Detonacijski motor je prihodnost ruske gradnje motorjev. Jedrski raketni motor za rusko vesoljsko plovilo

Človeštvo je vedno stremelo k zvezdam, šele v 20. stoletju pa je z razvojem znanosti in tehnologije uspelo doseči brezzračni prostor. Premagovanje gravitacije je težko in za dosego cilja je bilo treba izumiti nekaj posebnega. Kot prevozno sredstvo so delovali raketni motorji. In če upoštevamo, kaj imamo zdaj in kaj se lahko pojavi v bližnji prihodnosti, kakšne možnosti ima človeštvo za globoko vesolje?

Kaj je raketni motor in katere vrste obstajajo?

Raketni motor razumemo kot mehanizem, pri katerem se delovna tekočina in vir energije za delovanje nahajata v samem vozilu. Je edino sredstvo za izstrelitev tovora v Zemljino orbito in lahko deluje tudi v brezzračnem vesolju. Glavni poudarek je na pretvorbi potencialne energije goriva v kinetično energijo, ki se uporablja v obliki curka. Glede na vrsto energenta ločimo kemične, jedrske in električne raketne motorje.

Koncept specifičnega impulza (ali potiska) se uporablja kot značilnost učinkovitosti: razmerje med količino gibanja in masnim pretokom delovne tekočine. Izračunano v m/s. Toda tudi če imajo raketni motorji velik zagon, to ne pomeni, da se uporabljajo. Zakaj se to zgodi, boste izvedeli z branjem o jedrskih in električnih mehanizmih.

Kemični raketni motor

V njihovem jedru je kemijska reakcija, v katerega vstopata gorivo in oksidant. Med reakcijo se produkti zgorevanja segrejejo na znatne temperature, medtem ko se razširijo in pospešijo v šobah, da nato zapustijo motor. Toplota, ki jo ustvarja tak motor, se uporablja za ekspanzijo delovne tekočine, ki ima plinasto obliko. Obstajata dve vrsti mehanizmov te vrste.

Motorji na trda goriva imajo preprost dizajn, so poceni za proizvodnjo in ne zahtevajo znatnih stroškov za shranjevanje in pripravo za uporabo. Zaradi tega so zanesljivi in ​​zaželeni za uporabo. Toda hkrati ima ta vrsta pomembno pomanjkljivost - zelo visoko porabo goriva. Tu je tudi mešanica goriva in oksidanta. Raketni motor na tekoče-kapljevitost je učinkovitejši, a hkrati kompleksnejši. V njem se gorivo in oksidant nahajata v različnih rezervoarjih in se dozirata v šobo. Pomembna prednost je, da lahko prilagodite nivo podajanja in s tem hitrost vesoljskega plovila. Kljub temu, da imajo takšni raketni motorji nizek specifični impulz, razvijejo močan potisk. Ta lastnost je privedla do dejstva, da se zdaj uporabljajo izključno v praksi.

Jedrski raketni motor

To je eden od verjetnih analogov za sodobni sistemi gibanja. V jedrskem raketnem motorju se delovna tekočina segreva z energijo, ki se sprosti pri radioaktivnem razpadu ali termonuklearni fuziji. Takšni mehanizmi omogočajo doseganje pomembnega specifičnega impulza. In njihov skupni potisk je primerljiv s tistim pri kemičnih motorjih. Toda koliko vrst mehanizmov, ki temeljijo na jedrski energiji, obstaja? Skupaj 3:

1. Radioizotop.
2. Jedrska.
3. Termonuklearno.

Uporaba jedrskih raketnih motorjev v zemeljski atmosferi je precej problematična zaradi onesnaženosti s sevanjem. Možna rešitev Ta problem bo postal tip plinske faze.

Električni raketni motor

Ta vrsta ima največji potencial za razvoj in uporabo v prihodnosti. Električni raketni motorji veliko obetajo. Tako lahko njihov specifični impulz doseže vrednosti 210 km/s. Obstajajo 3 vrste motorjev:

1. Elektrotermično.
2. Elektrostatični (na primer ionski raketni motor).
3. Elektromagnetno.

Lastnost (lahko rečemo, da je tako prednost kot slabost) je, da z večanjem specifičnega impulza potrebujemo manj goriva, a več energije. S tega vidika ima ionski raketni motor, ki deluje na plin, dobre možnosti. Trenutno se v praksi uporablja za prilagoditev poti orbitalnih postaj in satelitov. Omejeni viri električne energije v vesolju in težave z delovanjem na višinah nad 100 kilometrov še vedno preprečujejo njihovo široko uporabo. Plazemski raketni motorji, pri katerih je delovna tekočina v stanju plazme, imajo velik potencial za uporabo, vendar so še samo v fazi eksperimentiranja.

Samo pomislite - ljudje bodo leteli na Mars z raketnim motorjem ... Se kdo od vas sploh zaveda, koliko raketnega goriva je potrebno vzeti s seboj? Za vozilo s posadko je zaloga goriva desetkrat večja kot za izvidniško sondo. To bi bila neupravičena prekomerna poraba denar zavezancev, saj koeficient koristno dejanje raketni motor manj kot 1 %. Obstaja pa enostavnejša, cenejša in močnejša možnost!

