• РЕГИСТРАЦИЯ
matveychev
2 февраля 12:41 3426 15 13.20

Топливо взрывается - полет нормальный

Создаются двигатели для гиперзвуковых ракет будущего

Прошли успешные испытания так называемых детонационных ракетных двигателей, давшие очень интересные результаты. Опытно-конструкторские работы в этом направлении будут продолжены.

Детонация - это взрыв. Можно ли ее сделать управляемой? Можно ли на базе таких двигателей создать гиперзвуковое оружие? Какие ракетные двигатели будут выводить необитаемые и пилотируемые аппараты в ближний космос? Об этом наш разговор с заместителем гендиректора - главным конструктором "НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко" Петром Левочкиным.

Петр Сергеевич, какие возможности открывают новые двигатели?

Петр Левочкин: Если говорить о ближайшей перспективе, то сегодня мы работаем над двигателями для таких ракет, как "Ангара А5В" и "Союз-5", а также другими, которые находятся на предпроектной стадии и неизвестны широкой публике. Вообще наши двигатели предназначены для отрыва ракеты от поверхности небесного тела. И она может быть любой - земной, лунной, марсианской. Так что, если будут реализовываться лунная или марсианская программы, мы обязательно примем в них участие.

Какова эффективность современных ракетных двигателей и есть ли пути их совершенствования?

Петр Левочкин: Если говорить об энергетических и термодинамических параметрах двигателей, то можно сказать, что наши, как, впрочем, и лучшие зарубежные химические ракетные двигатели на сегодняшний день достигли определенного совершенства. Например, полнота сгорания топлива достигает 98,5 процента. То есть практически вся химическая энергия топлива в двигателе преобразуется в тепловую энергию истекающей струи газа из сопла.

Совершенствовать двигатели можно по разным направлениям. Это и применение более энергоемких компонентов топлива, введение новых схемных решений, увеличение давления в камере сгорания. Другим направлением является применение новых, в том числе аддитивных, технологий с целью снижения трудоемкости и, как следствие, снижение стоимости ракетного двигателя. Все это ведет к снижению стоимости выводимой полезной нагрузки.

Однако при более детальном рассмотрении становится ясно, что повышение энергетических характеристик двигателей традиционным способом малоэффективно.

Использование управляемого взрыва топлива может дать ракете скорость в восемь раз выше скорости звука

Почему?

Петр Левочкин: Увеличение давления и расхода топлива в камере сгорания, естественно, увеличит тягу двигателя. Но это потребует увеличение толщины стенок камеры и насосов. В результате сложность конструкции и ее масса возрастают, энергетический выигрыш оказывается не таким уж и большим. Овчинка выделки стоить не будет.

То есть ракетные двигатели исчерпали ресурс своего развития?

Петр Левочкин: Не совсем так. Выражаясь техническим языком, их можно совершенствовать через повышение эффективности внутридвигательных процессов. Существуют циклы термодинамического преобразования химической энергии в энергию истекающей струи, которые гораздо эффективнее классического горения ракетного топлива. Это цикл детонационного горения и близкий к нему цикл Хамфри.

Сам эффект топливной детонации открыл наш соотечественник - впоследствии академик Яков Борисович Зельдович еще в 1940 году. Реализация этого эффекта на практике сулила очень большие перспективы в ракетостроении. Неудивительно, что немцы в те же годы активно исследовали детонационный процесс горения. Но дальше не совсем удачных экспериментов дело у них не продвинулось.

Теоретические расчеты показали, что детонационное горение на 25 процентов эффективней, чем изобарический цикл, соответстветствующий сгоранию топлива при постоянном давлении, который реализован в камерах современных жидкостно-рактивных двигателей.

А чем обеспечиваются преимущества детонационного горения по сравнению с классическим?

Петр Левочкин: Классический процесс горения - дозвуковой. Детонационный - сверхзвуковой. Быстрота протекания реакции в малом объеме приводит к огромному тепловыделению - оно в несколько тысяч раз выше, чем при дозвуковом горении, реализованному в классических ракетных двигателях при одной и той же массе горящего топлива. А для нас, двигателистов, это означает, что при значительно меньших габаритах детонационного двигателя и при малой массе топлива можно получить ту же тягу, что и в огромных современных жидкостных ракетных двигателях.

Не секрет, что двигатели с детонационным горением топлива разрабатывают и за рубежом. Каковы наши позиции? Уступаем, идем на их уровне или лидируем?

Петр Левочкин: Не уступаем - это точно. Но и сказать, что лидируем, не могу. Тема достаточно закрыта. Один из главных технологических секретов состоит в том, как добиться того, чтобы горючее и окислитель ракетного двигателя не горели, а взрывались, при этом не разрушая камеру сгорания. То есть фактически сделать настоящий взрыв контролируемым и управляемым. Для справки: детонационным называют горение топлива во фронте сверхзвуковой ударной волны. Различают импульсную детонацию, когда ударная волна движется вдоль оси камеры и одна сменяет другую, а также непрерывную (спиновую) детонацию, когда ударные волны в камере движутся по кругу.

