Аппараты для полета в дальний космос

Популярная механикаHi-Tech

Двигатель для космолета: на чем люди полетят в дальний космос

Константин Предаченко

HOTOL. Беспилотный аппарат был предназначен для доставки полезной нагрузки массой около 7−8 т на низкую орбиту высотой 300 км. Он должен был взлетать с взлетно-посадочной полосы, размещаясь на фюзеляже большого самолета-носителя с ракетными ускорителями, которые должны были помочь разогнать аппарат до скоростей, оптимальных для работы его двигателей. Двигатели должны были переключаться с воздушно-реактивного на ракетный режим работы при достижении аппаратом скорости в 5−7 М.

Через десять лет после удачного штурма космоса несколько стран затеяли чрезвычайно амбициозные проекты по его дальнейшему освоению. В 1971 году США запустили программу Space Shuttle, через пять лет СССР начал разработку системы «Энергия – Буран», а еще через шесть лет к гонке подключилась Великобритания с проектом HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing).

Многие  специалисты  считают именно английский проект самым революционным: если США и СССР развивали традиционные ракетные технологии, заложенные еще Вернером фон Брауном, то Великобритания решила создать принципиально новый воздушно-космический самолет. Самим аппаратом занималась British Aerospace, а уникальный воздушно-реактивный двигатель должна была разработать компания Rolls-Royce. Планировалось, что HOTOL будет взлетать с разгонной аэродромной тележки, двигатель начнет работать в воздушно-реактивном режиме (до высоты около 28 км), используя в качестве окислителя забортный воздух, после чего перейдет в режим классического ракетного жидкостного двигателя. Создание такого двигателя и сейчас задача почти фантастическая, что же говорить о восьмидесятых годах. Довольно скоро Rolls-Royce столкнулась с рядом трудностей, повлекших незапланированный рост затрат на исследовательские работы. В итоге British Aerospace решила отказаться от революционного двигателя и вступить в кооперацию с СССР, переименовав проект в Interim HOTOL. Аппарат планировали оснастить советскими ЖРД и запускать с модифицированного самолета Ан-225. Сотрудничество началось в 1991-м, однако в этом же году Советский Союз закончил свое существование, похоронив под своими обломками и совместный проект.

Три в одном

Не все были согласны с таким положением дел. После сворачивания работ над RB545 в 1989 году ведущий конструктор двигателя Алан Бонд забрал с собой двух инженеров Rolls-Royce и основал собственную компанию – Reaction Engines. Она сосредоточилась на создании гибридного двигателя SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) и разработке других технологий для воплощения проекта космоплана Skylon. Многие эксперты считают, что проект SABRE способен перевернуть современную космонавтику и сделать возможным создание одноступенчатого космического аппарата. Он может работать на первом этапе полета как турбореактивный двигатель, в качестве окислителя забирая забортный воздух. На втором этапе – как прямоточный двигатель, а на третьем – как обычный ракетный двигатель, используя внутренний бортовой окислитель.

Идея одноступенчатого многоразового воздушно-космического аппарата (SSTO, Single Stage to Orbit) далеко не нова, но на пути ее воплощения стоит ряд препятствий – низкий уровень весовой отдачи конструкции и недостаточный удельный импульс существующих ракетных двигателей. Это взаимосвязанные параметры: повысив удельный импульс (который показывает, сколько секунд данный двигатель сможет создавать тягу в 1 Н, истратив при этом 1 кг топлива), вы можете получить ту же тягу с меньшим расходом топлива и окислителя, что позволяет сделать конструкцию большей массы. Однако существующие жидкостные ракетные двигатели имеют удельный импульс в вакууме порядка 400 с (рекорд для кислород-водородных КВД1 и RL-10 составляет 462 с, двигатели на экзотических компонентах – например, использующие водород-литий-фтор – позволяют получить на сотню больше, однако с ними столько проблем, что игра не стоит свеч).

a5372c1b63e0e08647dd3dd085f2edc6.jpg
Сравнительные размеры многоразовых кораблей. Проекты кораблей с двигателями SABRE на фоне существующих челноков смотрятся как звездолеты из «Звездных войн». Это действительно принципиально другие космические аппараты.