Predzgodovina učinka Baskakova.

Pozdravljeni vsi skupaj! Sem Aleksej Baskakov, po izobrazbi fizik, študiram pojavov, ki jih uradna znanost ignorira. Sredi 90-ih sem kot študent izvedel eksperiment s tekočim rotorjem. Zaradi njegove asimetrije je nastal gradient centrifugalne sile, ki je privedel do potiska celotne instalacije. Izkušnje so dokazale možnost nepodprtega gibanja - instalacija je olajšala svojo težo do 30%. Teoretično bi bilo mogoče narediti več, vendar sem se bal, da bi poškodoval krhko strukturo domačega motorja.

Čeprav je bil poskus uspešen, je v napravi manjkalo različnih senzorjev (študentski proračun tega ni dopuščal) za preizkušanje teoretičnih izračunov v praksi.

Ko sem videl učinek, so me kulturno izključili iz univerzitetnega laboratorija. Delujoč model Motor sem moral odnesti v študentski dom. In potem sem začel iskati zainteresirane ljudi - šel sem v tovarne, povezane z obrambno industrijo, pisal pisma oblikovalskim birojem. Posledično je vse zaman. V začetku poletja 2000 sem pisal pismo administraciji novega predsednika naše države in kakšen mesec kasneje so prišli ljudje v civilu s preiskavo, zasegli instalacijo, vse materiale in evidence ... In so strogo in strogo prepovedali ukvarjanje s to temo...

Vrnitev k razvoju motorjev je bila skoraj 17 let zelo strašljiva. Upal sem, da bom sam zaslužil dovolj denarja, da bom organiziral svoj majhen laboratorij in zbiral nova namestitev. Toda praksa je pokazala, da sem slab poslovnež - ne čutim nobene osebne koristi in sem celo nagnjen k brezplačnemu dajanju. Ko sem zbral pogum, sem se odločil, da se 15. junija 2017 ponovno obrnem na direktno linijo pri predsedniku, tam pripravil video, napisal besedilo, poklical ... Pa so me ignorirali.

Razumem, da je zelo težko zainteresirati znanstvenike, poslovneže in oblasti, ne da bi pokazali delovno držo. Zato sem se odločil pozvati vse ljudi, da zberejo sredstva za vgradnjo novega poskusnega motorja. Upam na vašo podporo, čeprav so edini dokaz uspešnosti moji spomini - moja častna beseda. Vse vabim, da stojijo pri izhodišču novo obdobje kozmonavtika in tehnična revolucija v prometu!

Potrebuje kdo dostopen prostor?

Postavlja se vprašanje: ali obstaja kdo poleg mene, ki bi rad prosto in poceni potoval po sončnem sistemu, kot bi se vozil po mestu z avtom? Možno bo tudi rudarjenje mineralov na asteroidih in drugih planetih. In vsak se lahko prepriča sam okrogla zemlja ali ravno)) Mimogrede, ta motor vam bo omogočil ustvarjanje nova vrsta transport za potovanje in prevoz blaga ne samo v vesolju, ampak tudi v atmosferi in pod vodo. Zanimivo je, da za tako univerzalno vozilo najboljša oblika bi bila "leteči krožnik".

Za informacijo korporacijam, ki jih moj razvoj ne zanima preveč, vas želim obvestiti, da če se mi kaj zgodi, se bodo informacije, ki opisujejo učinek motorja, samodejno pojavile v različne dele Internet. Za to sem že poskrbel;) In marsikdo pameten bo znal sestaviti nov univerzalni motor za vesoljske ladje. Namesto upiranja se je torej bolje povezati z napredkom – prihodnost neizogibno prihaja. In vsi ljudje se morajo odločiti, v kakšni prihodnosti želijo živeti - polni groze ali polni veselja do življenja.

Sem za mir na vsem svetu!

Sem kategorično proti uporabi tega motorja v vojaške namene! Ker se bodo ljudje prehitro pobili ali pa svojo agresivnost ponesli onkraj planeta. Da bi preprečil takšen razvoj dogodkov, se ukvarjam z drugim razvojem (na področju človeške psihologije) - povečevanjem racionalnosti in razsvetljevanjem zavesti. V zvezi s tem obstaja odlična možnost za razvoj človeštva.

Zelo si želim, da bi moj motor zagnali v Rusiji. In da se izboljšanje družbe začne pri nas.

Stroški in načrti.

Zbrana sredstva bodo namenjena:

Izdelava motornih delov (po naročilu v proizvodnji);

Nakup senzorjev za poskusno vgradnjo motorja;

Nakup kontrolnih in merilnih instrumentov;

Nakup dodatne opreme;

Spletno mesto z davki in odstotki storitev

Po preizkusu motorja nameravam sestaviti demo vozilo brez posadke. In tudi sestavite generator električne energije z uporabo principa delovanja tega motorja. Če mi bo uspelo zbrati več sredstev od načrtovanega, bom lahko začel uresničevati svoje načrte brez organiziranja novega projekta množičnega financiranja.

