El RD-120 ( Índice GRAU 11D123 ) es un motor de cohete de etapa superior líquido que quema RG-1 ( queroseno refinado ) y LOX en un ciclo de combustión por etapas rico en oxidantes con una relación O/F de 2,6. [2] [3] [4] Se utiliza en la segunda etapa de la familia de vehículos de lanzamiento Zenit . [1] Tiene una única cámara de combustión fija y, por lo tanto, en el Zenit está emparejado con el motor Vernier RD-8 . El motor fue desarrollado entre 1976 y 1985 por NPO Energomash con VP Radovsky liderando el desarrollo. [3] Es fabricado, entre otros, por Yuzhmash en Ucrania . [5]
No debe confundirse con el RD-0120 , que es un motor de cohete LOX/hidrógeno descontinuado que se utilizó en el sistema de lanzamiento soviético Energia .
Durante el desarrollo inicial del programa Buran del 11D77 —el vehículo de lanzamiento conocido posteriormente como Zenit— , se había asignado a KBKhA el desarrollo del motor de segunda etapa, como ya había hecho para los vehículos Proton y Soyuz . Pero dadas las dificultades para NPO Energomash en el desarrollo del RD-123 (que posteriormente sería conocido como RD-170 ), cedieron el desarrollo del motor sustentador de hidrógeno/oxígeno a KBKhA. Este proyecto, análogo del SSME , fue el proyecto RD-130 dentro de NPO Energomash. Pero cuando KBKhA abordó el desarrollo, lo denominó RD- 0 120 , un nombre que siempre es fuente de confusión con el motor del presente artículo. A cambio de que abordaran el difícil desarrollo del motor de propulsante criogénico, Energomash asumió la responsabilidad de desarrollar el motor de segunda etapa del 11D77, que finalmente sería conocido como RD-120 . [6] El hecho de que el RD-120 y el RD-0120 tuvieran esta concepción entrelazada, dentro del mismo programa, y con intercambio de oficinas de diseño, no ayuda a evitar la confusión.
El 16 de marzo de 1976, el Gobierno aprobó una resolución para el desarrollo de Zenit, el RD-171 y el RD-120. [7] En abril de 1976, Yuzhnoye suministró a NPO Energomash los requisitos finales para la propulsión de primera y segunda etapa del 11D77. Uno de los efectos deseables de consolidar la propulsión de primera y segunda etapa en el mismo diseñador fue que podrían aprender sus lecciones sobre motores de combustión por etapas en el motor de etapa superior más pequeño y simple, y luego aplicarlas al motor de primera etapa más grande y más innovador RD-170. NPO Energomash ya había trabajado en un prototipo de motor de combustión por etapas de queroseno / oxígeno en ese rango, basado en el motor hipergólico RD-268 , que ya estaba en producción en serie con Yuzhmash . [8] [9] En febrero de 1977, se terminó el diseño preliminar del RD-120. [7] Y el 31 de enero de 1979 se realizó la primera prueba de fuego del RD-120. [7]
El RD-120 tuvo un debut complicado, con la segunda etapa fallando en su primer vuelo (13 de abril de 1985), segundo vuelo (21 de junio de 1985) y cuarto vuelo (28 de diciembre de 1985). Si bien solo el primer fallo pudo atribuirse al RD-120 (el regulador de flujo de combustible tuvo una fuga y la etapa se quedó sin combustible antes de estar en órbita), el desempeño inicial del programa fue bastante problemático. Finalmente demostró su valía, y en diciembre de 1987 el RD-120 (y el Zenit) fueron considerados comisionados. [7] Pero en los años de la disolución soviética, la segunda etapa falló dos veces seguidas el 30 de agosto de 1991 y el 5 de febrero de 1992. El Zenit tuvo otros fallos de segunda etapa, pero solo el primero ha sido atribuido directamente al propio RD-120. [10]
En el año 1990 el Jefe del Departamento de Propulsión de NPO Energomash y su principal diseñador, V. K. Chvanov, recibió el Premio Estatal por la creación del RD-120. [7]
En octubre de 1992, Pratt & Whitney firmó un acuerdo con NPO Energomash para vender y representar su línea de motores en los Estados Unidos. [11] Durante la versión inicial del programa X-34 , que intentaba desarrollar un vehículo de lanzamiento reutilizable para cargas útiles pequeñas a través de una asociación pública/privada, el RD-120 fue considerado seriamente para la primera etapa lanzada desde el aire del 747. El RD-120 ofrecía el mejor precio y rendimiento, y fue la opción preferida de Orbital Sciences . [11] De hecho, el 11 de octubre de 1995, el RD-120 fue disparado en los EE. UU. y, por lo tanto, se convirtió en el primer motor de cohete ruso activamente en producción en ser disparado en suelo estadounidense. [12] Esta versión del motor, se diferenciaría principalmente del Zenit en la adición de un soporte de cardán que le permitiría ofrecer TVC . Esta versión sería conocida como RD-120M . [12] El segundo socio privado del programa X-34, Rockwell International , quería utilizar su propio motor, el RS-27 . Y, dadas las limitaciones de tiempo y presupuesto del programa, no se pudo resolver la selección del motor y el programa se canceló y se reimplementó como el programa de investigación puramente de la NASA por el que más tarde se conocería al X-34. [11]
También durante la década de 1990, los chinos adquirieron dos o tres modelos del RD-120, y posiblemente algo de documentación. [13] [14] Esto les permitió impulsar su programa autóctono de motores de combustión por etapas de queroseno, el YF-100 y el YF-115 . [14]