Не ракета, не самолет

В то же время двигатели современных авиалайнеров имеют удельный импульс на порядок выше, приближаясь к цифре 6000 с, и даже «прожорливый» двигатель сверхзвукового Concorde имел удельный импульс всего в два раза ниже – 3000 с (почти в десять раз экономичней космической ракеты). Такая радикальная разница из-за иного принципа работы: воздушно-реактивный двигатель на каждую часть топлива использует 14 частей воздуха (если топливо – водород, то 30), а ракетному приходится черпать из баков все, что потом улетит в сопло.

Можно, конечно, использовать воздушно-реактивный двигатель на части траектории выведения, которая проходит сквозь плотные слои атмосферы, с его экономичностью и отсутствием необходимости в окислителе. Но не все так просто. Космическая ракета стремится пройти плотные слои атмосферы быстро, проткнув их на вертикальном участке траектории, а уже потом заваливая траекторию горизонтально. Аппарат с ВРД не может позволить себе такой роскоши – он должен максимально использовать бесплатный окислитель за бортом, потому его траектория пологая и долгое время проходит в плотных слоях атмосферы, с большой скоростью полета на этом участке. Все это время аппарат находится под воздействием скоростного напора набегающего потока, что требует упрочнения конструкции и повышения эффективности теплозащиты – и то и другое тянет за собой увеличение веса. Есть еще одна хитрость – возможность использовать подъемную силу крыла: если ракета с вертикальным стартом висит на тяге двигателей и при наборе высоты тяга должна быть больше ее веса, то крылатый аппарат с аэродинамическим качеством 5 для набора высоты должен иметь тягу всего лишь больше 1/5 веса. Однако крылья – это тоже дополнительный рост веса конструкции. Все это затягивается в тугой клубок противоречий, решить которые на современном технологическом уровне, получив преимущества над многоступенчатой системой, достаточно сложно.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Египтологи разгадали тайну мумий, найденных еще в 1615 году Египтологи разгадали тайну мумий, найденных еще в 1615 году

Даже спустя тысячи лет тайны Древнего Египта продолжают волновать человечества

Популярная механика
Тацуо Такахаши. Я влюбился в борщ! Тацуо Такахаши. Я влюбился в борщ!

Тацуо Такахаши – о том, какими будут автомобили в недалёком будущем

4x4 Club
Рама Тайский: король в законе Рама Тайский: король в законе

Сегодняшний тайский король даст фору Калигуле

Maxim
Toyota Hilux от KDT. Тюнинг-концепт «Катран» Toyota Hilux от KDT. Тюнинг-концепт «Катран»

Подготовленным "Хайлаксом" сегодня никого не удивишь

4x4 Club
Какое животное самое опасное для человека: отвечают эксперты Какое животное самое опасное для человека: отвечают эксперты

Думаете, самыми опасными и смертоносными являются большие хищники? Как бы не так

Популярная механика
5 писателей-фантастов, предсказавших будущее 5 писателей-фантастов, предсказавших будущее

Этим авторам удалось предвидеть тенденции развития нашего мира

Популярная механика
Митио Каку рассказал, что ждет человечество в будущем Митио Каку рассказал, что ждет человечество в будущем

Физик Митио Каку поделился прогнозами о будущем

Inc.
Русские сезоны. Часть 2 Русские сезоны. Часть 2

Как покоряли мир отечественные танцовщики, художники и музыканты

Культура.РФ
Секрет ночного зрения сов может заключаться в особом типе ДНК в их сетчатке Секрет ночного зрения сов может заключаться в особом типе ДНК в их сетчатке

В глазах хищных птиц есть «линза» для улучшения зрения во тьме

National Geographic
Привет, самооценка! Привет, самооценка!