Prvi na svetu je bil sestavljen v Rusiji
jedrski vesoljski motor

Senzacionalna novica z dne 10. avgusta je zaradi dogajanja v ameriškem Fergusonu in Ukrajini v svetovnih in naših medijih iz nekega razloga ostala neopažena.
Poskušal bom zapolniti to vrzel in objaviti članek v celoti, kot je. Vsak bi moral vedeti za tak dogodek in ponosen sem na naše znanstvenike in državo.

Jedrski motor za vesoljska plovila

V JSC Mashinostroitelny Zavod v bližini Moskve so strokovnjaki sestavili prvi gorivni element (TVEL) standardne zasnove vesoljskega jedrskega električnega pogonskega sistema (JED). To je sporočila tiskovna služba državne korporacije Rosatom reaktorske elektrarne je JSC NIKIET.

Dela potekajo v okviru projekta "Ustvarjanje transportno-energetskega modula na osnovi jedrskega pogonskega sistema megavatnega razreda." Po besedah ​​direktorja in generalnega oblikovalca JSC NIKIET Jurija Dragunova naj bi jedrska elektrarna po načrtu bila pripravljena leta 2018, piše Lenta.

"Glede reaktorske instalacije, kar zadeva obseg dela državne korporacije Rosatom, gre vse po načrtih, v skladu s časovnim načrtom," je dejal Dragunov. Jedrski pogonski sistem naj bi uporabljali za polete v vesolje na dolge razdalje in dolgo delo v orbiti. Zlasti ustvarjanje te naprave bo močno skrajšalo časovno obdobje, potrebno za ekspedicijo na Mars.

Projekt jedrske elektrarne je leta 2009 odobrila Komisija za modernizacijo in tehnološki razvoj ruskega gospodarstva pri predsedniku Rusije. Idejna zasnova je bila izdelana do leta 2012

To je skok v prihodnost. Ta motor nam bo omogočil, da bomo prvi pristali na Marsu in se vrnili nazaj. To je skok v 22. stoletje, odmik od vseh ostalih. Danes Rusija poskuša prevladovati v vesoljski industriji, gradi nova vesoljska pristanišča in rakete. Upam, da nam bo uspelo povrniti veličino nekdanje sovjetske kozmonavtike."

Že konec tega desetletja bi lahko v Rusiji ustvarili vesoljsko plovilo na jedrski pogon za medplanetarna potovanja. In to bo dramatično spremenilo razmere tako v obzemeljskem prostoru kot na Zemlji sami.

Sama jedrska pogonska enota bo pripravljena za polet leta 2018. To je sporočil direktor centra Keldysh, akademik Anatolij Korotejev. »Prvi vzorec (jedrske elektrarne megavatnega razreda. - Opomba Expert Online) moramo pripraviti za preizkuse leta 2018. Ali bo letel ali ne, je druga stvar, morda je čakalna vrsta, vendar mora biti pripravljen za letenje," je njegove besede poročala RIA Novosti. Navedeno pomeni, da eden najbolj ambicioznih sovjetsko-ruskih projektov na področju raziskovanja vesolja prehaja v fazo takojšnje praktične izvedbe.

Leta 2010 je predsednik Rusije in zdaj premier Dmitrij Medvedjev ukazal, da se v naši državi do konca tega desetletja ustvari vesoljski transportni in energetski modul, ki temelji na jedrski elektrarni megavatnega razreda. Za razvoj tega projekta do leta 2018 naj bi iz zveznega proračuna, Roscosmosa in Rosatoma namenili 17 milijard rubljev. 7,2 milijarde tega zneska je bilo dodeljenih državni korporaciji Rosatom za ustvarjanje reaktorske elektrarne (to dela Dollezhal Research and Design Institute of Energy Engineering), 4 milijarde - centru Keldysh za ustvarjanje jedrske energije pogonska naprava. RSC Energia nameni 5,8 milijarde rubljev za izdelavo transportno-energetskega modula, z drugimi besedami, raketne ladje.

Kakšne so praktične koristi za Rusijo od teh dogodkov? Ta ugodnost močno presega 17 milijard rubljev, ki jih namerava država do leta 2018 porabiti za izdelavo nosilne rakete z jedrsko elektrarno na krovu z zmogljivostjo 1 MW. Prvič, to je dramatična širitev zmogljivosti naše države in človeštva na splošno. Vesoljsko plovilo na jedrski pogon ponuja ljudem prave priložnosti za potovanje na Mars in druge planete.

