Instalații pentru viitor

Costul lansării unui vehicul de lansare în industria spațială modernă rămâne destul de ridicat, ajungând uneori la câteva sute de milioane de dolari. Pentru a reduce semnificativ, designerii din diferite țări ale lumii dezvoltă în mod fundamental noi tipuri de motoare cu rachetă capabile să furnizeze încărcături utile pentru a orbita la costuri energetice mai mici comparativ cu centralele electrice convenționale. Până în prezent, trei dintre proiectele promițătoare de acest gen sunt cele mai apropiate de punerea în aplicare. Am decis să înțelegem trăsăturile lor.







Prin urmare, nu este surprinzător faptul că, în multe țări, este în curs de desfășurare activități pentru a crea tehnologii care să reducă în mod semnificativ costurile de lansare a spațiului. Cu toate acestea, dezvoltatorii diferiți merg în moduri diferite. Spre exemplu, compania americană SpaceX este implicată în crearea rachetelor Falcon Heavy cu revenirea primei etape. Compania este încrezător că reutilizabil prima etapă Falcon Heavy va reduce costurile de sarcini utile de lansare pe orbita joasa a Pamantului, aproximativ două mii de dolari pe kilogram și până la 9-11000 la pornire pe orbita de transfer geostaționară. Iar compania americană JP Aerospace se angajează în crearea unui sistem de lansare în mai multe etape, în care primele două etape vor fi reprezentate de aeronave.

Într-un cuvânt, multe tehnologii sunt dezvoltate pentru a reduce costul lansărilor. Acestea includ transportoare de rachete cu carcase fabricate din materiale moderne și capabile să lanseze și să aterizeze rachete și sisteme de navigație ale etapelor întoarse de rachete. Dar locul principal dintre ei este ocupat de noi motoare. Adevărat, în acest domeniu, cel mai adesea vorbim despre îmbunătățirea modelelor de motoare de rachete existente. De exemplu, motorul Merlin al companiei SpaceX are o capacitate semnificativă, dar acest lucru se aplică motoarelor tradiționale cu rachete cu combustibil lichid. Cu toate acestea, există și soluții originale care nu au fost utilizate anterior pentru vehiculele de lansare. Despre cele trei cele mai interesante dintre ele, în ceea ce privește designul și beneficiile potențiale, vom discuta mai jos.

Motor hibrid

Conform proiectului, motorul SABER va primi o cameră de combustie universală și o duză, asemănătoare construcției, cu elemente similare ale unui motor rachetă obișnuit. La începutul și în timpul accelerației, SABER va funcționa ca un motor cu jet de torsiune convențional. În zbor, aerul va curge în admisia aerului, apoi prin canale speciale de by-pass către camera de răcire și camera de combustie. În zona răcitorului, turbina și compresorul sunt instalate: când jetul părăsește duza, aerul va fi aspirat în motor și va decupla turbina, care la rândul său va roti compresorul. Acesta din urmă va comprima aerul răcit, care va crește aprovizionarea acestuia în camera de combustie și, prin urmare, completitudinea arderii combustibilului și revenirea sa la energie.

Se presupune că în modul atmosferic un nou motor hibrid de rachete va funcționa la viteze de zbor de până la cinci numere Mach (6,2 mii kilometri pe oră). Odată cu creșterea vitezei, aerul din admisia aerului - datorită frânării bruște și a compresiei - va deveni mai fierbinte și mai fierbinte. Aceasta va agrava compresia și, prin urmare, eficiența generală a motorului. Prin urmare, pentru răcirea aerului de intrare se intenționează utilizarea unei rețele speciale de tuburi cu un diametru de un milimetru și o lungime totală de aproximativ două mii de kilometri. Acestea vor fi instalate în conductă. În tuburile înseși, sub presiune de 200 bari (197 atmosfere), se va furniza heliu, care acționează ca agent de răcire.

Compania britanică crede că datorită motorului său, racheta purtătoare poate fi realizată într-o singură etapă. Iar această singură etapă va fi returnată. Noua centrală va consuma combustibil și mai ales oxidantul este mult mai mic decât motorul rachetă convențional, deoarece pentru zborul din zona atmosferică, oxigenul pentru arderea combustibilului ar trebui luat din aer. Motoarele britanice vor fi folosite în stadiu avansat reutilizabile nave spațiale din SUA, care, potrivit calculelor preliminare, se lasă să se deducă sarcina utilă pe orbita joasa a Pamantului de 1.1-1.4 de mii de dolari pe kilogram.

Motorul hipersonic

Instalații pentru viitor






Lansarea unei rachete cu un motor hipersonic în India, la gama Shrikharihote

Instalațiile de energie din India, create în cadrul proiectului SRE (Scramjet Rocket Engine, motor de rachetă hipersonic ramjet), funcționau la o viteză de zbor de puțin peste șase numere Mach. Scena cu motoarele sa ridicat la o înălțime de 70 kilometri. Scopul primului test al motoarelor hipersonice a fost acela de a verifica stabilitatea funcționării lor și nu capacitatea acestor centrale de a accelera purtătorii de viteze hipersoncționale. În viitorul apropiat, dezvoltatorii intenționează să finalizeze prelucrarea datelor obținute în timpul primei lansări a centralelor electrice și să efectueze o altă serie de teste. Se presupune că motoarele hipersonice vor accelera a doua etapă a rachetelor purtătoare la opt până la nouă numere Mach.

