В США успешно проведены испытания детонационного ракетного двигателя
IN Space отчиталась об успешном проведении испытаний нового двигателя для ракет, принцип действия которого основан на взрыве и вращении, об этом 25 января сообщили на сайте NASA.
Инженеры Центра космических полетов имени Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, и компания Primary Collaborator IN Space LLC, расположенная в Уэст-Лафайетте, штат Индиана, провели ряд успешных испытаний детонационного роторного ракетного двигателя (RDRE). «Двигатель был запущен более дюжины раз, общая продолжительность его работы составила почти 10 минут», — пишет NASA, — «Работая на полном газу, RDRE создавал тягу более 1800 кг в течение почти минуты при среднем давлении в камере около 42 атмосфер, что является самым высоким показателем давления для этой конструкции за всю историю наблюдений».
«Данная конструкция RDRE стала возможна благодаря использованию разработанного NASA медного сплава GRCop-42». Данный материал может использоваться для послойной наплавки в аддитивных способах производства деталей. При этом его характеристики позволяют двигателю работать в экстремальных условиях длительное время без перегрева.
Детонацией называется горение со сверхзвуковой скоростью, проще говоря — это взрыв. То есть горение в камере RDRE происходит не постоянно, а импульсами, как в двигателях внутреннего сгорания на автомобиле. Казалось бы, чем может быть взрывное горение лучше обычного стабильного ракетного пламени?
Один из самых сложных и трудных в воспроизводстве агрегатов обычного ракетного двигателя — это компрессор высокого давления. Дело в том, что ракетное топливо создает давление в камере сгорания порядка 20 МПа. Чтобы одновременно с горением подавать в камеру топливную смесь требуется мощный компрессор. Такие компрессоры составляют значительную часть веса ступеней и их дорого производить. Им приходится работать при больших нагрузках, и к ним предъявляются большие требования по надежности.
RDRE позволяет избавится от мощных компрессоров с одной стороны, и повышает удельный импульс сжигаемого топлива с другой, так как детонационное горение эффективней переводит химическую энергию топлива в кинетическую. Топливо в камеру сгорания подается между детонациями, что требует гораздо более слабых компрессоров, так как давление в камере успевает значительно упасть, прежде чем произойдет новая детонация.
Разумеется, минусом такой конструкции является то, что ускорение ей сообщается импульсами. Один способ устранения этого недостатка — использовать систему заслонок, которая выводит расширяющиеся газы из камеры сгорания не давая им двигаться обратно. Либо использовать особые резонансные камеры, работающие как клапан. Пока горящие газы проходят через систему выхлопа — их поток стабилизируется, и ускорение получается более стабильным. Удачные конструкции позволяют получить до 250 импульсов в секунду, что также выравнивает тягу. Такие двигатели называются импульсными. Другой способ — использовать множество небольших RDRE, которые будут производить импульсы по очереди. Обычно несколько десятков таких двигателей собирают в кольцо и детонация двигается по кругу. Такие двигатели называют роторными.
Уменьшение габаритов двигателя и повышение удельного импульса на единицу массы топлива позволяет сделать ракету-носитель меньше и экономичнее относительно классических ракет. Иными словами можно выводить больше полезной нагрузки используя меньшее количество топлива. Это также актуально для внутрисистемных полетов. NASA стремится попасть на другие тела Солнечной системы и делает некоторые заявки в свою пользу.
Следующим шагом NASA станет создание многоразового RDRE весом 10 000 фунтов (около 4,5 тонны) для оценки преимуществ перед традиционными ракетными двигателями.
Над подобной конструкцией работали и советские ученые. О детонационных двигателях как альтернативе традиционным речь шла еще с 1940 года. Были созданы различные прототипы как у нас, так и в США. Однако серийно двигатели никогда не производились. Из недавнего, в 2017 «Ростех» представил свой прототип, прошедший успешные испытания в ОКБ имени А. Люльки и давший, по их утверждениям, удельную тягу больше на 50%, чем традиционные двигатели.
Читайте также: Ученые нашли способ управления детонационной волной для создания двигателя
