Вывод ракеты в космос — непростая задача. Но ученые нашли способ сделать ее проще.
Космическая отрасль максимально консервативна. Это касается не только Роскосмоса, но и космических программ других стран. Только Илон Маск со своей SpaceX попробовал показать, что все может быть по-пижонски и у него получилось, но костюмы и дизайн кораблей в стиле фильма Интерстеллар это скорее исключение. В любом случае это больше внешняя оболочка. Внутри самой ракеты лежат те же принципы, что и в других подобных аппаратах. Самое главное, что в этом нет ничего принципиально нового и все уже было придумано советскими и американскими учеными десятки лет назад. Давно была придумана и технология типа двигателей, которые сейчас считаются новыми и перспективными.
Работа любого современного ракетного двигателя основана на реактивной тяге, которая создается за счет сгорания большого количества топлива. Если не ограничиваться только космическими ракетами, а поговорить еще и об оружии, то двигатели делятся на несколько типов в зависимости от используемого топлива. Подробно об этом я рассказывал в отдельной статье и сейчас углубляться в это не стоит.
Если описать работу ракетного двигателя простым языком, то можно сказать, что когда топливо сгорает, оно создает постоянную тягу за счет реактивной струи. Это можно сравнить со сдувающимся шариком, который улетает, если его отпустить. Только в ракетах давление создается иным образом и мощность чуть-чуть повыше.
Инженер NASA предлагает использовать ускоритель частиц
в качестве ракетного
двигателя
Консервативность людей, которые работают в ракетной отрасли, объяснима. Они создают сложнейшее техническое средство, которое укрощает энергию крайне нестабильного топлива. В таком режиме работы малейшие изменения могут привести к катастрофе. Поэтому проще ничего не менять. Существуют даже присказки в духе дайте машине спокойно работать.
Если такая мощь работает, может правда не стоит ей мешать?
Такой подход приводит к тому, что никаких революций за последние десятилетия не было. Немного менялось топливо, немного менялись двигатели, но принципиальных перемен не было. Тем не менее эффективность ракетного двигателя в десятки и сотни раз ниже, чем могла бы быть. Это не значит, что ракета может полететь быстрее или поднять в сто раз больше груза. Материалы просто не выдержат такую тягу.
Рев двигателей и комендантский час: как SpaceX вынудила жителей Техаса продать свои
дома
Вместо этого можно просто в разы сократить запас топлива и взять дополнительный полезный груз. Так запуски станут намного дешевле и экономия на спускаемых модулях SpaceX покажется экономией на спичках.
Главным недостатком современной технологии является то, что топливо сгорает постепенно. В обычных условиях скорость сгорания топлива составляет примерно 10-15 метров в секунду. Это называют медленным сгоранием, так как оно дозвуковое. Есть даже термин — дефлаграция. Так называется именно обычное воспламенение топлива, когда оно просто разгорается.
Когда горит так — это дефлаграция.
Есть и еще один способ сгорания топлива, который называется детонация. При таком воспламенении происходит взрыв, а не постепенное сгорание. В этом случае топливо сгорает быстрее, но эффективность такого сгорания на несколько порядков выше, а скорость воспламенения превышает скорость звука.
Скорость дефлаграции смеси водорода и
кислорода составляет 10 м/с, а скорость детонации того же топлива -
2700 м/c. Разница более чем ощутима
Технология такого двигателя была описана еще в 60-х годах прошлого века. Он должен приводить аппарат в движение за счет серии постоянных небольших взрывов смеси. Эти взрывы не могут создаваться одним источником. Для того, чтобы их было много, источники располагают по кругу, а частота последовательных взрывов очень высокая и они идут по кругу. В итоге, за счет этого достигается очень высокая равномерность тяги.
Так работает двигатель с вращающимися взрывами.
Для наглядности можно привести описание скорости
распространения взрывов, которое я нашел в одном из источников.
Если представить смену минивзрывов, как движение точки по кругу, то
скорость движения этой точки будет в несколько раз выше скорости
звука (примерно 330 м/c).
Даже за секунду происходит очень много таких взрывов, но все вместе они потребляют намного меньше топлива, чем процесс поддержания сгорания в обычном двигателе. Отсюда и экономия.
Любой двигатель перед применением должен пройти множество испытаний.
Если все так хорошо и технология настолько эффективна, то почему же ей не пользовались с 60-х годов, когда она была впервые предложена? Как обычно, есть несколько причин.
Одной из этих причин является недооцененность технологии. Не всегда сразу понятно, насколько стоит стремиться к реализации чего-то, и что это даст на выходе. Еще одной причиной являются сложности в подаче топлива.
Конструкция описываемого двигателя выглядит примерно так.
Для того, чтобы поддерживался именно режим детонации, нужно подавать топливо строго в определенный момент. Но учитывая, что такие взрывы происходят раз в долю секунды, сделать это крайне сложно.
Если не получится обеспечивать подачу топлива строго в нужные моменты времени, то есть по несколько тысяч раз в секунду, то процесс детонации превратится в дефлорацию и эффективность сгорания будет даже ниже, чем у классического двигателя.
Про все самые перспективные технологии мы рассказывает в
нашем Telegram-канале. Заходи! Там очень
круто!