Насколько известно, с участием ваших специалистов проведены экспериментальные исследования детонационного горения. Какие результаты были получены?

Петр Левочкин: Были выполнены работы по созданию модельной камеры жидкостного детонационного ракетного двигателя. Над проектом под патронажем Фонда перспективных исследований работала большая кооперация ведущих научных центров России. В их числе Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева, МАИ, "Центр Келдыша", Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова, Механико-математический факультет МГУ. В качестве горючего мы предложили использовать керосин, а окислителя - газообразный кислород. В процессе теоретических и экспериментальных исследований была подтверждена возможность создания детонационного ракетного двигателя на таких компонентах. На основе полученных данных мы разработали, изготовили и успешно испытали детонационную модельную камеру с тягой в 2 тонны и давлением в камере сгорания около 40 атм.

Данная задача решалась впервые не только в России, но и мире. Поэтому, конечно, проблемы были. Во-первых, связанные с обеспечением устойчивой детонации кислорода с керосином, во-вторых, с обеспечением надежного охлаждения огневой стенки камеры без завесного охлаждения и массой других проблем, суть которых понятна лишь специалистам.

Можно ли использовать детонационный двигатель в гиперзвуковых ракетах?

Петр Левочкин: И можно, и нужно. Хотя бы потому, что горение топлива в нем сверхзвуковое. А в тех двигателях, на которых сейчас пытаются создать управляемые гиперзвуковые летательные аппараты, горение дозвуковое. И это создает массу проблем. Ведь если горение в двигателе дозвуковое, а двигатель летит, допустим, со скоростью пять махов (один мах равен скорости звука), надо встречный поток воздуха затормозить до звукового режима. Соответственно, вся энергия этого торможения переходит в тепло, которое ведет к дополнительному перегреву конструкции.

А в детонационном двигателе процесс горения идет при скорости как минимум в два с половиной раза выше звуковой. И, соответственно, на эту величину мы можем увеличить скорость летательного аппарата. То есть уже речь идет не о пяти, а о восьми махах. Это реально достижимая на сегодняшний день скорость летательных аппаратов с гиперзвуковыми двигателями, в которых будет использоваться принцип детонационного горения.

Что будет дальше?

Петр Левочкин: Это сложный вопрос. Мы только приоткрыли дверь в область детонационного горения. Еще очень много неизученного осталось за скобками нашего исследования. Сегодня совместно с РКК "Энергия" мы пытаемся определить, как может в перспективе выглядеть двигатель в целом с детонационной камерой применительно к разгонным блокам.

На каких двигателях человек полетит к дальним планетам?

Петр Левочкин: По-моему мнению, еще долго мы будем летать на традиционных ЖРД занимаясь их совершенствованием. Хотя безусловно развиваются и другие типы ракетных двигателей, например, электроракетные (они значительно эффективнее ЖРД - удельный импульс у них в 10 раз выше). Увы, сегодняшние двигатели и средства выведения не позволяют говорить о реальности массовых межпланетных, а уж тем более межгалактических перелетов. Здесь пока все на уровне фантастики: фотонные двигатели, телепортация, левитация, гравитационные волны. Хотя, с другой стороны, всего сто с небольшим лет назад сочинения Жюля Верна воспринимались как чистая фантастика. Возможно, революционного прорыва в той сфере, где мы работаем, ждать осталось совсем недолго. В том числе и в области практического создания ракет, использующих энергию взрыва.

Досье "РГ"

"Научно-производственное объединение Энергомаш" основано Валентином Петровичем Глушко в 1929 году. Сейчас носит его имя. Здесь разрабатывают и выпускают жидкостные ракетные двигатели для I, в отдельных случаях II ступеней ракет-носителей. В НПО разработано более 60 различных жидкостных реактивных двигателей. На двигателях "Энергомаша" был запущен первый спутник, состоялся полет первого человека в космос, запущен первый самоходный аппарат "Луноход-1". Сегодня на двигателях, разработанных и произведенных в НПО "Энергомаш", взлетает более девяноста процентов ракет-носителей в России.

Инфографика "РГ" / Александр Смирнов / Сергей Птичкин

Текст: Сергей Птичкин

Источник

Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

0 новых комментариев

    Экселенц Трёп
    Вчера 10:27

    Кислородная атмосфера Аполлона.

