• РЕГИСТРАЦИЯ
matveychev
2 февраля 2018 г. 12:41 3470 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

    35 лет назад фантаст Айзек Азимов опубликовал предсказание о мире в 2019 году

    В 1983 году легендарный писатель-фантаст по просьбе издания Star опубликовал свое предсказание - как на его взгляд будет выглядеть мир к 2019 году. Где-то он попал совершенно в точку - например, в компьютеризации. А где-то, как в освоении космоса, оказался далек от истины. "Автор: Айзек АзимовЕсли мы посмотрим на мир таким, каким он может быть в конце жи...
    -->
    907
    Klopik Фитиль
    12 января 01:53

    В РФ начали разработку концепции «лунной» транспортной системы

    Корпорация «Роскосмос» и РКК «Энергия» приступили к разработке транспортной системы с применением специального варианта корабля «Союз МС» для пилотируемых полетов на орбиту Луны, передает ТАСС сообщение источника в ракетно-космической отрасли. Первое рабочее совещание по этому вопросу состоялось в четверг, 10 января.По словам источника, сегодня предварит...
    -->
    1230

    Чтобы сделать первый шаг II / Китайский луноход доказал, что американцев не было на Луне?? // Короткий НФ рассказ /// Где звезды, там и музыка первозданная II ...

    Чтобы сделать первый шаг II / Китайский луноход доказал, что американцев не было на Луне?? / Короткий НФ рассказ Русско-китайский троллинг! Месть русских и китайцев - иудо-англосаксам, за уничтожение их Империй! Напомню, русские дали китайцам технологии Лунохода и полёта на обратную сторону Луны! Тут же последовал скандал NASA с Рогозиным! ...
    -->
    1312

    Чтобы сделать первый шаг / Почти 50 лет назад первый человек ступил на Луну / Мини НФ рассказ ...

    Чтобы сделать первый шаг / Почти 50 лет назад первый человек ступил на Луну / Мини НФ рассказ ... Космический скафандр подогнан. Космический корабль летит к цели. Камера заряжена и готова. Каждый из 29 астронавтов программы НАСА «Аполлон» был не только пионером, но и фотографом.Среди прочего, экипажи из одиннадцати миссий в период с 1961 по 1972 год де...
    -->
    1172
    Vladimir Kouprin 4 января 07:45

    Китайский зонд показал первые снимки обратной стороны Луны. И она тоже коричневая.

    3 января 2019 года человечество впервые увидело, как выглядит обратная сторона Луны вблизи.Китайский зонд "Чанъэ-4" успешно совершил прилунение и прислал снимки с поверхности спутника Земли.Об этом сообщает "Российская газета" со ссылкой на Китайское национальное космическое управление (CNSA).Первые фотографии обратной стороны Луны как обычно качественные, хотя и оказ...
    -->
    3433
    sam88 2 января 04:00

    В Сибири начнут эксперименты, позволяющие создать плазменный двигатель

    НОВОСИБИРСК, 2 янв — РИА Новости. Ученые Института ядерной физики сибирского отделения Российской академии наук начнут в январе новую серию экспериментов на новейшей установке по удержанию термоядерной плазмы с параметрами, пригодными для создания ракетного двигателя, сообщил журналистам замдиректора института Александр Иванов.Первые эксперименты уже по...
    -->
    1414
    Anatol Starkou 27 декабря 2018 г. 21:42

    ПОЛЁТЫ АМЕРИКАНЦЕВ НА ЛУНУ

    В будущем 2019 году исполнится пятьдесят лет с даты, когда первый человек планеты Земля американец Нил Армстронг ступил на Луну. В преддверии этого события мирового значения я покажу вам несколько фотографий из Лонг Айландского музея авиации и космоса, касающиеся этого события мирового значения. Музей расположен недалеко от Нью Йорка. Это Cradle of Aviation Museum.В м...
    -->
    2814
    Stranger Трёп
    28 декабря 2018 г. 11:00

    «Джемини»? Нет, не слышал....

    В очередной раз писать про полеты "Апполонов" самоубийству подобно, предлагаю рассмотреть, а что, собственно предшествовало данной "неосуществимой" миссии?Некоторые и дальше могут утверждать, что американцы «тупые» даже своего ракетного двигателя создать не могут, да не то что своего, даже наш повторить не могут при наличии всей необходимой документации. Таким дам оди...
    -->
    2581
    Ramires 25 декабря 2018 г. 15:25

    Китайцам пора ставить на Луне флаг со словами: «Догоняйте, русские»

    «В 2018 году Китай запустил на орбиту больше ракет, чем любая другая страна, — сообщила MIT Technology Review, издание Массачусетского технологического института. — И в ближайшие несколько лет он планирует запустить самую тяжелую в мире ракету, самый большой в мире космический телескоп, и полноценную космическую станцию, чтобы конкурировать с МКС".Тройка лидеров по ус...
    -->
    1588
    Klopik Фитиль
    24 декабря 2018 г. 05:32

    Уникальные российские технологии: «Чёрный ящик» для космической «Федерации»