El RD-120 tenía márgenes significativos incorporados, lo que permitió entre 2001 y 2003 desarrollar una versión modernizada 'Uprated' o 'Forced' del motor para Sea Launch que aumentó el empuje un 10% a 912 kN (205.000 lbf). [9] También incorporó muchas mejoras, lo que le permitió aumentar la presión de la cámara y el empuje sin aumento de peso adicional. [1] Todavía tiene un margen extra del 5%, extendió la vida de diseño a 4260 segundos, el número de igniciones a 19 y permite considerarlo como una base para un cohete reutilizable, el motor todavía no es capaz de reiniciarse en vuelo. Después de un programa que utilizó 4 motores de prueba y realizó 28 pruebas de fuego caliente con un tiempo de funcionamiento acumulado de 8.135 segundos, el motor fue calificado para el vuelo. [9] Las pruebas comenzaron en marzo de 2004 y tuvo su vuelo debut el 15 de febrero de 2006, donde orbitó con éxito EchoStar X. [15] [16]
Este motor ha tenido dos versiones operativas y algunas variaciones propuestas:
Sin tener en cuenta las variaciones directas del RD-120, este influyente motor ha sido la base de muchos motores derivados en cuatro países. Los RD-801 y RD-810 ucranianos , los YF-100 y YF-115 chinos , así como el SCE-200 indio, se remontan directamente al RD-120. La familia de motores soviéticos/rusos RD-170 se desarrolló sobre la base de las lecciones aprendidas del proyecto RD-120.
Como se indica en la sección Historia, el RD-120 se utilizó como la primera aplicación práctica de la combustión por etapas rica en oxidantes con propulsor de queroseno en NPO Energomash , antes de abordar el RD-170 . Por lo tanto, si bien esta última familia de motores tiene parámetros de rendimiento más agresivos y el proyecto original (el RD-123) es anterior al RD-120, fue de hecho el primer diseño real del desarrollo de la serie. [8]
Aunque la experiencia de propulsión de Yuzhnoye se había basado principalmente en motores con propulsores hipergólicos , como el RD-855 o el RD-861 , se consideraban demasiado tóxicos para los estándares ecológicos modernos. [4] [26] Aunque todavía ofrecen desarrollar propulsión hipergólica, como en el caso del RD-843 para la etapa AVUM de Vega o el proyecto Tsyklon-4 , para la familia de vehículos de lanzamiento Mayak se decidió utilizar un propulsor LOX y queroseno más respetuoso con el medio ambiente. [27]
Yuzhnoye no sólo había dominado el ciclo más complejo para el propulsor ( ciclo de combustión por etapas rico en oxidante ) con el RD-8 , sino que también había trabajado en estrecha colaboración con NPO Energomash durante el programa RD-120. La fabricación se realiza en su empresa hermana de Yuzhmash en Ucrania , y el proyecto de aumento de empuje del RD-120 de 2001 a 2003 había sido un proyecto mixto entre las tres empresas. [27]
Sobre la base de esta experiencia, se propuso una familia de motores derivados. Los RD-805 y RD-809 son en su mayoría modificaciones del RD-8, pero los miembros de la familia RD-801 y RD-810 pueden considerarse verdaderos descendientes del RD-120. [27] Una característica de esta familia es la limitación de mantener la temperatura de salida del prequemador por debajo de los 500 °C (932 °F). [27]
El 2 de junio de 2005, la India y Ucrania firmaron el Acuerdo Marco entre el Gobierno de Ucrania y el Gobierno de la República de la India sobre Cooperación en los Usos Pacíficos del Espacio Ultraterrestre , que entraría en vigor el 15 de febrero de 2006. [28] Según un comunicado de prensa oficial del 26 de marzo de 2013 del Ministerio de Desarrollo Económico y Comercio de Ucrania, el desarrollo de un motor de cohete para vehículos de lanzamiento indios se inició en 2006 en el marco de un proyecto conjunto indio-ucraniano llamado "Jasmine". [29] [30]
Los planos del motor que supuestamente fueron transferidos por Ucrania a la India han sido identificados como el RD-810. [31] Dado que la transferencia excluía específicamente los métodos de análisis de ingeniería y el software, los indios, de hecho, tuvieron que desarrollar la mayoría de las tecnologías y modelos de ingeniería para fabricar y certificar el motor. [32] [33] [34] Dadas las especificaciones prácticamente idénticas al RD-810, y el hecho de que incluso los indios usaron los renders de Yuzhnoye del motor en sus presentaciones, se puede considerar al menos fuertemente influenciado por el RD-120. [35]
Durante la década de 1990, los chinos adquirieron dos o tres modelos del RD-120, y posiblemente algo de documentación. [13] [14] Esto les permitió impulsar su programa autóctono de motores de combustión por etapas de queroseno, el YF-100 y el YF-115 . [14]
Al igual que en el caso de los indios y el RD-810, la transferencia de los motores físicos y los planos sólo ayudaron al desarrollo, pero éste requirió diez años de investigación, lo que requirió el dominio de 70 tecnologías clave, el desarrollo de 50 nuevos materiales y la construcción de 61 juegos de motores con un total combinado de más de 40.000 segundos de tiempo de ignición en 2013. [36]