Drugič, takšne ladje omogočajo močno okrepitev dejavnosti v bližnjem zemeljskem prostoru in zagotavljajo resnično priložnost za začetek kolonizacije Lune (na zemeljskem satelitu že potekajo gradbeni projekti). jedrske elektrarne). »Uporaba jedrskih pogonskih sistemov se obravnava za velike sisteme s posadko in ne za majhna vesoljska plovila, ki lahko letijo na drugih vrstah naprav z uporabo ionskih motorjev ali energije sončnega vetra. Jedrske pogonske sisteme z ionskimi motorji je mogoče uporabiti na medorbitalnem vlačilcu za večkratno uporabo. Na primer, prevažajte tovor med nizko in visoko orbito ter letite na asteroide. Možno je ustvariti lunarni vlačilec za večkratno uporabo ali poslati ekspedicijo na Mars,« pravi profesor Oleg Gorškov. Ladje, kot so te, dramatično spreminjajo ekonomiko raziskovanja vesolja. Po izračunih strokovnjakov RSC Energia nosilna raketa na jedrski pogon zmanjša stroške izstrelitve tovora v lunino orbito za več kot polovico v primerjavi z raketnimi motorji na tekoče tekočino. Tretjič, to so novi materiali in tehnologije, ki bodo nastali med izvajanjem tega projekta in nato uvedeni v druge industrije - metalurgijo, strojništvo itd. Se pravi, to je eden tistih prelomnih projektov, ki lahko resnično potisne naprej tako rusko kot svetovno gospodarstvo.

Stroški izstrelitve nosilne rakete v sodobni astronavtiki ostajajo precej visoki in včasih dosegajo več sto milijonov dolarjev. Da bi ga občutno zmanjšali, oblikovalci iz različne države po vsem svetu razvijajo popolnoma nove tipe raketnih motorjev, ki lahko izstrelijo tovor v orbito z manjšo porabo energije v primerjavi s konvencionalnimi elektrarnami. Danes so izmed različnih obetavnih tovrstnih projektov trije najbližje izvedbi. Odločili smo se, da preučimo njihove značilnosti.

Po vsem svetu je bilo v letu 2015 izvedenih 87 izstrelitev nosilnih raket z različnimi tovori: 29 izstrelitev iz Rusije, 20 iz ZDA, 19 iz Kitajske, devet iz Evropske vesoljske agencije, pet iz Indije, štiri iz Japonske in ena v Iran . Od tega je bilo pet izstrelitev neuspešnih in povzročilo izgubo dveh avtomatskih vesoljskih plovil in desetih satelitov. Leta 2014 so države izvedle 92 izstrelitev nosilnih raket, leto prej pa 80. Danes se stroški izstrelitve tovora v orbito gibljejo od 15 do 25 tisoč dolarjev na kilogram pri izstrelitvi satelitov v geostacionarno prenosno orbito, od koder premakniti na geostacionarno. Izstrelitev vesoljskega plovila v nizko orbito je cenejša, a še vedno precej draga - od 2,4 do 6 tisoč dolarjev za kilogram.

Zato ni presenetljivo, da si številne države prizadevajo za ustvarjanje tehnologij, ki lahko znatno znižajo stroške izstrelitev v vesolje. Hkrati pa različni razvijalci ubirajo različne poti. Na primer, ameriško podjetje SpaceX ustvarja nosilne rakete Falcon Heavy s prvo stopnjo, ki jo je mogoče obnoviti. Podjetje je prepričano, da bo ponovna uporabnost prve stopnje Falcon Heavy zmanjšala stroške izstrelitve koristnega tovora v nizko zemeljsko orbito na dva tisoč dolarjev na kilogram in na 9-11 tisoč pri izstrelitvi v geostacionarno prenosno orbito. In ameriško podjetje JP Aerospace ustvarja večstopenjski izstrelitveni sistem, v katerem bosta prvi dve stopnji predstavljali zračne ladje.

V besedi, različne tehnologije Danes jih je veliko razvitih, katerih namen je zmanjšati stroške izstrelitev. Sem spadajo nosilne rakete s telesi, izdelanimi iz sodobni materiali, in raketoplane, ki lahko vzletajo in pristajajo letala, ter navigacijske sisteme za povratne stopnje raket. Toda glavno mesto med njimi zasedajo novi motorji. Res je, da na tem področju najpogosteje govorimo o izboljšanju konstrukcij obstoječih raketnih motorjev. Na primer, SpaceX-ov motor Merlin ima precejšnjo moč, vendar je tradicionalni raketni motor na tekoče tekočino. Vendar pa obstaja tudi izvirne rešitve, ki se prej ni uporabljal za nosilne rakete. Spodaj bomo razpravljali o treh najzanimivejših med njimi z vidika dizajna in potencialnih koristi.

Hibridni motor

Britansko podjetje Reaction Engines je v začetku devetdesetih let prejšnjega stoletja začelo razvijati nov tip raketnega motorja, ki bi porabil bistveno manj tekočega oksidanta, a bi bil učinkovit na vseh višinah leta. Predvidevalo se je, da bo združeval lastnosti zračnega turboreaktivnega in raketnega motorja. Nov projekt imenovan SABER (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine, sinergistični atmosferski raketni motor). Princip elektrarne je razmeroma preprost: pri letenju v atmosferi se za zgorevanje goriva uporablja atmosferski kisik, pri vstopu v brezzračni prostor pa motor preklopi na uporabo tekočega kisika iz rezervoarjev.

