Mākslinieka sniegtais integrētā Powerhead demonstrētāja attēls. Attēla kredīts: NASA. Noklikšķiniet, lai palielinātu.
Domājot par nākotnes raķešu tehnoloģiju, jūs, iespējams, domājat par jonu piedziņu, antimatērijas dzinējiem un citām eksotiskām koncepcijām.
Ne tik ātri! Pēdējā nodaļa tradicionālajās ar šķidrumu darbināmajās raķetēs vēl nav jāuzraksta. Tiek veikti pētījumi par jaunu paaudzi ar šķidru degvielu darbināmu raķešu dizainu, kas varētu divkāršot sniegumu salīdzinājumā ar mūsdienu dizainparaugiem, vienlaikus uzlabojot arī uzticamību.
Ar šķidrumu darbināmas raķetes ir bijušas jau ilgu laiku: Pirmo ar šķidrumu darbināmo palaišanu 1926. gadā veica Roberts H. Goddards. Šī vienkāršā raķete radīja aptuveni 20 mārciņas vilces, kas bija pietiekama, lai to aptuveni 40 pēdas varētu novadīt gaisā. Kopš tā laika dizainparaugi ir kļuvuši sarežģīti un jaudīgi. Piemēram, kosmosa šūpoles trīs borta dzinēji, kas darbojas ar šķidrumu, var radīt vairāk nekā 1,5 miljonus mārciņu kombinētās vilces, ceļā uz Zemes orbītu.
Jūs varētu pieņemt, ka līdz šim ir bijis jāveic visi iespējamie uzlabojumi raķešu dizainā ar šķidro kurināmo. Jūs būtu maldījies. Izrādās, ka ir vēl kādi uzlabojumi.
ASV gaisa spēku vadībā grupa, kas sastāv no NASA, Aizsardzības departamenta un vairākiem nozares partneriem, strādā pie labākiem dzinēju projektiem. Viņu programma tiek saukta par integrētām augstas izmaksas raķešu vilces tehnoloģijām, un viņi meklē daudzus iespējamos uzlabojumus. Viena no perspektīvākajām līdz šim ir jauna degvielas plūsmas shēma:
Ar šķidrumu darbināmas raķetes pamatideja ir diezgan vienkārša. Degvielu un oksidētāju, kas ir šķidrā veidā, ievada sadegšanas kamerā un aizdedzina. Piemēram, automatizētās vadības transportieris kā degvielu izmanto šķidro ūdeņradi un kā oksidētāju šķidro skābekli. Karstās gāzes, kas rodas degšanas laikā, ātri izplūst caur konusa formas sprauslu, tādējādi radot vilci.
Sīkāka informācija, protams, ir daudz sarežģītāka. Pirmkārt, gan šķidrā degviela, gan oksidētājs kamerā jāievada ļoti ātri un ar lielu spiedienu. Shuttle galvenie dzinēji tikai 25 sekundēs iztukšotu peldbaseinu, kas pilns ar degvielu!
Šo krāšņo degvielas straumi virza turbopump. Lai darbinātu turbopumpu, “iepriekš tiek sadedzināts” neliels daudzums degvielas, tādējādi radot karstas gāzes, kas virza turbopumpu, kas savukārt pārējo degvielu iesūknē galvenajā sadedzināšanas kamerā. Oksidētāja sūknēšanai tiek izmantots līdzīgs process.
Mūsdienu raķetes, kas darbināmas ar šķidrumu, caur priekšdedzinātājiem sūta tikai nelielu daudzumu degvielas un oksidētāja. Beramkrava plūst tieši uz galveno sadedzināšanas kameru, pilnībā izlaižot priekšdedzinātājus.
Viens no daudzajiem jauninājumiem, ko izmēģina Gaisa spēki un NASA, ir visas degvielas un oksidētāja nosūtīšana caur to attiecīgajiem iepriekšējiem degļiem. Tur tiek patērēts tikai neliels daudzums - pietiekami daudz, lai darbinātu turbo; pārējais plūst caur degšanas kameru.
Šim “pilnas plūsmas pakāpeniska cikla” dizainam ir svarīga priekšrocība: ja vairāk masas iziet cauri turbīnai, kas virza turbopumpu, turbopumpa tiek virzīta grūtāk, tādējādi sasniedzot lielāku spiedienu. Augstāks spiediens ir vienāds ar lielāku raķetes sniegumu.
Šāds dizains nekad nav ticis izmantots ASV ar raķešu ar šķidru kurināmo palīdzību, sacīja Gerijs Džengess NASA Māršala kosmisko lidojumu centrā. Genge ir integrētā Powerhead Demonstrator (IPD) projekta vadītāja vietnieks - šo motoru testa dzinējs.
"Šie dizainparaugi, kurus mēs izpētām, varētu uzlabot veiktspēju daudzos veidos," saka Genge. "Mēs ceram uz labāku degvielas efektivitāti, lielāku vilces un svara attiecību, uzlabotu uzticamību - tas viss ir par zemākām izmaksām."
"Tomēr šajā projekta posmā mēs tikai cenšamies panākt, lai šī alternatīvā plūsmas shēma darbotos pareizi," viņš atzīmē.
Viņi jau ir sasnieguši vienu galveno mērķi: dzinēju ar vēsāku darbību. "Turbopumps, izmantojot tradicionālos plūsmas modeļus, var sasilt līdz 1800 C," saka Genge. Tas motoram rada lielu termisko slodzi. “Pilnas plūsmas” turbopumpa ir vēsāka, jo, ja caur to izplūst vairāk masas, var izmantot zemāku temperatūru un joprojām sasniegt labu sniegumu. “Mēs esam pazeminājuši temperatūru par vairākiem simtiem grādu,” viņš saka.
IPD ir domāts tikai kā jaunu ideju paraugs, atzīmē Genge. Pats demonstrants nekad nelidos uz kosmosu. Bet, ja projekts būs veiksmīgs, daži no IPD uzlabojumiem varētu nonākt nākotnē.
Gandrīz simts gadu un tūkstošu palaišanas laikā pēc Goddard, iespējams, vēl ir gaidāmas raķetes ar labāko degvielu.
Oriģinālais avots: NASA zinātnes raksts
