Представяне на художник на интегрирания демонстратор на Powerhead. Кредит за изображение: НАСА. Щракнете за уголемяване
Когато мислите за бъдеща ракетна технология, вероятно мислите за йонно задвижване, антиматериални двигатели и други екзотични концепции.
Не толкова бързо! Последната глава в традиционните ракети с течно гориво все още не е написана. В момента се провеждат проучвания на ново поколение ракетни конструкции с течно гориво, които биха могли да удвоят производителността в сравнение с днешните проекти, като същевременно подобрят надеждността.
Ракетите с течно гориво съществуват отдавна: Първото изстрелване на течности е извършено през 1926 г. от Робърт Х. Годард. Тази проста ракета произвеждаше приблизително 20 килограма тяга, достатъчна да я носи около 40 фута във въздуха. Оттогава дизайните стават сложни и мощни. Три бордови двигателя на космическата совалка, например, могат да упражняват повече от 1,5 милиона паунда комбинирана тяга по пътя към земната орбита.
Може да предположите, че досега трябва да са направени всякакви възможни усъвършенствания в дизайна на ракетите с течно гориво. Ще сбъркате Оказва се, че има място за подобрение.
Водени от Военновъздушните сили на САЩ, група, състояща се от НАСА, Министерството на отбраната и няколко индустриални партньори, работят върху по-добри дизайни на двигатели. Програмата им се нарича Интегрирани технологии за ракетно задвижване с високо изплащане и те търсят много възможни подобрения. Една от най-обещаващите досега е нова схема за разход на гориво:
Основната идея зад ракета с течно гориво е доста проста. Гориво и окислител, както в течна форма, се подават в горивна камера и се запалват. Например, совалката използва течен водород като гориво и течен кислород като окислител. Горещите газове, получени от изгарянето, бързо изтичат през дюзата във формата на конус, като по този начин създават тяга.
Детайлите, разбира се, са много по-сложни. От една страна, и течното гориво, и окислителят трябва да се подават в камерата много бързо и под голямо налягане. Основните двигатели на совалката ще източат басейн, пълен с гориво само за 25 секунди!
Този бликащ поток на гориво се задвижва от турбопомпа. За да захранва турбопомпата, малко количество гориво се „изгаря“, като по този начин се генерират горещи газове, които задвижват турбопомпата, която от своя страна изпомпва останалата част от горивото в основната горивна камера. Подобен процес се използва за изпомпване на окислителя.
Днешните ракети с течно гориво изпращат само малко количество гориво и окислител през предгорителите. Обемът тече директно към основната горивна камера, прескачайки предварително горелките.
Една от многото новости, които се тестват от ВВС и НАСА, е да изпратят цялото гориво и окислител чрез съответните си горелки. Там се консумира само малко количество - достатъчно, за да стартирате турбото; останалото тече към горивната камера.
Този „поетапен цикъл” е с важно предимство: с повече маса, преминаваща през турбината, която задвижва турбопомпата, турбопомпата се задвижва по-силно, като по този начин достига по-високо налягане. По-високите налягания имат равна производителност от ракетата.
Подобен дизайн никога досега не е използван в ракета с течно гориво в САЩ, според Gary Genge от Центъра за космически полети на Маршал на НАСА. Genge е заместник-ръководител на проекта за интегрирания демонстратор на Powerhead (IPD) - тестов двигател за тези концепции.
„Тези проекти, които проучваме, биха могли да увеличат производителността по много начини“, казва Джендж. „Надяваме се на по-добра горивна ефективност, по-високо съотношение на тежест и тегло, подобрена надеждност - и всичко това на по-ниска цена.“
„На тази фаза на проекта обаче просто се опитваме да накараме този модел на алтернативен поток да работи правилно“, отбелязва той.
Вече са постигнали една ключова цел: по-хладен двигател. „Турбопомпите, използващи традиционните модели на потока, могат да загреят до 1800 C“, казва Genge. Това е много топлинно натоварване на двигателя. Турбопомпата с "пълен поток" е по-хладна, тъй като с повече маса, преминаваща през нея, могат да се използват по-ниски температури и все пак да се постигнат добри показатели. „Понизихме температурата с няколко стотин градуса“, казва той.
IPD е замислен само като тествано легло за нови идеи, отбелязва Genge. Самият демонстратор никога няма да лети в космоса. Но ако проектът е успешен, някои от подобренията на IPD могат да намерят своя път в стартиращите носители на бъдещето.
Почти сто години и хиляди изстрелвания след Годард най-добрите ракети с течно гориво все още предстоят.
Оригинален източник: Научна статия на НАСА