    Добрый день, КОНТ! Так уж получилось, что закрыть тему лунной программы НАСА не удается. Комментаторы(в большинстве случаев те, кто в программу не верит) продолжают задавать вопросы типа "А вот это расскажи! А вот это объясни!", после чего действуют характерно - абсолютно без какой либо логики обвиняют в том, что я пишу статьи за деньги, что НАСА отвалило гранд и т.д....
    -->
    1577
    Papont Фитиль
    20 октября 20:08

    Мы первые на Марсе! Попробуйте оспорить.

    Вся эта байда с Лунной программой и Лунным блефом натолкнула меня на следующую мысль - а ведь мы первые на Марсе. Ну, не сейчас, а в ближайшем будущем.Начинаем готовиться.1. Готовим общественное мнение. Публикуем Указ Президента РФ о подготовке к пилотируемому марсианскому полету ( года за два до назначенной даты). Где-то месяца за два до "полета" публикуем фото встре...
    -->
    2511
    Владимир Гавриков
    20 октября 11:48

    Источник рассказал, как повредили при сборке блок "Союза"

    Старт ракеты-носителя Союз-ФГ с пилотируемым кораблем Союз МС-10МОСКВА, 20 окт — РИА Новости. Сборщики на Байконуре с силой соединяли боковой блок ракеты "Союз-ФГ" с центральным, погнули один из выступов крепления и нанесли внутрь смазку, чтобы он вышел при разделении в полете, сообщил РИА Новости источник в ракетно-космической отрасли, знакомый с ходом...
    -->
    262
    sanyok092 18 октября 23:54

    Разработан дом, в котором можно жить на Марсе

    Учёные и государства таких стран, как Китай, Россия и США, занимаются исследованием возможности колонизации Марса. Именно поэтому международная компания OPEN Architecture совместно с огромной китайской корпорацией Xiaomi разработали “MARS Case” – футуристичный дом, который сможет находиться на полном самообеспечении на Красной планете с минимизированным...
    -->
    795
    Обыватель 18 октября 19:56

    САС: спасти космонавта

    11 октября 2018 года при выводе пилотируемого корабля «Союз МС-10» на орбиту система аварийного спасения (САС) сработала успешно. Спустя 35 лет после аварии на старте корабля «Союз Т-10» САС вновь доказала свою эффективность. ...
    -->
    123
    Илья Корнилов
    18 октября 17:15

    Копия «Федерации» будет готова в 2019-ом году

    В следующем году Китай проведет первый испытательный полет полномасштабной модели-преемника своего космического корабля «Шэньчжоу» для космического полета человека. Космический корабль следующего поколения будет выведен при первом старте ракеты-носителя Long March 5B, предназначенного для размещения крупных модулей запланированной китайской космической станции (C...
    -->
    2217

    Разбор полёта: посекундный отчёт старта Союз МС-10. Эксклюзив.

    Если внимательно просмотреть все комментарии специалистов относительно аварии ракеты-носителя Союз-ФГ МС-10 после старта 11 октября с космодрома Байконур, то получается несколько странная картина: нештатная ситуация произошла то ли на 165-той секунде, толи на 119-той. Причём изначально как раз фигурировала 165-я секунда, затем акцент окончательно перем...
    -->
    4771
    Илья Корнилов
    16 октября 13:58

    Пентагон похоронил SpaceX

    Как сообщают персонажи из выдуманных вселенных, сидя на диванах и комментируя статьи комментариями, SpaceX пришёл конец. Ссылаясь на "Дефенз ньюс". Издание же в свою очередь сообщает прямым текстом уже с заголовка, что SpaceX покинула новый этап по разработке будущей ракеты-носителя для вывода военных грузов в космос. Начну с другого комментария, чтобы в...
    -->
    5929
    Экселенц
    16 октября 12:10

    И снова о Луне. Коричневый цвет и посадка Аполлонов.

    Добрый день, КОНТ! Так получилось, что приходится серию статей продолжить. Во-первых, вопросы от адептов Кубрика продолжаются, что говорит о том, что люди не умеют пользоваться поисковыми системами и принимают на веру все, что льется на них из сомнительных источников. Они все больше теряют самостоятельное мышление и навыки пользования интернетом. В первую очередь, хоч...
    -->
    11440

    Луна подождет: запуск космического корабля «Федерация» откладывается

    Источники в отрасли ракетостроения России сообщают, что принято решение перенести первый запуск многоразового космического корабля «Федерация» на 2023 год. Это не удивительно и логично по целому ряду объективных причин.Особенно после обнаружения просверленной дырки в корпусе Международной космической станции (МКС) и аварии на старте ракеты носителя «Со...
    -->
    2818
    Экселенц Трёп
    12 октября 12:40

    Лунный ровер и синяя изолента.

