Menininko pateiktas integruotojo galvutės demonstratoriaus paveikslas. Vaizdo kreditas: NASA. Spustelėkite norėdami padidinti.
Kai galvojate apie ateities raketų technologijas, greičiausiai galvojate apie jonų varymą, variklius su antimaterija ir kitas egzotiškas idėjas.
Ne taip greitai! Paskutinis skyrius apie tradicines skystojo kuro raketas dar neparašytas. Vykdomi naujos kartos skystųjų degalų raketų projektai, kurie galėtų padvigubinti šių dienų modelių efektyvumą ir kartu padidinti patikimumą.
Skystosios raketos buvo naudojamos ilgą laiką: Pirmąjį skysčių varymą paleido 1926 m. Robertas H. Goddardas. Ši paprasta raketa išleido maždaug 20 svarų sterlingą, kad pakaktų maždaug 40 pėdų į orą. Nuo to laiko dizainai tapo sudėtingesni ir galingesni. Pavyzdžiui, trys lėktuvų varikliai, naudojantys skystą kurą, skystas kuras gali pasiekti daugiau nei 1,5 milijono svarų kombinuotosios traukos, važiuodami į Žemės orbitą.
Galite manyti, kad iki šiol visi skystojo kuro raketų modeliai turi būti patobulinti. Jūs klystate. Pasirodo, dar yra ką tobulinti.
JAV oro pajėgų vadovaujama grupė, kurią sudaro NASA, Gynybos departamentas ir keli pramonės partneriai, kurdami geresnius variklių dizainus. Jų programa vadinama integruotomis didelio pelningumo raketų varymo technologijomis, ir jie žvelgia į daugybę galimų patobulinimų. Viena perspektyviausių iki šiol yra nauja kuro srauto schema:
Pagrindinė skystojo kuro raketos idėja yra gana paprasta. Degalai ir oksidatoriai, tiek skysti, tiekiami į degimo kamerą ir uždegami. Pavyzdžiui, šaudyklinis kuras naudoja skystą vandenilį kaip degalus, o skystas deguonis - kaip oksidatorių. Degimo metu susidariusios karštos dujos greitai išeina pro kūgio formos purkštuką ir taip sukuriama trauka.
Detalės, be abejo, yra daug sudėtingesnės. Pirma, tiek skystasis kuras, tiek oksidatorius turi būti labai greitai ir esant dideliam slėgiui tiekiami į kamerą. Pagrindiniai šaudyklinio transporto priemonės varikliai per 25 sekundes nusausins visą degalų baseiną!
Šį gurkšnį degalų srautą varo turbokompresorius. Turbopumpui maitinti „sudeginamas“ nedidelis kuro kiekis, sukuriant karštas dujas, kurios varo turbopumpą, o tai savo ruožtu siurbia likusį kurą į pagrindinę degimo kamerą. Panašus procesas naudojamas oksidatoriui siurbti.
Šiandien skystos raketos per pirminius degiklius siunčia tik nedidelį kiekį degalų ir oksidatoriaus. Masė teka tiesiai į pagrindinę degimo kamerą, visiškai praleidžiant pirminius degiklius.
Viena iš daugelio oro pajėgų ir NASA išbandytų naujovių yra išsiųsti visą kurą ir oksidatorių per atitinkamus pirminius degiklius. Ten sunaudojama tik nedidelė dalis - tiek, kiek reikia turbo paleidimui; likusi dalis teka į degimo kamerą.
Ši „viso srauto etapinio ciklo“ konstrukcija turi svarbų pranašumą: kai daugiau masės praeina per turbiną, kuri varo turbopumpą, turbopumpas važiuojamas sunkiau, taigi pasiekiamas didesnis slėgis. Didesnis slėgis reiškia didesnį raketos našumą.
Pasak Gary Genge'o NASA Marshallo kosminių skrydžių centre, tokia konstrukcija niekada anksčiau nebuvo naudojama JAV naudojamose skystosiose raketose. Genge yra integruoto galvutės demonstratoriaus (IPD) projekto vadovo pavaduotojas - šių koncepcijų bandymo variklis.
„Šie dizainai, kuriuos mes tyrinėjame, gali įvairinti efektyvumą“, - sako Genge. „Mes tikimės geresnio degalų naudojimo efektyvumo, didesnio traukos ir svorio santykio, geresnio patikimumo - visa tai mažesnėmis sąnaudomis“.
„Tačiau šiame projekto etape mes tik stengiamės, kad šis alternatyvus srauto modelis veiktų tinkamai“, - pažymi jis.
Jie jau pasiekė vieną pagrindinį tikslą: aušingesnį variklį. „Turbopumpais, naudojančiais tradicinius srauto modelius, galima įkaisti iki 1800 C“, - sako Genge. Tai varikliui sukelia didelę šiluminę įtampą. „Viso srauto“ turbokompresorius yra vėsesnis, nes, kai per jį teka daugiau masės, galima naudoti žemesnę temperatūrą ir vis tiek pasiekti gerą našumą. „Mes sumažinome temperatūrą keliais šimtais laipsnių“, - sako jis.
IPD yra skirtas tik kaip pavyzdys naujoms idėjoms, pažymi „Genge“. Pats demonstrantas niekada neskraidys į kosmosą. Bet jei projektas bus sėkmingas, kai kurie IPD patobulinimai galėtų atsidurti ateities paleidimo priemonėse.
Beveik šimtą metų ir tūkstančiais paleidimų po „Goddard“ geriausių skysčių degančių raketų dar gali būti.
Originalus šaltinis: NASA mokslo straipsnis
