Як працює найдосконаліший ракетний двигун

Космічна галузь максимально консервативна. Це стосується не тільки Роскосмоса, а й космічних програм інших країн. Тільки Ілон Маск зі своєю SpaceX спробував показати, що все може бути по-піжонськи і у нього вийшло, але костюми і дизайн кораблів в стилі фільму Інтерстеллар це швидше виняток. У будь-якому випадку це більше зовнішня оболонка. Усередині самої ракети лежать ті ж принципи, що і в інших подібних апаратах. Найголовніше, що в цьому немає нічого принципово нового і все вже було придумано радянськими та американськими вченими десятки років назад. Давно була придумана і технологія типу двигунів, які зараз вважаються новими і перспективними.

Висновок ракети в космос - непросте завдання. Але вчені знайшли спосіб зробити її простіше.

Як працює двигун ракети

Робота будь-якого сучасного ракетного двигуназаснована на реактивній тязі, яка створюється за рахунок згоряння великої кількості палива. Якщо не обмежуватися тільки космічними ракетами, а поговорити ще й про зброю, то двигуни діляться на кілька типів залежно від використовуваного палива. Детально про це я розповідав в окремій статті і зараз заглиблюватися в це не варто.

Якщо описати роботу ракетного двигуна простиммовою, то можна сказати, що коли паливо згорає, воно створює постійну тягу за рахунок реактивного струменя. Це можна порівняти з здувається кулькою, який відлітає, якщо його відпустити. Тільки в ракетах тиск створюється іншим чином і потужність "чуть-чуть" вище.

Інженер NASA пропонує використовувати прискорювач частинок в якості ракетного двигуна

Недоліки ракетних двигунів

Консервативність людей, які працюють вракетної галузі, можна зрозуміти. Вони створюють складне технічний засіб, який приборкує енергію вкрай нестабільного палива. У такому режимі роботи найменші зміни можуть привести до катастрофи. Тому простіше нічого не змінювати. Існують навіть приповідки в дусі "дайте машині спокійно працювати".

Якщо така міць працює, може правда не варто їй заважати?

Такий підхід призводить до того, що ніякихреволюцій за останні десятиліття не було. Трохи змінювалося паливо, трохи змінювалися двигуни, але принципових змін не було. Проте ефективність ракетного двигуна в десятки і сотні разів нижче, ніж могла б бути. Це не означає, що ракета може полетіти швидше або підняти в сто разів більше вантажу. Матеріали просто не витримають таку тягу.

Рев двигунів і комендантську годину: як SpaceX змусила жителів Техасу продати свої будинки

Замість цього можна просто в рази скоротити запаспалива і взяти додатковий корисний вантаж. Так запуски стануть набагато дешевше і економія на спущені модулях SpaceX здасться "економією на сірниках".

Головним недоліком сучасної технологіїє те, що паливо згорає поступово. У звичайних умовах швидкість згоряння палива складає приблизно 10-15 метрів в секунду. Це називають повільним згорянням, так як воно дозвуковое. Є навіть термін - дефлаграція. Так називається саме звичайне запалення палива, коли воно просто розгорається.

Коли горить так - це дефлаграція.

Є і ще один спосіб згоряння палива, якийназивається детонація. При такому запаленні відбувається вибух, а не поступове згоряння. У цьому випадку паливо згорає швидше, але ефективність такого згоряння на кілька порядків вище, а швидкість займання перевищує швидкість звуку.

швидкість дефлаграції суміші водню і кисню становить 10 м / с, а швидкість детонації того ж палива - 2700 м / c. Різниця більш ніж відчутна

Двигун з постійними обертовими вибухами

Технологія такого двигуна була описана ще в60-х роках минулого століття. Він повинен призводити апарат в рух за рахунок серії постійних невеликих вибухів суміші. Ці вибухи не можуть створюватися одним джерелом. Для того, щоб їх було багато, джерела розташовують по колу, а частота послідовних вибухів дуже висока і вони йдуть по колу. У підсумку, за рахунок цього досягається дуже висока рівномірність тяги.

Так працює двигун з обертовими вибухами.

Будь-двигун перед застосуванням повинен пройти безліч випробувань.

Якщо все так добре і технологія настільки ефективна, то чому ж їй не користувалися з 60-х років, коли вона була вперше запропонована? Як завжди, є кілька причин.

Однією з цих причин є недооціненістьтехнології. Не завжди відразу зрозуміло, наскільки варто прагнути до реалізації чогось, і що це дасть на виході. Ще однією причиною є складності в подачі палива.

Конструкція описуваного двигуна виглядає приблизно так.

Для того, щоб підтримувався саме режим детонації, потрібно подавати паливо строго в певний момент. Але з огляду на, що такі вибухи відбуваються раз в частку секунди, зробити це вкрай складно.

Якщо не вийде забезпечувати подачу паливастрого в потрібні моменти часу, тобто по кілька тисяч разів в секунду, то процес детонації перетвориться в дефлорації і ефективність згоряння буде навіть нижче, ніж у класичного двигуна.

Про все найперспективніші технології ми розповідає в нашому Telegram-каналі. Заходи! Там дуже круто!

Зараз ця проблема частково вирішена і вчені вжепочали відчувати подібні двигуни. Коли вони доведуть свої дослідження до кінця, ми отримаємо двигун, який стане справжнім проривом, і тоді в літати в космос стане набагато дешевше. Навіть не через економії на те, що згорить менше палива, а через те, що при тій же тязі можна відвезти на орбіту тонни додаткового вантажу. Завдяки цьому, висновок кожного кілограма буде набагато дешевше.