- Новости космонавтики
В начале октября появилась информация о том, что при сотрудничестве НИИМаш и Южноуральского Государственного Университета создан новый ракетный двигатель, открывающий новую эру в космонавтике. Что, конечно же, замечательно!
Да, видео об этом вы можете посмотреть в конце статьи.
Давайте разберемся, что здесь "зерна", а что нет. И при том, что достижение действительно стоит нашего внимания и дальнейшего вложения, то, что наговорили журналисты, улетает куда-то далеко в область фантазий.
Первое. Это правда отличный результат!
Разработками клиновоздушных двигателей (или КВРД) занимались и в СССР, и в США и в других странах. И даже в начале "нулевых" была программа замены этими двигателями основных дигателей "Спейс Шаттлов". Однако и там не обошлось без популизма (и позже объясню, почему). Но, поскольку свернули проект шаттлов, то свернули и эти разработки новых двигателей. К слову, и здесь, и "там" разрабатывали КВРД разной формы - и "цилиндрические" и "плоские" или линейные.
Испытание двигателей для прототипов новых спейс-шаттловВ линейном, вернее, в двигателе с поверхностью призмы, есть потери энергии с боков. Но чем шире конструкция, тем эти потери менее заметны.
В целом же считается, что такие двигатели могут иметь эффективность на 25-30% выше, чем существующие двигатели с соплом Лаваля. Сопло Лаваля - это расширяющееся сопло для сверхзвуковой реактивной струи:
Проблема этих двигателей с соплом Лаваля одна - они рассчитаны на определенное внешнее давление. Или, другими словами, эффективны для определенных высот. Поэтому от поверхности Земли до высот порядка 50-100 км (по-разному у разных ракет) на первых ступенях используют двигатели с одним расширением, а в дальше используют вакуумные двигатели с другим расширением потока.
В клиновоздушных двигателях роль "регулятора" степени расширения, играет сама атмосфера, ее давление. Если правильно подобрать форму клина, угол наклона первичной, выходящей из двигателей струи, по отношению к оси цилиндрического двигателя, можно получить устойчивые показатели тяги в атмосфере любой плотности. Вот примерная схема того, что происходит при разных давлениях:
Несмотря на то, что струя с повышением высоты и снижением давления расширяется, общая струя газов после клина продолжает иметь строго "вертикальное" направление, то есть не проихсодит потерь энергии и импульса. Это в идеале. В реальности возможны некоторые отклонения от идеала, но даже при этом эффективность должна быть выше, чем у сопла Лаваля.
Итак, испытание прототипа - замечательный шаг. Теперь о трудностях, которые ждут впереди.
Второе. Некоторые трудности.
Испытание, которое было проведено, согласно Дмитрию Коняхину, популяризатору ракетно-космической науки и техники, проводилось на паре спирт-кислород. Как у ФАУ-2. Спирт дает другие параметры горения, чем керосин, и тем более, чем водород, на который надеются перейти создатели двигателя.
В целом это сложная задача со множеством неизвестных. Сколько лет (в лучшем случае) и сколько денег на это потребуется, мы не знаем. Поэтому об эйфории говорить рано. Несмотря на отличный результат.
Еще одним изменением при переходе на другие компоненты будет повышение температуры струи. А это будет требовать сложной системы охлаждения самого конуса.
Кроме того, испытания, которые проводились, проводились именно у поверхности Земли при давлении в одну атмосферу. Насколько удастся сохранить параметры при давлении в половину атмосферы? А в вакууме? Это еще один большой пласт испытаний и доработок, который обязательно нужно будет пройти.
Далее.
Обратите внимание: Почему смартфон быстро разряжается, что делать.
Даже если будет создан прототип реального двигателя в течение ближайших нескольких лет, еще столько же уйдет на сертификационные испытания. Ну, а дальше уже будет видно. Так что путь впереди неблизкий. Но, несомненно, интересный!Третье. Почему заявка об одноступенчатой ракете - популизм?
Начнем с тех же НАСА. Их проект Х-33 замены Шаттлов был весьма амбициозным. Даже слишком.
Х-33В перспективе они тоже хотели перейти на одноступенчатую космическую систему с линейным (призменным) клиновоздушным двигателем. Честно, думаю, здесь их пиарщики перестарались. Возможно, именно этот "перебор" в область фантастики поставил крест на проекте, а не только "списание" шаттлов.
А дело в том, что для вывода ракеты в космос мы пользуемся формулой Циолковского. Вот ее версии:
Здесь v - конечная (желаемая) скорость ракеты, u - скорость истечения реактивных газов, М - масса заправленной ракеты, а "М с индексом к" - масса конструкции ракеты без топлива.
Может ли наша ракета-носитель "Союз" разогнать выводимую нагрузку до первой космической скорости, если не будет сбрасывать отработавшие ступени? Ведь сама ступень весит не так уж много - большую часть массы составляет именно топливо. Если использовать только формулу Циолковского - то "может". С одним, правда, большим "но". Может, если бы не было гравитации.
Если очень грубо посчитать, то для того, чтобы поднять корпус РН "Союз" (уже без топлива) с высоты 100 км до высоты 300 км (просто, без разгона), потребуется от 68 ГигаДжоулей энергии. Что эквивалентно сжиганию примерно (поправьте, если я ошибся) 15 тонн компонентов топлива (пара керосин-кислород). А ведь это еще мы не учитывали разгон до достижений 1й космической скорости. Значит, топлива нужно будет еще больше. Не лучше ли тогда сбросить пустые баки и дополнительно вместо них вывести еще несколько тонн полезной нагрузки? Так что двух и трех-ступенчатые ракеты еще очень рано списывать на свалку истории. Никуда мы от них даже с новым двигателем не убежим.
Да, возможно, в будущем при достижении больших скоростей истечения, например, до 8 км/секунду, космические одноступенчатые такси и станут реальностью. Но пока, верю, об этом говорить еще рано.
А вот и новость, в которой говорилось об этом прорыве:
Ученые и инженеры - молодцы однозначно. А вот журналистам и политикам желательно быть поскромнее. И не подгонять инженеров ни в СМИ, ни в "вертикали научной власти". Они и так стараются вовсю.
- А как вы думаете? Может, я слишком пессиместичен?
- Как вам в целом эта новость? Слышали про нее? Интересны ли статьи про подобные достижения в ракетной технике?
Пишите, пожалуйста, ваши мнения в комментариях. И до встречи в новых заметках и статьях!
#ракеты и техника #космонавтика #новости техники #ракетный двигатель #наука и техника #клиновоздушный
Еще по теме здесь: Новости науки и техники.