo de cada motor sería inferior a los 25 millones de dólares por par de motores, sin incluir el costo de desarrollo de hasta 1000 millones de dólares que financiaría el gobierno de los EE. UU. Aerojet creía que el AR-1 podría reemplazar al RD-180 en la flota de vehículos de lanzamiento desechables evolucionados de los EE. UU. , y que sería más asequible. [11][actualizar]
El 21 de agosto de 2014, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos publicó una solicitud oficial de información (RFI) para un reemplazo del RD-180. La RFI busca información sobre "opciones de propulsión de refuerzo y/o material del sistema de lanzamiento que podrían proporcionar soluciones rentables y comercialmente viables para los requisitos de lanzamiento actuales y futuros del Espacio de Seguridad Nacional (NSS). El Comando Espacial de la Fuerza Aérea (AFSPC) está considerando una estrategia de adquisición para estimular el desarrollo comercial de sistemas de propulsión de refuerzo y/o sistemas de lanzamiento para aplicaciones de transporte espacial de clase EELV ( vehículo de lanzamiento desechable evolucionado )". El día anterior, la United Launch Alliance había recibido dos RD-180, los primeros desde la anexión rusa de Crimea . No estaba claro cuándo o si se reemplazaría el RD-180, y la RFI pidió varias opciones, incluida la similitud con el motor ruso, si vendría en una nueva configuración y el uso de "vehículos de lanzamiento alternativos" para la misión EELV. [12]
En 2014, RD-Amross vendió los RD-180 (a ULA) por 23,4 millones de dólares cada uno. [13]
En enero de 2015, Orbital Sciences Corporation recibió todos los permisos necesarios de los organismos gubernamentales para la entrega de 60 motores de NPO Energomash. [14]
El 24 de diciembre de 2015, United Launch Alliance anunció que había realizado un pedido de más motores RD-180 para ser utilizados por el vehículo de lanzamiento Atlas V, además de los 29 motores que la compañía había pedido antes de que se impusieran las sanciones estadounidenses a Rusia por Crimea, y solo unos días después de que el Congreso de los EE. UU. levantara la prohibición de los motores rusos para los cohetes estadounidenses. [ cita requerida ]
Hubo varios planes para fabricar el RD-180 en EE.UU., pero ninguno de ellos se materializó.
En virtud de la RD AMROSS , Pratt & Whitney tiene licencia para producir el RD-180 en los Estados Unidos. Según una evaluación de programas de armas importantes seleccionados realizada por la GAO en 2005, Pratt & Whitney tenía previsto empezar a construir el RD-180 en los Estados Unidos en 2008 y realizar un primer lanzamiento militar en 2012, [15] pero esto no ocurrió.
United Launch Alliance (ULA) anunció en febrero de 2015 que estaba considerando emprender la producción en Estados Unidos del motor ruso RD-180 en la planta de fabricación de etapas de cohetes de Decatur , Alabama. Los motores fabricados en Estados Unidos se utilizarían solo para lanzamientos civiles gubernamentales (NASA) y comerciales, no para lanzamientos militares estadounidenses. Este proyecto era un plan de respaldo al nuevo trabajo de desarrollo de motores de ULA con Blue Origin en el BE-4 . [16] En 2014, el Departamento de Defensa estimó que se necesitarían aproximadamente mil millones de dólares y cinco años para comenzar la fabricación nacional estadounidense del motor RD-180. [17]
En total, hasta el 14 de abril de 2021, Energomash entregó 122 motores de cohetes RD-180 a los Estados Unidos en más de 20 años. [18]
En una entrevista del 26 de agosto de 2021, el director ejecutivo de ULA, Tory Bruno, dijo que se instalaron tres o cuatro RD-180 en cohetes Atlas V para las próximas misiones, y que el resto se encontraba en un almacén. “Recibimos la entrega anticipada, por así decirlo, con el RD-180, así que puedo terminar esa relación y no depender de [Rusia] porque eso es lo que nos pidió el Congreso”, dijo. Los 122 motores RD-180 de Energomash generaron miles de millones en ingresos para el programa espacial de Rusia. [19]
Se investigaron varias opciones para reemplazar el RD-180 en Atlas V, pero ULA finalmente decidió reemplazar el cohete con Vulcan Centaur .