Сейчас эта проблема отчасти решена и ученые уже начали испытывать подобные двигатели. Когда они доведут свои исследования до конца, мы получим двигатель, который станет настоящим прорывом, и тогда в летать в космос станет намного дешевле. Даже не из-за экономии на том, что сгорит меньше топлива, а из-за того, что при той же тяге можно увезти на орбиту тонны дополнительного груза. Благодаря этому, вывод каждого килограмма будет намного дешевле.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Муравей кроваво-красного цвета (Formica sanguinea) несет недавно приобретенного раба.
Репутации муравьев можно позавидовать. Эти трудолюбивые насекомые жертвуют своей собственной выгодой ради общего блага колонии. Они живут, чтоб
От биологических часов зависит не только то, как вы спите
Мало что может быть лучше, чем хороший ночной сон, но многим из нас он дается не так просто, как хотелось бы. Если вы изо всех сил пытаетесь заснуть, часто просыпаетесь в определенное в
Существуют веские причины, по которым ученые считают, что в космосе существует материя, которую мы не видим.
Земля слухами полнится. Так, время от времени на просторах всемирной паутины можно встретить статьи о том, что «таинственную
Ученые предупреждают человечество как никогда близко к вымиранию.
«Человеческая цивилизация стремительно приближается к «ужасному будущему»», так звучат выводы нового исследования, проведенного международной командой ученых из США, Австр
WASP-107b в представлении художника. Температура на WASP-107b, вероятно, составляет около 1000C.
Сегодня ученым (а заодно и нам с вами) известно о существовании более чем 4300 экзопланет миров, что вращаются вокруг чужих звезд. Стоит ли
Так в представлении художника выглядит экзопланета KOI-5Ab в созвездии Лебедя, расположенную в системе из трех звезд, похожих на Солнце.
Считается, что наблюдаемая Вселенная содержит не менее 100-200 миллиардов галактик. При этом количес
SpaceX купила две такие буровые платформы, но зачем?
Залежи нефти и других полезных ископаемых иногда располагаются на дне морей и океанов. Для их добычи в первой половине XX века были изобретены нефтяные платформы, которые позв
В космосе было проведено много экспериментов с водой, но это далеко не все
Человечество занимается изучением космоса с очень давних времен, но впервые выйти в космическое пространство нам удалось только во второй половине XX в
Один из инструментов аппарата InSight больше не будет использоваться
В ноябре 2018 года аэрокосмическое агентство NASA успешно доставило на Марс аппарат InSight. Он предназначен для изучения внутреннего строения планеты и осна
Спутники Starlink на небе Нидерландов в мае 2019 года
За последние два года компания SpaceX отправила в космос более 950 спутников Starlink. Но в будущем она намерена отправить на земную орбиту 12 000 объектов и на это у нее
Вряд ли деревянные спутники выглядели бы так, но зарубежные издания используют именно эту картинку
По данным некоммерческой организации Union of Concerned Scientists за март 2019 года, на орбите Земли находится более 2000
Ученые сделали большой шаг к созданию искусственной древесины
Ученые уже умеют создавать искусственное мясо, благодаря которому в будущем люди будут убивать меньше животных. Но искусственной древесины до сих
В большинстве своем микропластик не виден человеческому глазу, но бывают и очень крупные частицы
Во второй половине XX века пластик казался самым лучшим материалом в мире. Он был относительно дешевым и ему можно было придать л
Кадр из эпизода Я скоро вернусь сериала Черное зеркало
В первой серии второго сезона сериала Черное зеркало рассказывается о женщине, которая потеряла своего молодого человека в автомобильной катастрофе. Она долго не може
Человечество собирается покорить планету, где очень мало кислорода
Марс считается одной из самых лучших планет для переселения людей, но при всем этом она имеет множество минусов. Например, ее атмосфера гораздо тоньше земной и на
Человечество уже давно пытается создать бесшумный самолет, но пока получается так себе
Первые самолеты в мире появились в начале XX века и позволили преодолевать большие расстояния за короткое время. Риск разбиться в самолете го
Предсказания Азимова подчеркивают, насколько трудно предсказать будущее технологии.
В 1983 году газета Toronto Star попросила писателя-фантаста Айзека Азимова предсказать, каким будет мир в 2019 году. Айзек Азимов один из самых известных
Заметили, что атомные станции всегда фотографируют в ясную погоду. Наверное, чтобы она не выглядела такой устрашающей.
Несколько дней назад президент Белоруссии Александр Лукашенко поучаствовал в церемонии торжественного
Бактерии могут выживать даже в самых экстремальных условиях
Всем организмам на нашей планете нужно откуда-то добывать энергию, и бактерии не исключение. В лесах, городах и даже на поверхности наших тел им всегда есть чем полаком
Солнечные панели позволяют сделать электричество чуть ли не бесплатным.
Солнце есть и будет всегда! Возможно, это слишком смелое заявление, но это действительно так. По крайней мере, с точки зрения человечества. Пусть оно и взорвется че
Такие пейзажи выглядят очень масштабно.
По мере своего развития человечество потребляет все больше энергии. Примерно 50 лет назад электричество нужно было в основном для работы холодильника, телевизора и лампочки. Пускай сейчас они стали потре
Возможно, в нашей галактике есть цивилизация, обуздавшая энергию черных дыр
В 1969 году английский физик сэр Роджер Пенроуз впервые предположил, что из черной дыры можно извлечь бесконечную энергию. Ученый полагал, что только высокоразв
Такой двигатель может разгоняться до очень больших скоростей.
Ученые уже придумали или готовятся придумать много новых типов двигателей для космических кораблей. Самые смелые предположения даже говорят про варп-двигатель, который должен разгонять кор
