Надання художником інтегрованого демонстратора Powerhead. Кредит зображення: NASA. Натисніть, щоб збільшити
Коли ви думаєте про майбутню ракетну технологію, ви, мабуть, думаєте про іонну установку, антиматеріальні двигуни та інші екзотичні концепції.
Не так швидко! Останній розділ у традиційних ракетах з рідким паливом ще не написаний. Зараз проводяться дослідження нового покоління конструкцій ракет з рідким паливом, які могли б подвоїти продуктивність в порівнянні з сучасними конструкціями, а також підвищити надійність.
Ракети з рідким паливом існують вже давно: перший запуск рідини на жидкості був здійснений у 1926 році Робертом Х. Годдардом. Ця проста ракета створила приблизно 20 фунтів тяги, достатньо, щоб перенести її близько 40 футів у повітря. З того часу конструкції стали витонченими та потужними. Наприклад, три бортові двигуни космічного човника можуть мати понад 1,5 мільйона фунтів комбінованої тяги на шляху до земної орбіти.
Ви можете припустити, що на сьогоднішній день повинно бути зроблено кожне можливе уточнення конструкцій ракет з рідким паливом. Ви помиляєтесь Виявляється, є можливість для вдосконалення.
Очолювані ВВС США, група, що складається з НАСА, Міністерства оборони та кількох галузевих партнерів, працює над кращими конструкціями двигунів. Їх програма називається інтегрованими ракетними установками з високим викупом, і вони розглядають багато можливих удосконалень. Однією з найбільш перспективних поки що є нова схема витрати палива:
Основна ідея ракети з рідким паливом досить проста. Паливо та окислювач, як у рідкому вигляді, подаються в камеру згоряння та запалюються. Наприклад, човник використовує рідкий водень як паливо та рідкий кисень як окислювач. Гарячі гази, що утворюються при горінні, швидко витікають через конусоподібну насадку, створюючи тим самим тягу.
Деталі, звичайно, набагато складніші. Для одного, і рідке паливо, і окислювач повинні надходити в камеру дуже швидко і під великим тиском. Основні двигуни човника спорожнять басейн, наповнений паливом, лише за 25 секунд!
Цей блискучий струм палива приводиться в рух турбонасосом. Для живлення турбонасоса невелика кількість палива «підпалюється», таким чином, утворюючи гарячі гази, які ведуть турбонасос, який, в свою чергу, перекачує решту палива в основну камеру згоряння. Аналогічний процес використовується для перекачування окислювача.
Сьогоднішні ракети з рідким паливом відправляють лише невелику кількість палива та окислювача через передпальники. Основна маса протікає безпосередньо до основної камери згоряння, повністю пропускаючи пальники.
Одне з багатьох нововведень, що перевіряються ВВС та НАСА, - це відправити все паливо та окислювач через відповідні попередники. Там споживається лише невелика кількість - достатньо, щоб запустити турбо; решта стікає в камеру згоряння.
Ця конструкція "циклічного циклу з повним потоком" має важливу перевагу: при більшій масі, що проходить через турбіну, яка приводить в дію турбонасос, турбонасос рухається сильніше, тим самим досягаючи більш високого тиску. Більш високі тиски відрізняються більшою продуктивністю від ракети.
Такий дизайн раніше ніколи не використовувався в ракеті з рідким паливом в США, згідно з даними Гері Гендже в Центрі космічних польотів Маршалла NASA. Genge - заступник керівника проекту з інтегрованого демонстратора Powerhead (IPD) - тестового двигуна для цих концепцій.
"Ці проекти, які ми досліджуємо, можуть підвищити продуктивність багатьма способами", - каже Генже. "Ми сподіваємось на кращу економію палива, вищий коефіцієнт тяги та ваги, покращену надійність - все за менших витрат."
"Однак на цій фазі проекту ми просто намагаємося, щоб ця схема альтернативного потоку працювала правильно", - зазначає він.
Вже вони досягли однієї ключової мети: двигун, що працює на кулері. "Турбонасоси, що використовують традиційні схеми потоку, можуть нагріватися до 1800 С", - каже Генге. Це сильне нагрівання двигуна. Турбонасос "повного потоку" прохолодніший, тому що при більшій масі, що проходить через нього, можна використовувати більш низькі температури і все ж досягати хороших показників. "Ми знизили температуру на кілька сотень градусів", - каже він.
IPD означає лише тестування для нових ідей, зазначає Genge. Сам демонстрант ніколи не полетить у космос. Але якщо проект буде успішним, деякі удосконалення IPD можуть знайти свій шлях до стартових машин майбутнього.
Майже через сто років і тисячі запусків після Годдарда, найкращі ракети з рідким паливом ще можуть бути.
Оригінальне джерело: Наукова стаття NASA