    Специалисты холдинга «Российские космические системы» (РКС, входит в Госкорпорацию «РОСКОСМОС») приступили к разработке системы запоминания информации «СЗИ-2» для многоразового пилотируемого космического корабля «Федерация».Подробности «Русской Весне» рассказали в пресс-службе РКС.Система обеспечит регистрацию и сохранение технической информации, физиол...
    -->
    2354
    Klopik Фитиль
    24 декабря 2018 г. 00:46

    В США с пятой попытки запустили в космос ракету Falcon 9

    Ракета Falcon 9 американской компании SpaceX Илона Маска в воскресенье, 23 декабря, успешно стартовала с мыса Канаверал (штат Флорида, США).Запуск данной ракеты удалось осуществить только с пятой попытки, передает Florida Today. Так, этот процесс несколько раз откладывали из-за технических сбоев и плохой погоды. «Отключение основного двигателя и разд...
    -->
    2598
    Vladimir Kouprin 23 декабря 2018 г. 11:47

    Автономные марсианские роверы испытали в Сахаре.

    В пустыне Сахара в Марокко прошли испытания автономные марсианские аппараты — под руководством более чем 40 инженеров. Тестирование было организовано немецким центром DFKI Robotics Innovation Centre; роботы были разработаны для тестов автономной навигации и других космических технологий, которые могут быть использованы в будущих межпланетных миссиях.Испытания проходил...
    -->
    1555
    Awgust 22 декабря 2018 г. 17:58

    Цикличность истории: Россия и США вступили в новую борьбу за космос

    Космическое противостояние СССР и США началась в 1961 году с разработки американского «Сатурна – 5» и советской «царь-ракеты». Лунная гонка была проиграна, однако реванш был взят спустя два десятилетия: сверхтяжёлый носитель «Энергия» успешно вывел на орбиту корабль «Буран», ставший эталоном многоразовых космических судов. Время стремительной гонки техно...
    -->
    2703
    Тамам Шуд 20 декабря 2018 г. 19:16

    Американский аэрокосмический самолёт уже летает два года.

    Мы не знаем, где он летает, где он опускается, что он фотографирует и что у него на борту.Выступление первого заместителя руководителя фракции КПРФ в Государственной Думе Н.В. Коломейцева 11 декабря 2018 года на пленарном заседании по вопросу «О проекте федерального закона №549419-7 «О внесении изменений в Федеральный закон «О Государственной корпорации по космической...
    -->
    1866
    Владимир Гавриков 18 декабря 2018 г. 18:01

    Гонка за внеземными полезными ископаемыми началась с Луны

    МОСКВА, 18 дек — РИА Новости, Татьяна Пичугина. В начале декабря к астероиду Бенну прибыл за образцами породы зонд NASA OSIRIS-REx. В следующем году к Луне полетит китайский аппарат "Чанъэ-5" с бурильной установкой на борту. Одна из целей подобных экспедиций — разведка полезных ископаемых, поскольку без космических ресурсов человечество не сможет осваив...
    -->
    1802
    Владимир Гавриков 16 декабря 2018 г. 00:45

    Космические скафандры: Россия на шаг обогнала США (Der Standard, Австрия)

    «Жизнь астронавтов зависит от скафандров, дающих им возможность безопасно работать в экстремальных условиях», — приводит австрийская «Штандард» слова генерального инспектора НАСА. НАСА разрабатывает новые скафандры, но Россия на шаг обогнала американцев, создав «Орлан-МКС». Новая модель уже испытана в работе, в то время как новые скафандры НАСА будут готовы лишь через...
    -->
    3597

    Музыкальная симфония МКС

    Наша Планета под красивую музыку ...
    -->
    2110
    Darya Petrova 12 декабря 2018 г. 03:31

    Россия и Китай будут совместно работать над марсолетами

    Россия и Китай собираются проводить совместные исследования космических аппаратов для высадки на Марсе.На международном авиакосмическом салоне и выставке аэропортого оборудования прошедшего в начале ноября в Китае в г. Чжухай "Airshow China-2018" было подписано кооперационное соглашение по научно-техническому сотрудничеству между Центральным аэродинамическим институто...
    -->
    2052
    Олег Стародубцев Фитиль
    11 декабря 2018 г. 22:59

    Впервые в истории человечества происходит сбор вещдоков в Космосе

      Выход космонавтов Олега Кононенко и Сергея Прокопьева в открытый космос. Прямая трансляцияОсновная цель выхода - на "Союзе МС-09" изъять часть противометеоритной защиты, которую, возможно, коснулось сверло, и вернуть эту часть защиты на Землю. Для этого разработана специальная циклограмма, каждое наше действие расписано поминутно, потому выход в космос - это ...
    -->
    5023
    Просто Татьяна Созидатели
    9 декабря 2018 г. 18:40

    Выпуск Космоновостей № 21 / Успешный запуск пилотируемого "Союз МС-11" / Китайский луноход / Наши западные коллеги снова тормозят? / Проблемы русского космоса

    Добрый день, уважаемые читатели! Сегодняшний выпуск насыщен событиями и в российском, и китайском, и западном секторах космической отрасли.Новости русского космоса.03.12.18 14:32 Ракета-носитель «Союз-ФГ» с пилотируемым кораблем «Союз МС-11» стартовала с космодрома Байконур.С содроганием сердца и сжав зубы я смотрела прямой эфир с космодрома «Байконур». Напряжени...
    -->
    7178
    Служба поддержи

    Яндекс.Метрика