Инженеры Сиднейского университета разработали двигатель для космических ракет, который при полёте в атмосфере использует кислород воздуха. Это новшество позволит брать на борт меньше окислителя, освободив место для более тяжёлых спутников и других грузов. Специалисты уже приступают к наземным испытаниям новинки.
Как известно, в космосе нет воздуха, а значит, и кислорода. Поэтому космические ракеты вместе с горючим заправляются и окислителем – химическим веществом, которое будет вступать с топливом в реакцию горения.
Обычно в этом качестве используется жидкий кислород или тетраоксид азота (N2O4). Таким образом, ракете приходится тратить энергию на то, чтобы нести на борту запас окислителя. Понятно, что в результате грузоподъёмность носителя снижается.
Но ведь существенную часть пути ракета, выводящая грузы на орбиту, проделывает в нижних слоях атмосферы. Более того, здесь самые значительные энергозатраты на километр подъёма: и сила тяжести, и сопротивление воздуха здесь больше, чем на большой высоте. Так нельзя ли по крайней мере здесь снабжать двигатель "дармовым" атмосферным кислородом, сэкономив на окислителе?
Эта простая и привлекательная идея настолько сложна в реализации, что до сих пор ни один космический носитель не имеет такого двигателя. Более того, "земные" ракеты тоже, как правило, пренебрегают кислородом воздуха.
Как уточняет издание New Atlas, исключением являлись немецкое оружие V1, которое во время войны использовалось против Великобритании. Когда топливо такой ракеты в камере сгорания смешивалось с воздухом, происходил взрыв, и горячие газы толкали V1 вперёд.
Однако такое решение имело свои недостатки. Во-первых, двигатель работал не непрерывно: между детонациями проходило довольно существенное время. Во-вторых, он был очень неэкономичным: значительная часть топлива не воспламенялась в момент взрыва и просто выбрасывалась с выхлопными газами, пропадая даром. Из-за этого создатели более поздних ракет предпочли отказаться от этой схемы.
На данный момент все космические носители работают исключительно на собственных запасах окислителя. На снимке российская ракета Союз-2.1а.
Фото Global Look Press.
Творение австралийских специалистов возрождает схему V1 на более высоком технологическом уровне. Камера сгорания здесь представляет собой круговой канал, в который непрерывно поступает воздух и горючее. По этому каналу циркулирует волна детонации (горения в сверхзвуковом потоке), сжигая практически всё топливо.
Важно, что новая разработка не требует замедлять воздух, поступающий из атмосферы со сверхзвуковой скоростью. Этим она выгодно отличается от двигателей сверхзвуковых самолётов, которые "дышат" атмосферным кислородом, но должны замедлить набегающий поток до дозвуковых скоростей, прежде чем впустить его в камеру сгорания.
В настоящее время начинаются наземные испытания двигателя. Однако уже сейчас ясно, что он удешевит запуски и сделает их более эффективными.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о проекте двигателя, который поможет добраться до Марса за 39 дней, лазерном ракетном двигателе и реактивном двигателе, напечатанном на 3D-принтере.