En febrero de 2010, a pesar de la disponibilidad de la documentación necesaria y los derechos legales para producir el RD-180 en los Estados Unidos, la NASA estaba considerando el desarrollo de un motor de etapa central autóctono que sería "capaz de generar altos niveles de empuje aproximadamente iguales o superiores al rendimiento del motor construido en Rusia". La NASA deseaba producir un motor completamente operativo para 2020 o antes, dependiendo de la asociación con el Departamento de Defensa de los EE. UU. [20]
Como resultado de consideraciones geopolíticas y políticas de los EE. UU ., United Launch Alliance consideró un posible reemplazo para el motor ruso RD-180 utilizado en el propulsor de primera etapa del ULA Atlas V. En junio de 2014 se emitieron contratos de estudio formales a varios proveedores de motores de cohetes estadounidenses. [1]
En septiembre de 2014, ULA anunció que había firmado una asociación con Blue Origin para desarrollar el motor BE-4 LOX / metano para reemplazar al RD-180 en un nuevo propulsor de primera etapa que sucedería al Atlas V. En ese momento, el motor ya estaba en su tercer año de desarrollo por parte de Blue Origin, y ULA esperaba que la nueva etapa y el motor comenzaran a volar no antes de 2019. Dos de los motores BE-4 de 2400 kilonewton (550 000 lbf ) de empuje se utilizarían en el nuevo propulsor del vehículo de lanzamiento. [1]
Dynetics y Aerojet Rocketdyne (AJR) también ofrecieron su motor de cohete AR1 alimentado con hidrocarburos como reemplazo del RD-180. [21] [22] El director ejecutivo de ULA, Tory Bruno, dijo a principios de 2015 que tanto la opción AR-1 como la fabricación estadounidense del RD-180 por ULA bajo licencia eran opciones de respaldo a la opción principal que ULA estaba buscando con el motor Blue Origin BE-4. [16] Para marzo de 2016, la Fuerza Aérea de los EE. UU. había firmado contratos de desarrollo con AJR y Blue Origin para financiar el desarrollo de ambos motores. [23]
El primer vuelo de Vulcan con nuevos motores ocurrió en enero de 2024. [24]
Al 25 de mayo de 2020 (20 años desde el primer lanzamiento del Atlas LV con RD-180), los 90 lanzamientos realizados hasta el momento fueron reconocidos como exitosos. [ ¿ Por quién? ]
A principios de los años 1990, la División de Sistemas Espaciales de General Dynamics (posteriormente adquirida por Lockheed Martin ) adquirió los derechos para utilizar el RD-180 en el Vehículo de Lanzamiento Despegable Evolucionado (EELV) y el programa Atlas . Como estos programas fueron concebidos para apoyar los lanzamientos del Gobierno de los Estados Unidos, así como los lanzamientos comerciales, también se dispuso que el RD-180 fuera coproducido por Pratt & Whitney . Sin embargo, toda la producción se llevó a cabo en Rusia. El motor fue vendido por una empresa conjunta entre el desarrollador y productor ruso del motor NPO Energomash y Pratt & Whitney, llamada RD Amross .
El RD-180 se utilizó por primera vez en el vehículo Atlas IIA-R, que era el vehículo Atlas IIA con el motor ruso (de ahí la R) que reemplazaba al motor principal anterior. Este vehículo fue posteriormente rebautizado como Atlas III . Se llevó a cabo un programa de desarrollo adicional para certificar el motor para su uso en la etapa primaria modular Common Core Booster del cohete Atlas V.
Se propuso utilizar el RD-180 [25] con una nueva familia de vehículos de lanzamiento espacial rusos Rus-M , propuestos por los contratistas de Roskosmos , [26] [27] pero el programa fue cancelado por la Agencia Espacial Rusa en octubre de 2011. [28]
En marzo de 2010, Jerry Grey, consultor del Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica y de la Asociación de Investigación Espacial de las Universidades y ex profesor de ingeniería aeroespacial en la Universidad de Princeton , sugirió utilizar el RD-180 para un posible vehículo de lanzamiento de carga pesada de la NASA. Para aquellos a quienes les pudiera preocupar una dependencia excesiva de Rusia, señaló que RD Amross estaba "muy cerca de producir una versión del RD-180 construida en Estados Unidos, y con alguna inyección de fondos de la NASA podría estar fabricando ese motor (y quizás incluso un equivalente de 1.700.000 lbf o 7,6 MN de empuje del RD-170) en unos pocos años". [29]
El 24 de febrero de 2022, Rusia inició una invasión militar a gran escala de Ucrania . Seis días después, el 2 de marzo de 2022, mientras Rusia continuaba la invasión, anunció el fin de todas las ventas y el apoyo de los motores RD-180 a los Estados Unidos, en represalia por las sanciones impuestas a Rusia por los EE. UU. por el ataque a Ucrania. [30]
Aerojet Rocketdyne apunta a un costo de $20 a $25 millones para cada par de nuevos motores AR-1 mientras la compañía continúa presionando al gobierno para financiar un sistema de propulsión de cohetes completamente nuevo, de origen estadounidense ... El esfuerzo para construir un nuevo sistema de propulsión de oxígeno líquido/queroseno de 500,000 libras de empuje tomaría alrededor de cuatro años desde la adjudicación del contrato y costaría aproximadamente de $800 millones a $1 mil millones. Tal motor está en la mira para el cohete Atlas V de United Launch Alliance (ULA) así como para el Antares de Orbital. ... [creemos] que [el AR-1 será] a la par, si no mejor, que el rendimiento del RD-180. También creemos que será más asequible”.
