Як працює найдосконаліший ракетний двигун

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

Космічна галузь максимально консервативна. Це стосується не тільки Роскосмосу, але й космічних програм інших країн. Тільки зі своєю SpaceX спробував показати, що все може бути по-піжонськи і у нього вийшло, але костюми та дизайн кораблів в стилі фільму Интерстеллар це швидше виняток. У будь-якому випадку це більше зовнішня оболонка. Всередині 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 і американськими ученими десятки років тому. Давно була придумана і технологія типу двигунів, які зараз вважаються новими і перспективними.

Як працює двигун ракети

Робота будь-якого сучасного ракетного двигуна заснована на реактивній тязі, яка створюється за рахунок спалювання великої кількості палива. Якщо не обмежуватися тільки космічними ракетами, а поговорити ще й про зброю, то двигуни діляться на кілька типів у залежності від використовуваного палива. Докладно про це і зараз заглиблюватися в це не варто.

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

Недоліки ракетних двигунів

Консервативність людей, які працюють в ракетній галузі, зрозуміла. Вони створюють складне технічне засіб, яке приборкує енергію вкрай нестабільного палива. У такому режимі роботи найменші зміни можуть призвести до катастрофи. Тому простіше нічого не міняти. 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 ніяких революцій за останні десятиліття не було. Трохи змінювалося паливо, трохи змінювалися двигуни, але принципових змін не було. Тим не менш 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.

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

Головним недоліком сучасної технології є 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 — дефлаграция. Так називається саме звичайне займання палива, коли воно просто розгорається.

Коли горить так — це дефлаграция.

Є і ще один спосіб згоряння палива, який називається детонація. При такому займання 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.

Двигун з постійними обертовими вибухами

Технологія такого двигуна була описана ще в 60-х роках минулого століття. Він повинен приводити в рух апарат 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.

Навіть за секунду відбувається дуже багато таких вибухів, але всі разом вони споживають набагато менше палива, ніж процес підтримки згоряння в звичайному двигуні. Звідси й економія.

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 . Не завжди відразу зрозуміло, наскільки варто прагнути до реалізації чого-то, і що це дасть на виході. Ще однією причиною є труднощі в подачі палива.

Конструкція описуваного двигуна виглядає приблизно так.

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

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

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