Kunstniku poolt renderdatud integreeritud jõupea demonstraator. Kujutise krediit: NASA. Pilt suuremalt.
Kui mõtlete tulevase raketitehnoloogia üle, mõtlete tõenäoliselt ioonjõuseadmetele, antimaterjalimootoritele ja muudele eksootilistele kontseptsioonidele.
Mitte nii kiiresti! Viimane peatükk traditsiooniliste vedelkütustega rakettide kohta on veel kirjutamata. Käimas on teadusuuringud uue põlvkonna vedelkütusel töötavate rakettide väljatöötamiseks, mis võiksid kahekordistada jõudlust võrreldes tänapäevaste disainidega, parandades samal ajal ka töökindlust.
Vedelkütusel töötavad raketid on olnud pikka aega olemas: esimene vedelikutoitega rakett viidi läbi 1926. aastal Robert H. Goddardi poolt. See lihtne rakett tekitas umbes 20 naela tõukejõudu, millest piisas, et seda umbes 40 jalga õhku läbi viia. Pärast seda on kujundused muutunud keerukaks ja võimsaks. Näiteks kosmosesüstiku kolm vedelkütusel töötavat mootorit suudavad Maa orbiidile suunata rohkem kui 1,5 miljonit naela.
Võiksite eeldada, et nüüdseks on vedelikukütusega raketi kujunduse kõik mõeldavad täpsustused tehtud. Te oleksite eksinud. Selgub, et arenguruumi on veel.
USA õhujõudude juhitud rühmitus, mis koosneb NASA-st, kaitseministeeriumist ja mitmetest tööstuspartneritest, töötab mootorite parema väljatöötamise nimel. Nende programm kannab nime Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technologies ja nad otsivad paljusid võimalikke täiendusi. Üks seni paljulubavamaid on kütusevoolu uus skeem:
Vedelikütusega raketi põhiidee on üsna lihtne. Nii vedelal kujul olev kütus kui ka oksüdeerija juhitakse põlemiskambrisse ja süüdatakse. Näiteks süstik kasutab kütusena vedelat vesinikku ja oksüdeerijana vedelat hapnikku. Põlemisel tekkivad kuumad gaasid pääsevad kiiresti läbi koonusekujulise pihusti, tekitades seega tõukejõu.
Detailid on muidugi palju keerulisemad. Ühe jaoks tuleb nii vedelkütus kui ka oksüdeerija viia kambrisse väga kiiresti ja suure rõhu all. Transpordi peamised mootorid tühjendavad kütuset täis basseini vaid 25 sekundiga!
Seda kütuse tugevat torrenti juhib turbopump. Turbopumba toiteks "eelpõletatakse" väike kogus kütust, tekitades turbopumba juhtivaid kuumi gaase, mis omakorda pumpab ülejäänud kütuse põhipõletuskambrisse. Sarnast protsessi kasutatakse ka oksüdeerija pumpamiseks.
Tänapäevased vedelkütusel töötavad raketid saadavad eelpõletite kaudu ainult vähesel määral kütust ja oksüdeerijat. Maht voolab otse põhipõletuskambrisse, jättes eelpõletid täielikult vahele.
Üks paljudest uuendustest, mida õhuvägi ja NASA katsetavad, on kogu kütuse ja oksüdeerija saatmine nende vastavate eelpõletite kaudu. Seal tarbitakse ainult väike kogus - lihtsalt turbode käivitamiseks; ülejäänud osa voolab läbi põlemiskambrisse.
Sellel "täisvoolu etapilise tsükli" konstruktsioonil on oluline eelis: kui rohkem massi läbib turbopumpa juhivat turbiini, sõidetakse turbopumbaga raskemalt, saavutades seega kõrgema rõhu. Kõrgem rõhk võrdub raketi suurema jõudlusega.
Nary Marshalli kosmoselennukeskuse esindaja Gary Genge sõnul pole sellist kujundust kunagi varem USA-s vedelikütusega raketis kasutatud. Genge on integreeritud Powerhead Demonstraatori (IPD) projektijuhi asetäitja - nende kontseptsioonide testmootor.
"Need disainilahendused, mida uurime, võiksid jõudlust mitmel viisil tõsta," ütleb Genge. "Loodame paremat kütusesäästlikkust, suuremat tõukejõu ja kaalu suhet, paremat töökindlust - seda kõike madalamate kuludega."
"Projekti praeguses etapis proovime lihtsalt, et see alternatiivne voolumudel töötaks õigesti," märgib ta.
Juba nad on saavutanud ühe põhieesmärgi: jahedama mootoriga mootor. "Turbopumbad, mis kasutavad traditsioonilisi voolumustreid, võivad soojeneda kuni 1800 ° C," ütleb Genge. See on mootorile suur termiline stress. "Täisvoolu" turbopump on jahedam, kuna suurema massi läbimisel saab kasutada madalamaid temperatuure ja saavutada siiski head jõudlust. "Oleme temperatuuri langetanud mitusada kraadi," ütleb ta.
IPD on mõeldud ainult uute ideede proovikivina, märgib Genge. Meeleavaldaja ise ei lenda kunagi kosmosesse. Kuid kui projekt õnnestub, võiksid mõned IPD täiustused leida tee tulevikus kanderakettidesse.
Pärast Goddardi peaaegu saja aasta ja tuhandete kaatrite käivitamist võivad parimad vedelkütusel töötavad raketid olla veel ees.
Algne allikas: NASA teadusartikkel