    Добрый день, КОНТ! Сегодня публикую незапланированный материал в небольшой серии статей о полете и высадке американцев на Луну в рамках программы "Аполлон". Как я понимаю, "адепты Кубрика" чаще всего задают вопросы типа "да что ты нам тут лапшу на уши вешаешь? Попов же написал...", в том смысле, что пользуются вбросами из из книги Попова, в которой он пытался опроверг...
    -->
    16531
    Ramires 12 октября 09:19

    «Катастрофа Союз МС-10»: Похоже, псих с дрелью был не из NASA, а из «Роскосмоса»

    Пугающе неладные дела творятся в российском космосе: не успели ещё специалисты узнать, кто же в итоге продырявил космический корабль «Союз МС-09», как его последователь — «Союз МС-10» с двумя людьми на борту не сумел пробить небесную твердь и погиб. По первоначальной версии, причиной случившегося стало аварийное отключение двигателей второй ступени из-за плохого крепл...
    -->
    305
    Ardjyna 10 октября 07:49

    Демпинг, NASA, военные: как Илон Маск выдавил «Роскосмос» с рынка

    К сожалению, потеря Россией рынка коммерческих запусков выглядит необратимой. Но какова ее истинная причина?Глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин 1 октября 2018 года заявил, что Илон Маск использует деньги от дорогих военных пусков, чтобы занижать цены на гражданские запуски компании SpaceX. Действительно, за последние годы «Роскосмос» практически потерял ...
    -->
    370

    Битва за Луну! / Космический Космос (+18) / Фотографии НАСА

    Битва за Луну! / Космический Космос (+18) Американский аэрокосмический гигант Мартин Локхид , отвечая на планы NASA возобновить исследование Луны и Марса в следующем десятилетии, обнародовал в эту среду концептуальный космический корабль, способный приземляться на лунную поверхность.Американское космическое агентство сообщило, что планирует отправить аст...
    -->
    713
    Владимир Гавриков
    6 октября 11:43

    NBC: мечты Циолковского о космическом лифте близки к воплощению в реальность

    Космический лифт, идея создания которого пришла в голову Константину Циолковскому ещё в 1895 году, может быть создан уже в ближайшем будущем, пишет NBC. Как сообщается, в скором времени на МКС будет проведён эксперимент для определения практической применимости лифта, протяжённостью от земли до околоземной орбиты. Как отмечает издание, создание подобного лифта позволи...
    -->
    1237
    avalon 2 октября 22:13

    Как скоро американцы смогут заменить российские двигатели на своих ракетах?

    США используют российские РД-180 уже почти 20 лет, но на днях было заявлено, что в ближайшие год или два американская фирма Blue Origin закончит разработку и приступит к выпуску собственных ракетных двигателей BE-4, которые смогут заменить российски.На днях в Америке было официально заявлено, что в ближайшие год, или два американская фирма Blue Origin закончит разрабо...
    -->
    6450
    dentvideo 2 октября 18:23

    Анатолий Вассерман. Дикая разница оплаты "бояр" и "холопов" вызвала кризис русского космоса

    Курирующий космическую отрасль вице-премьер Юрий Борисов заявил, что в отрасли — системный кризис, и поручил «Роскосмосу» заняться его ликвидацией, в том числе техническим перевооружением и переходом на цифровые методы проектирования. Основатель американской компании SpaceX Илон Маск продает Пентагону ракеты-носители по заниженным ценам с целью выдавить Россию с этого...
    -->
    3863
    Илья Корнилов
    1 октября 17:25

    Индия показала скафандр и капсулу для пилотируемых миссий

    Индийское национальное космическое агентство (ISRO) 6 сентября представило первый скафандр для своих виоманавтов. Оранжевый костюм был показан на шестой выставке Bengaluru Space Expo. Он был разработан за последние два года в Космическом центре "Викрам Сарабхай" в Тируванантапураме. Скафандр оснащён единственным кислородным баллоном, позволяющим вио...
    -->
    4173
    Гарри Химик
    21 сентября 11:59

    Конец космической эры... Как замусорить орбиту...

        Космическая эра началась в 1957 году, после запуска первого искусственного спутника. Довольно скоро на орбите появился мусор — неработающие космические аппараты и их обломки.    Они на огромной скорости движутся в околоземном пространстве, представляя угрозу для спутников и космических кораблей.     С годами мусора становится все...
    -->
    2189
    Владимир Гавриков
    20 сентября 06:54

    В ФПИ назвали сроки создания прототипа возвращаемой ступени ракеты-носителя

    МОСКВА, 20 сен – РИА Новости. В России в ближайшие четыре года создадут полнофункциональный демонстратор возвращаемой ступени ракеты-носителя, сообщили РИА Новости в Фонде перспективных исследований (ФПИ)."Сейчас полным ходом идет подготовка технического задания. По нашим прогнозам, в первой половине следующего года начнется работа", — сказал представит...
    -->
    756
    Служба поддержи

    Яндекс.Метрика