V skladu s projektom bo motor SABRE prejel univerzalno zgorevalno komoro in šobo, ki je v mnogih pogledih podobna podobnim elementom običajnega raketnega motorja. Ob izstrelitvi in ​​med pospeševanjem bo SABRE deloval kot običajen ramjet motor. Med letom bo zrak tekel v dovod zraka, nato pa skozi posebne obvodne kanale v hladilnik in zgorevalno komoro. V hladnejšem območju sta nameščena turbina in kompresor: ko curek izstopi iz šobe, bo zrak vlečen v motor in vrtel turbino, ta pa kompresor. Slednji bo začel stiskati ohlajen zrak, kar bo povečalo njegov dotok v zgorevalno komoro, posledično pa popolnost zgorevanja goriva in njegovo energijsko moč.

Predvideva se, da bo novi hibridni raketni motor v atmosferskem načinu deloval s hitrostjo letenja do pet machov (6,2 tisoč kilometrov na uro). Z naraščanjem hitrosti bo zrak v odprtini za dovod zraka - zaradi nenadnega zaviranja in stiskanja - postajal vedno bolj vroč. To bo poslabšalo njegovo stiskanje in zato splošna učinkovitost motor. Zato je za hlajenje vhodnega zraka predlagana uporaba posebne mreže cevi s premerom enega milimetra in skupno dolžino približno dva tisoč kilometrov. Vgrajeni bodo v zračni kanal. V same cevi bo pod pritiskom 200 barov (197 atmosfer) doveden helij, ki bo deloval kot hladilno sredstvo.

Po izračunih razvijalcev bo sistem omogočil hlajenje vstopnega zraka z več kot tisoč stopinj Celzija na minus 150 stopinj Celzija v eni stotinki sekunde. V tem primeru ne bo prišlo do utekočinjanja zraka, ki lahko močno zmanjša učinkovitost motorja. Po preseženi hitrosti petih Machovih števil se zapre dovod zraka in motor preklopi na porabo tekočega kisika iz rezervoarja. V tej izvedbi bo lahko deloval v redčenju zgornje plasti atmosferi in v brezzračnem prostoru. Kot gorivo naj bi uporabljali tekoči vodik. Testiranje posameznih komponent SABRE Reaction Engines izvaja od leta 2012 in je bilo ocenjeno kot uspešno.

Britansko podjetje trenutno sestavlja demonstrator motorne tehnologije, ki bo testiran konec leta 2017 - prva polovica 2018. V atmosferskem načinu bo ta naprava lahko razvila potisk 196 kilonewtonov. Prototipna elektrarna bo po dimenzijah ustrezala dimenzijam dvokrožnega turboreaktivnega motorja F135 z naknadnim zgorevanjem. Takšni motorji so nameščeni na ameriških lovcih F-35 Lightning II. F135 je dolg 5,6 metra in ima premer 1,2 metra. Ta elektrarna je sposobna razviti potisk do 191 kilonewtonov v načinu naknadnega zgorevanja. Polnopravna naprava SABRE bo nekoliko večja in v atmosferskem načinu bo lahko razvila potisk 667 kilonewtonov. Njegovi testi so načrtovani za leta 2020–2021.

Britansko podjetje verjame, da je zahvaljujoč njegovemu motorju nosilna raketa lahko enostopenjska. Poleg tega bo ta posamezna stopnja postala vračljiva. Nova elektrarna bo porabila veliko manj goriva in predvsem oksidanta kot klasični raketni motor, saj naj bi za atmosferski let kisik za zgorevanje goriva črpali iz zraka. Britanske motorje nameravajo uporabiti v obetavnih ameriških dvostopenjskih vesoljskih plovilih za večkratno uporabo, ki po navedbah predhodni izračuni, bo omogočil izstrelitev tovora v nizko zemeljsko orbito za 1,1–1,4 tisoč dolarjev na kilogram.

Hiperzvočni motor

Izstrelitev rakete s hipersoničnim ramjet motorjem v Indiji na poligonu Sriharihota

Konec avgusta 2016 je Indijska organizacija za vesoljske raziskave izvedla prve uspešne preizkuse hiperzvočnih ramjetnih motorjev. Uspešen preizkus elektrarn je potekal na poligonu Sriharihota na vzhodu države. Za testiranje so razvijalci uporabili običajno dvostopenjsko nosilno raketo ATV na trdo gorivo, na drugo stopnjo katere so bili pritrjeni hiperzvočni motorji. Med preizkusi pogonskih sistemov so raziskovalci testirali nadzvočni vžig, trajno zgorevanje goriva, mehanizem za dovod zraka in sistem za vbrizgavanje goriva. Skupno trajanje letenja druge stopnje je bilo 300 sekund, od tega so hiperzvočni motorji delovali pet sekund.

Indijske elektrarne, ustvarjene v okviru projekta SRE (Scramjet Rocket Engine, hiperzvočni ramjet raketni motor), so delovale s hitrostjo letenja nekaj več kot šest Machov. Oder z motorji se je dvignil na višino 70 kilometrov. Namen prvega preizkusa hiperzvočnih motorjev je bil preveriti stabilnost njihovega delovanja in ne sposobnost teh elektrarn, da pospešijo nosilce do hiperzvočnih hitrosti. V bližnji prihodnosti razvijalci načrtujejo dokončanje obdelave podatkov, pridobljenih med prvim zagonom elektrarn, in izvedbo druge serije testov. Predvideva se, da bodo hiperzvočni motorji pospešili drugo stopnjo nosilnih raket na osem do devet Machovih števil.

Indijci ne razkrivajo tehničnih podrobnosti o svojih hiperzvočnih napravah. Vendar splošna shema Takšni motorji, ki so jih razvijali v več državah po svetu od sedemdesetih let prejšnjega stoletja, so znani. Hiperzvočni ramjet motor se od običajnih razlikuje po tem, da gorivo v njegovi komori zgori v nadzvočnem zračnem toku. V tem primeru se zrak za proces zgorevanja dovaja v komoro v neposrednem toku brez uporabe dodatnih kompresorjev. Videti je takole: vhodni zračni tok vstopi v dovod zraka, nato pa v zoženo kompresorsko komoro, kjer se stisne in od koder vstopi v zgorevalno komoro. Najbolj zanimivo je, da taki hiperzvočni motorji morda sploh nimajo gibljivih delov.

Hiperzvočne elektrarne lahko delujejo pri hitrosti letenja najmanj štiri do pet Machovih števil - pri tej hitrosti je zagotovljena potrebna kompresija zraka in stabilno zgorevanje goriva. Teoretična zgornja meja hitrosti hiperzvočnega motorja je 24 machov. Hkrati bo elektrarna lahko razvila višje vrtljaje, če bo v zgorevalno komoro dodatno vbrizgan tekoči oksidant. Največja višina domet letenja, na katerem lahko hiperzvočni motorji delujejo brez potrebe po dodatnem vbrizgavanju oksidanta, je 75 kilometrov. Za primerjavo, nizka Zemljina orbita se začne pri 160 kilometrih.

Poleg Indije ZDA, Rusija, Kitajska in Avstralija trenutno aktivno delajo na ustvarjanju hiperzvočnih raketnih motorjev. ZDA in Rusija nameravata nove pogonske sisteme namestiti na hiperzvočne bojne rakete, izvidniška vozila in lovce šeste generacije. Tudi Avstralija, ki razvija skupaj z Američani, namerava rakete opremiti z novimi motorji. Kitajska namerava poleg bojne uporabe elektrarn le-te uporabiti v nosilnih raketah. Po nepotrjenih poročilih bodo hiperzvočni motorji pospešili kitajske nosilne rakete na 10–12 machov, bojne rakete pa na 20 machov. Prvi testi kitajske hiperzvočne rakete so potekali junija lani.

ZDA in Rusija menita, da bo uporaba hiperzvočnih motorjev v nosilnih raketah bolj zapletla kot poenostavila njihovo zasnovo. Poleg tega raziskovalci verjamejo, da takšne elektrarne ne bodo mogle razviti zadostnega potiska za izstrelitev velikih bremen. Indijski in kitajski razvijalci so prepričani, da bo uporaba hiperzvočnih ramjetnih motorjev v nosilnih raketah odpravila večino tekočega oksidanta, ki bo potreben le med eksoatmosfersko fazo leta. In problem morebitnega nezadostnega potiska je mogoče rešiti z namestitvijo več hiperzvočnih elektrarn, korist od opustitve oksidatorja pa ne bo izravnana - skupna masa motorjev bo zaradi preproste zasnove majhna.

Detonacijski motor

Medtem v Rusiji specializirani laboratorij "Detonacijski tekoči raketni motorji" znanstveno-proizvodnega združenja "Energomash" razvija vrtilni tekoči raketni motor, ki deluje na gorivni par kisik-kerozin. O prvem uspešnem preizkusu takšne elektrarne 26. avgusta letos. Opozoriti je treba, da je to prvi vrtilni detonacijski motor na svetu, razvit posebej za uporabo na nosilnih raketah. Podobna elektrarna se danes ustvarja v Združenih državah Amerike, vendar naj bi se uporabljala kot bolj ekonomična in učinkovita zamenjava za plinskoturbinske motorje na mornariških ladjah.

Preučevanje principov delovanja in razvoj detonacijskih motorjev v nekaterih državah sveta poteka že več kot 70 let. Prvič so jih začeli uporabljati v Nemčiji v štiridesetih letih prejšnjega stoletja. Res je, da takrat raziskovalci niso mogli ustvariti delujočega prototipa detonacijskega motorja, vendar so bili razviti in množično proizvedeni pulzirajoči motorji za dihanje zraka. Nameščeni so bili na rakete V-1. V elektrarnah takšnih raket je bilo gorivo v zgorevalni komori dovajano v majhnih količinah v rednih intervalih. V tem primeru je širjenje zgorevalnega procesa skozi gorivo potekalo s hitrostjo, nižjo od hitrosti zvoka. To zgorevanje se imenuje deflagracija in je osnova za delovanje vseh običajnih motorjev z notranjim zgorevanjem.

V detonacijskem motorju se zgorevalna fronta širi skozi mešanico goriva hitreje od hitrosti zvoka. Ta proces zgorevanja imenujemo detonacija. Detonacijske motorje danes delimo na dve vrsti: impulzne in vrtilne. Slednji se včasih imenujejo rotacijski. Načelo delovanja impulznih motorjev je podobno kot pri impulznih motorjih z vdihavanjem zraka: gorivo in oksidant se dovajata v zgorevalno komoro pri visokih frekvencah v rednih intervalih. Glavna razlika je detonacijsko zgorevanje mešanice goriva v zgorevalni komori. Zahvaljujoč detonaciji gorivo zgori bolj popolno in se sprošča velika količina energije kot med deflagracijo.

Motorji z vrtljivo detonacijo uporabljajo obročasto zgorevalno komoro. V njej se mešanica goriva dovaja zaporedno skozi radialno nameščene ventile. V takšnih elektrarnah detonacija ne zamre med dovodom goriva in oksidanta. Med delovanjem motorja detonacijski val "teče okoli" obročaste zgorevalne komore, mešanica goriva za njim pa ima čas, da se obnovi. Poleg tega, če je treba v impulznem motorju v zgorevalno komoro dovajati vnaprej pripravljeno mešanico goriva in oksidanta, potem v vrtilnem motorju to ni potrebno - spredaj visok pritisk, ki se premika pred detonacijskim valom, precej učinkovito meša potrebne komponente. Rotacijski motor so prvič preučevali v ZSSR v petdesetih letih prejšnjega stoletja.

V novem ruskem raketnem motorju z vrtilno detonacijo je frekvenca vrtilne detonacije 20 kilohercev, kar pomeni, da v eni sekundi detonacijski val uspe 20 tisočkrat "preleteti" obročasto zgorevalno komoro. V teoriji, detonacijski motorji sposoben delovati v širokem razponu hitrosti letenja - od nič do pet Machovih števil, in pri uporabi dodatnih enot, kot je kompresor, Zgornja meja se lahko dvigne na sedem ali osem Machovih števil. Verjame se, da lahko takšne elektrarne proizvedejo več energije in hkrati porabijo manj goriva kot običajni reaktivni motorji. Hkrati je zasnova detonacijskih motorjev razmeroma preprosta: v osnovni različici nimajo kompresorja in številnih gibljivih delov.

Zaradi svoje učinkovitosti in visoke izhodne moči bodo vrtilni detonacijski motorji v nosilnih raketah znatno zmanjšali količine goriva in oksidanta, potrebnega za izstrelitev tovora v orbito. V praksi (in to je značilno za vse že naštete projekte), zmanjšanje mase motorja (in elektrarna bo tehtala manj kot običajna raketa), goriva in oksidanta bodisi poveča izstrelitveno težo nosilca, hkrati pa ohrani dimenzije, ali pa pustite nespremenjeno metno težo, medtem ko zmanjšate dimenzije rakete. Izmetna teža nosilne rakete je masa končne stopnje, njeno gorivo in tovor.

Tekmo na trgu izstrelitev v vesolje bo v prihodnje dobil tisti, ki bo čim ceneje spravil v orbito čim več tovora. Nekatera podjetja verjamejo, da je mogoče z uporabo novih tehnologij stroške izstrelitve tovora v nizko orbito znižati pod tisoč dolarjev na kilogram in pod deset tisoč na kilogram pri izstrelitvi v geotransferno orbito. Kdaj točno bo to mogoče, pa še ni jasno. Po najbolj drznih ocenah bodo nove raketne motorje na nosilnih raketah uporabljali od sredine 2020-ih let.

Vasilij Sičev

Ta teden je svetovno znanstveno skupnost pretresla nepričakovana novica. Kitajski znanstveniki so uradno objavili eksperimentalne dokaze, da elektromagnetni motor EmDrive dejansko deluje. Edinstvena naprava je sposobna, na primer, premikati vesoljsko ladjo v vakuumu ... brez uporabe goriva. Torej, zakaj so mnogi znanstveniki verjeli (in nekateri še vedno verjamejo), da je ta izum čisto vodošarlatanstvo?

Kako deluje EmDrive

Orbitalna postaja Tiangong-2, kjer bodo testirali EM motor

Koncept elektromagnetnega pogonskega sistema je leta 2002 prvič objavilo britansko raziskovalno podjetje Satellite Propulsion Research, ki ga je ustanovil vesoljski inženir Roger Scheuer. Hkrati je bil javnosti predstavljen prvi delujoči prototip naprave. Da, da, znani "britanski znanstveniki" so izumili fantastičen motor, kar je povzročilo val skepticizma znanstvene skupnosti.

Dejstvo je, da EmDrive nasprotuje vsem obstoječim fizikalnim zakonom (o tem smo govorili pred enim letom). Njegova zasnova je magnetron, ki ustvarja mikrovalove, pa tudi visokokakovosten resonator - kovinsko "vedro", mikrovalovna past v obliki zaprtega stožca. Magnetron(V Vsakdanje življenje on je tisti, ki zagotavlja delo mikrovalovne pečice) je na resonator povezan z visokofrekvenčnim daljnovodom, to je navadnim koaksialnim kablom. Ob vstopu v resonator se EM val oddaja proti obema koncema z enako fazno hitrostjo, vendar z različnimi skupinskimi hitrostmi - to je po mnenju ustvarjalca tisto, kar povzroči učinek.

Kakšna je razlika med tema dvema hitrostoma? Ko so v zaprtem prostoru, se elektroni začnejo širiti v njem in se odbijajo od notranjih sten resonatorja. Fazna hitrost je hitrost glede na zrcalno površino, ki pravzaprav določa hitrost gibanja elektronov. Ker elektroni vstopajo v komoro iz istega vira, je ta vrednost res za vse enaka. Skupinska hitrost, pa predstavlja hitrost elektronov glede na končno steno in se povečuje, ko se premikajo od ozkega do širokega dela stožca. Tako je po Scheuerju pritisk EM valovanja na široko steno resonatorja večji kot na ozko steno, ki ustvarja potisk.

Motor proti Newtonovi fiziki

Zakaj se torej znanstveniki s tem ne strinjajo? Glavna pritožba fizikov je, da je načelo delovanja opisanega dizajna neposredno je v nasprotju s tretjim Newtonovim zakonom, ki pravi, da ima »dejanje vedno enako in nasprotno reakcijo, sicer pa so interakcije dveh teles med seboj enake in usmerjene v nasprotnih smereh«. Preprosto povedano, v prostoru, ki ga poznamo, za vsako akcijo obstaja reakcija, ki je enako močna, vendar nasprotna po smeri. Ta princip pojasnjuje, zakaj delujejo vsi sodobni motorji, od reaktivnih motorjev (plin se črpa nazaj, kar poganja avto naprej) do ionskih motorjev (žarek nabitih atomov se premika v eno smer, ladja pa v drugo). EmDrive preprosto ... nima emisij.

Poleg tega ostaja še več ne tako pomembnih neznanih. pomembne parametre. Na primer, avtor koncepta ni upošteval dejstva, da EM val pritiska ne samo na končne stene, ampak tudi na stranske stene resonatorja. Po kritikah je Scheuer objavil nerecenzirani članek, v katerem je razložil svoje stališče, vendar strokovnjaki pravijo, da je teorija sevalnega pritiska bolj zapletena od teorije, ki jo je predstavil.

Tehnologije na meji domišljije

Leta 2013 se je za motor začela zanimati NASA. Ni presenetljivo: če bo EmDrive res deloval, kot je oglaševano, bo to prava revolucija na področju vesoljskih potovanj. Naprava je bila testirana v laboratoriju Eagleworks v vesoljskem centru Johnson. Delo je potekalo pod vodstvom Harolda Whitea in med njihovim potekom je bil dosežen nenormalen rezultat - potisk približno 0,0001 N. White verjame, da lahko takšen resonator deluje z ustvarjanjem virtualnega plazemskega toroida, ki realizira potisk z uporabo magnetohidrodinamike med kvantnim nihanja vakuuma. Pogoji testiranja so bili izbrani tako, da so nežni, 50-krat manj močni kot Scheuerjevi lastni poskusi. Potekale so na torzijskem nihalu z majhno silo, ki je sposobno zaznati sile več deset mikronewtonov, v zaprtem vakuumska komora od iz nerjavečega jekla pri sobna temperatura zraka in normalnega atmosferskega tlaka.

Danes je CCTV-2 poročal, da kitajski inženirji niso le uspešno testirali nov motor v vesoljskem laboratoriju Tiangong-2 decembra lani, predstavil pa je tudi materiale, ki prikazujejo vezje in delovanje EmDrive. V bližnji prihodnosti bo instalacija odšla v vesolje in testirana v realnih razmerah. Li Feng, glavni oblikovalec, je pojasnil, da bo treba tehnologijo nadgraditi, preden jo bodo izstrelili v vesoljska plovila. Na primer, da bi vozilo obdržali v orbiti, je potrebna moč potiska od 100 mH do 1H, trenutna zasnova pa ne omogoča iztiskanja takšne moči iz motorja. Poleg tega bo postavitev motorja v enem ali drugem delu teoretičnega satelita vplivala tudi na njegovo ogrevanje in potisk.

NASA je prepričana, da bo z izračunanim potiskom 1,2 mN naprava lahko dosegla rob solarni sistem v samo nekaj mesecih. Če bodo testi uspešni, bo kolonizacija Marsa prenehala biti sanje in bo postala resničnost, ki bo človeštvu v bližnji prihodnosti omogočila raziskovanje Zemlji najbližjih planetov in velikih asteroidov.