MOTORI A CICLO CHIUSO

Il motore a razzo a ciclo chiuso o a combustione stadiata, è un ciclo termodinamico utilizzato nei motori a razzo. Una parte del propellente è bruciata in una camera di precombustione in modo da alimentare la turbina delle turbopompe di alimentazione principali. I gas di scarico sono poi immessi, insieme al restante propellente, nella camera di combustione principale dove la reazione di combustione si completa.

Il vantaggio risiede nel fatto che tutto il calore dei gas rimane nel ciclo del motore e passa per la camera di combustione principale e l'ugello a differenza del ciclo a generatore di gas (ciclo aperto) dove i gas di scarico in uscita dalle turbopompe sono espulsi separatamente da quelli della camera di combustione principale, comportando una piccola percentuale di perdita di efficienza nella spinta.

Un altro vantaggio è la sovrabbondanza di potenza disponibile che permette di ottenere notevoli pressioni in camera di combustione e conseguenti elevati rapporti di espansione nell'ugello e migliore efficienza a bassa quota.

La combustione stadiata (Замкнутая схема) fu proposta per la prima volta nel 1949 da Aleksej Isaev. Nel 1959, Nikolai Kuznetsov iniziò a lavorare al motore a ciclo chiuso NK-9 per il missile balistico intercontinentale di Korolev, il GR-1. Kuznetsov in seguito perfezionò il progetto nei motori NK-15 e NK-33 per il lanciatore lunare N1. Il motore RD-253, che usava propellenti criogenici, impiegava la combustione stadiata ed era stato sviluppato dal 1963 da Valentin Glushko per il lanciatore Proton.

Dopo il fallimento dell'N1, fu ordinato a Kuznetsov di demolire tutti i motori NK-33, ma egli invece conservò i circa 150 costruiti. Negli anni novanta l'Aerojet ne acquistò 36 esemplari al prezzo di 1,1 milioni di dollari l'uno, rinominandoli AJ-26 e prevedendone l'uso sul futuro lanciatore Antares.

Gli NK-33 e NK-43 sono motori a razzo a propellente liquido progettati e costruiti tra il 1968 e il 1972 dall'ufficio tecnico sovietico OKB Kuznetsov. La designazione NK riprende le iniziali del capo progettista Nikolaj Dmitrievic Kuznetsov. Furono proposti per equipaggiare il lanciatore lunare N1. L'NK-33, caratterizzato da un elevato impulso specifico, è uno dei motori con il più alto rapporto spinta/peso mai costruiti.

L'NK-43 è simile all'NK-33, ma il suo ugello di scarico (più lungo) è ottimizzato per un impiego ad altitudini più elevate, dove la pressione esterna è minima o nulla.

Il lanciatore Antares della Orbital Sciences impiegava due motori NK-33 modificati dalla Aerojet come AJ26-62 per il suo primo stadio.

La prima versione del vettore Antares fu lanciata dalla base della NASA di Wallops Island il 21 aprile 2013 segnando il primo successo di motori NK-33 costruiti nei primi anni settanta. A seguito del fallimento del lancio del 28 ottobre 2014, però, la Orbital annunciò la ricerca di una motorizzazione alternativa all'AJ-26 che si concretizzò poi nell'RD-181.

L’RD-181 è, in sostanza, una evoluzione dell’RD-170 ed è attualmente in uso. Si tratta di un motore a combustione stadiata, progettato dall’OKB-456 di Valentin Petrovic Glushko e destinato al primo stadio del lanciatore pesante Energhia, destinato anche a portare in orbita la navetta Buran.A differenza del 170, il 181 ha una singola camera di combustione in luogo di quattro camere gemelle. A causa del recente embargo USA nei confronti della Russia, lo sviluppo del lanciatore Antares, che dipende in maniera significativa dalla fornitura di RD-181, ha subito una pesante battuta di arresto.

Uno dei più diffusi motori a combustione stadiata in uso è l’RD-180, che equipaggia il primo stadio del lanciatore americano ATLAS-V.