Как понять, в норме ли ваша самооценка

Домашний Очаг
Золотой щит: почему растет спрос на металлические счета в банках Золотой щит: почему растет спрос на металлические счета в банках

Почему металлические счета — не самый выгодный инвестиционный инструмент

Forbes
Украсть «финское чудо»: почему скандинавские школьники не боятся ошибиться и рассердить учителя Украсть «финское чудо»: почему скандинавские школьники не боятся ошибиться и рассердить учителя

Финские школы стали феноменом, который изучают на международном уровне

Forbes
Что произойдет, если все в мире станут веганами Что произойдет, если все в мире станут веганами

Что бы произошло, если бы все на Земле отказались от мяса и животных продуктов?

Популярная механика
Как требовать прибавку к зарплате Как требовать прибавку к зарплате

Как попросить прибавку к зарплате, не прибегая к угрозам!

Maxim
Вспомнили про недра Вспомнили про недра

Изменение налога на добычу полезных ископаемых справедливо ко всем

Эксперт
США в 2016 году достигли мирового рекорда по количеству пластиковых отходов США в 2016 году достигли мирового рекорда по количеству пластиковых отходов

В 2016 году в США образовалось 42 миллиона тонн пластикового мусора

N+1
Ядерная Ядерная

Необычные свойства нейтронных звезд обусловлены уникальным состоянием материи

Популярная механика
Как экс-миллиардер Гальчев стал одним из самых проблемных должников Сбербанка Как экс-миллиардер Гальчев стал одним из самых проблемных должников Сбербанка

Как мечта о создании глобального производителя цемента разбилась о три кризиса

Forbes
NASA оплатит разработку подпрыгивающего аппарата и сетей 4G для Луны NASA оплатит разработку подпрыгивающего аппарата и сетей 4G для Луны

Финансирование получили SpaceX, Nokia, Sierra Nevada, Blue Origin и другие

N+1
Клетку проткнули электрическим нанофонтаном Клетку проткнули электрическим нанофонтаном

Ученые предложили доставлять молекулы в клетки с помощью нанофонтанного зонда

N+1
7 мифов о женском алкоголизме 7 мифов о женском алкоголизме

Алкоголизм, которым страдают женщины, мало чем отличается от мужского

Psychologies
В Зоне отчуждения ЧАЭС появится первый веломаршрут В Зоне отчуждения ЧАЭС появится первый веломаршрут

Не обошлось и без условий его прохождения

National Geographic
Екатерина Гришина: Как лидеру вывести коллектив из кризиса Екатерина Гришина: Как лидеру вывести коллектив из кризиса

Испытания, пережитые коллективом, подталкивают

СНОБ
Героини нашего времени Героини нашего времени

25 женщин, которые изменили мир!

Лиза
Реальные динозавры. Часть 2 Реальные динозавры. Часть 2

Что изменилось в наших представлениях о динозаврах за последние годы

National Geographic
Врата в Ад: древнеримские жрецы убивали жертв смертельным газом Врата в Ад: древнеримские жрецы убивали жертв смертельным газом

Жуткие ритуалы языческих жрецов древнего Рима

Популярная механика
Клетки человека способны проникать даже в самые узкие каналы Клетки человека способны проникать даже в самые узкие каналы

Ученые выяснили, что клетки способны деформироваться в экстренных случаях

Популярная механика
Малышка на миллион: 9 модных лайфхаков для невысоких девушек Малышка на миллион: 9 модных лайфхаков для невысоких девушек

Выглядеть стильно и модно хочется всем девушкам без исключения!

Cosmopolitan
10 необычных Lamborghini 10 необычных Lamborghini

Марка Lamborghini породила целый ряд очень необычных концептов

Популярная механика
Геймерские устройства: чем они реально отличаются от обычных Геймерские устройства: чем они реально отличаются от обычных

Есть ли действительно какая-то польза от игровых аксессуаров?

CHIP
Открыть в приложении