Detaliile tehnice despre instalațiile lor hipersonice Indienii nu dezvăluie. Cu toate acestea, schema generală a acestor motoare, dezvoltată în mai multe țări ale lumii din anii 1970, este cunoscută. Motorul hipersonic difuzează de cele tradiționale prin faptul că combustibilul din camera lui arde într-un curent de aer supersonic. În același timp, aerul pentru procesul de ardere este introdus în cameră prin curgere directă fără utilizarea compresoarelor suplimentare. Se pare că: fluxul de aer intră în admisie, apoi în camera compresorului îngust, unde se comprimă și de unde intră în camera de combustie. Ceea ce este cel mai interesant, astfel de motoare hipersonice ar putea să nu aibă deloc părți în mișcare.

Grupurile de putere hipersonice sunt capabile să funcționeze la o viteză de zbor de cel puțin patru până la cinci cifre Mach - cu această viteză este prevăzută compresia necesară a aerului și arderea stabilă a combustibilului. Limita superioară teoretică a vitezei unui motor hipersonic este de 24 de numere Mach. În același timp, centrala electrică poate dezvolta și viteze mari dacă un oxidant lichid este injectat în camera de ardere. Altitudinea maximă de zbor la care motoarele hipersonice poate funcționa fără a fi necesară o injecție suplimentară de oxidant este de 75 de kilometri. Pentru comparație, o orbită mică a Pământului începe cu o marcă de 160 kilometri.

În SUA și Rusia, se crede că utilizarea motoarelor hipersonice în rachetele purtătoare va complica, mai degrabă decât ar simplifica proiectarea lor. În plus, cercetătorii consideră că astfel de centrale nu vor putea dezvolta tracțiune suficientă pentru a rula încărcături mari. Dezvoltatorii din India și China, de asemenea, cred că utilizarea în combustie supersonică boostere ar elimina o mare parte din oxidantul lichid, care va fi necesară numai în zbor trans-atmosferic. O problemă a unui eventual eșec al tracțiunii poate fi rezolvată prin instalarea mai multor sisteme de propulsie hipersonice, și să beneficieze de eșecul oxidant nu este nivelat - masa totală a motorului datorită designului simplu va fi mic.

Motorul detonat

Studiul principiilor muncii și dezvoltării motoarelor de detonare a fost efectuat în unele țări ale lumii de mai mult de 70 de ani. Pentru prima dată au fost angajați în Germania în anii 1940. Cu toate acestea, atunci prototipul de lucru al motorului de detonare nu a fost creat pentru cercetători, dar au fost dezvoltate pulsatorii de motoare cu jet de aer și produse în masă. Au fost puse pe racheta V-1. În centralele electrice ale unor astfel de rachete, combustibilul a fost alimentat în camera de combustie în porții mici la intervale regulate. În acest caz, răspândirea procesului de combustie pentru combustibil a avut loc la o viteză mai mică decât viteza sunetului. Această combustie se numește deflagrație, subliniază funcționarea tuturor motoarelor convenționale cu ardere internă.

În motorul de detonare, frontul de combustie se întinde peste amestecul de combustibil mai rapid decât viteza de zgomot. Un astfel de proces de ardere se numește detonare. Motoarele de detonare sunt acum împărțite în două tipuri: impuls și spin. Acestea din urmă sunt denumite uneori rotaționale. Principiul de funcționare a motoarelor cu impulsuri este similar cu cel al motoarelor cu jet de aer pulsat: combustibilul și oxidantul sunt introduse în camera de combustie la o frecvență ridicată la intervale regulate. Principala diferență constă în arderea detonării amestecului de combustibil din camera de ardere. Datorită detonării, combustibilul arde mai mult, eliberând mai multă energie decât deflagrația.

În motoarele de detonare de spin, este utilizată o cameră de ardere inelară. În acesta, amestecul de combustibil este alimentat în serie prin supapele amplasate radial. În aceste centrale electrice, detonarea nu se descompune în timp ce se furnizează combustibil și oxidant. În timp ce motorul este în funcțiune, undele de detonare "circulă" în jurul camerei de ardere inelară, iar amestecul de combustibil din spatele acestuia are timp să se actualizeze. Aici, dacă fișierul trebuie amestec de combustibil și oxidant preparat anterior, motorul de spin nu au nevoie de un motor de impuls în camera de ardere - front de înaltă presiune se deplasează în fața valului de detonare, este necesar să se amestece eficient componentele. Motorul rotativ a fost inițial studiat în URSS în anii 1950.

Noul rus de spin detonare motor racheta frecventa detonare rotire este de 20 kHz, adică un val de detonare a doua poate „alerga în jurul valorii de“ 20 de mii de ori camera de combustie inelară. Teoretic, motoarele de detonare, capabile să funcționeze într-o gamă largă de viteze de zbor - de la zero la cinci numere Mach, și utilizarea de unități suplimentare, cum ar fi un compresor, o limită superioară poate fi crescută la șapte sau opt numere Mach. Se crede că astfel de centrale electrice pot produce mai multă putere, consumând mai puțin combustibil decât motoarele cu reacție convențională. În acest caz, designul motoarelor de detonare este relativ simplu: în versiunea de bază le lipsește un compresor și multe părți în mișcare.

Datorită economiei sale la putere mare, motoarele de detonare de spin în rachetele purtătoare vor permite reducerea semnificativă a volumelor de combustibil și a oxidantului necesare pentru a aduce sarcina utila în orbită. În practică, (și aceasta este comună tuturor acelor proiecte deja listate), a redus greutatea motorului (și centrala electrică va cântări mai puțin de rachete convenționale), combustibilul și oxidantul va permite sau mări greutatea margine purtătoare menținând în același timp dimensiunea sa, fie lăsați margine greutate constantă în timp ce reducerea dimensiunilor de rachete. Greutatea de lansare a unui vehicul de lansare este masa ultimei etape, combustibilul și încărcătura sa utilă.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: