Верхом на взрыве
Луна и Марс стали ближе
Российские учёные и конструкторы первыми в мире провели успешные испытания детонационного жидкостного ракетного двигателя. Новую силовую установку создали в НПО "Энергомаш", сейчас уникальный двигатель проходит стендовые испытания.
В чём же состоят преимущества детонационного двигателя, и почему за этой небольшой новостью стоит совершенно удивительная перспектива нового этапа покорения космического пространства?
Детонационное горение — это особый взрывной вид горения, в котором топливо буквально взрывается прямо в камере сгорания ракетного двигателя. Такой режим очень эффективен с точки зрения утилизации энергии, заключённой в топливе, но и очень нестабилен, как любой взрыв. Детонационный двигатель получается достаточно простым на бумаге и в концепте, но при этом сложным в реализации — недаром идею детонационного горения в ракетном двигателе предложил советский физик Яков Зельдович ещё в 1940 году, а реализовать её "в металле" смогли только сейчас, спустя три четверти века.
Современные обычные ракетные двигатели — результат эволюции, которую прошла вся ракетная техника за эти 75 лет. Несмотря на то, что в глазах общественности ракетная техника — это передний край научно-технического прогресса, в реальности процесс совершенствования ракетных двигателей уже везде в мире вышел "на полочку": и Россия, и США сегодня летают во многом на ракетных двигателях, разработанных и созданных ещё в 1960-1970-х годах. Космические идеи Сергея Королёва, Валентина Глушко и Вернера фон Брауна пережили своих создателей, и ракетные двигатели, созданные ими, до сих пор выводят на околоземную орбиту спутники и космонавтов.
Создать в ракетной отрасли что-то новое сегодня очень трудно: химический ракетный двигатель уже и так работает практически на пределе возможностей, представляя собой во многом вершину инженерной и технической мысли всего человечества. Основным же пределом в его дальнейшем совершенствовании, кроме ограниченности самих возможностей химического топлива, является напряжённость его конструкции. Чем лучше двигатель, чем он эффективнее и мощнее — тем большее давление надо поддерживать в камере его сгорания. Больше давление — с большей скоростью будет истекать из сопла реактивная струя, меньше топлива будет затрачено на то, чтобы придать то же ускорение одинаковому грузу.
Именно благодаря своему конструкционному совершенству нашли себя на мировом рынке одни из самых совершенных двигателей в мире — семейство РД-170 производства того же НПО "Энергомаш". Созданные в своё время для первой ступени советской сверхтяжёлой ракеты "Энергия", сегодня эти двигатели, после массы модификаций, служат в российской "Ангаре", в американских "Атласе" и "Антаресе", в украинской ракете "Зенит", используются в массе других ракет.
Давление в камере сгорания двигателей семейства РД-170 составляет 250 атмосфер — это один из лучших параметров в мире. Но давление на выходе из его кислородного насоса, качающего окислитель в камеру сгорания, — и того больше, достигая величины в 600 атм. Иначе никак нельзя — кислород просто не "запихнуть" в сопло, если не создать ещё большее давление. Для привода этого насоса используется турбина мощностью 189 МВт — сорокасантиметровое колёсико этой турбины выдаёт столько же энергии, сколько попадает на вал огромного супертанкера или сухогруза, везущего по морю тысячи тонн груза. При этом такой турбонасос — сверхсложное механическое устройство, вал его вращается со скоростью 230 оборотов в секунду, а любое постороннее тело внутри него приводит к взрыву. Технологии создания такого двигателя и есть главное ноу-хау "Энергомаша", которое позволяет ему продавать свои двигатели везде, где нужны мощные ракеты.
А у детонационного двигателя ничего этого нет. Громадное давление в камере сгорания создаёт сам взрыв, сжимая горючее и окислитель до неимоверных параметров. В силу этого детонационный двигатель получается в 10 раз мощнее, в несколько раз проще и где-то на 10-15% эффективнее по тяге, чем обычный ракетный двигатель.
Конечно, когда мы говорим о росте "эффективности" в 10-15%, читатели могут сказать: а почему так мало? Дело в том, что большего роста не достичь не из-за двигателя, а из-за того, что больше энергии просто нет в самом химическом топливе — не получается разогнать реактивную струю больше, чем даёт процесс горения в кислороде водорода или керосина, на которых летают современные ракеты. Но даже 10-15% экономии топлива, да ещё и помноженные на гораздо более простую и, как следствие, дешёвую конструкцию детонационного ракетного двигателя, могут сотворить чудеса с современным ракетостроением и космонавтикой. Речь о том, что новый двигатель может практически на треть снизить затраты по выводу грузов на орбиту Земли, позволяя уйти от создания сверхсложных устройств, которыми фактически являются современные ракетные двигатели.
А это значит, что и космос, и Луна, и Марс станут к нам гораздо ближе. Осталось лишь окончательно "оседлать" упрямую мощь управляемого взрыва в ракетном двигателе, и ближе всего к этому подошла сегодня Россия.
Алексей Анпилогов