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.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Многие овощи и фрукты снижают риск развития онкологических заболеваний
Согласно статистике, онкология одна из самых распространенных причин смертности во всем мире. Конкурировать с ней могут лишь сердечно-сосудистые забол
В городе Гераклион находили огромные статуи, но сейчас речь не об этом
Обнаружение затонувшего города Гераклион в 2000 году одно из самых главных археологических открытий современности. Этот город был основан в VIII веке д
На фотографии показан современный подковообразный краб. В статье пойдет речь о его древнем предке
Головной мозг любого живого организма состоит из мягких тканей, которые после смерти очень быстро разлагаются. Именно поэтому исс
Астрофизики Стэнфорда сообщают о первом обнаружении света черной дыры
Где-то на просторах бесконечной Вселенной обитают самые загадочные объекты, которые только можно найти на ее просторах черные дыры. Нередко они достигают просто невер
Ледяная поверхность Марса, под которой может находиться жидкая вода… или замерзшая глина
В 2018 году межпланетная станция Mars Express нашла под Южным полюсом Марса признаки наличия озера с жидкой водой. Это открытие стало бо
Кадр из фильма Психо
При возникновении резкого и громкого звука практически все люди вздрагивают и кричат. Это происходит неосознанно и многие даже не задумываются о том, с чем это связано. Но ученые уже давно во всех подробностях
Ледяная поверхность Марса, под которой может находиться жидкая вода… или замерзшая глина
В 2018 году межпланетная станция Mars Express нашла под Южным полюсом Марса признаки наличия озера с жидкой водой. Это открытие стало бо
Этот аппарат уже 50 лет стоит на Луне
Только вдумайтесь в это. Чуть больше 100 лет назад в небо еле-еле поднялся первый самолет. До этого можно было летать только вниз, но с тем полетом люди открыли для себя новые высоты (в прямом и переносном смысле
При помощи таких лодок компания SpaceX экономила по 6 миллионов долларов
В декабре 2015 года компания SpaceX впервые в истории смогла верн
Рядом с нашей планетой пролетел астероид 2008 GO20
В Солнечной системе насчитывается огромное количество астероидов. Так принято называть относительно небольшие космические объекты, которые движутся по орбите вокруг Солнца. Боле
Ученые смогли измерить размеры коры, мантии и ядра Марса и это большое достижение
В XXI веке ученые все чаще совершают важные научные открытия. Чтобы измерить величину ядра планеты Земля, исследователям потребовалось около 100 лет.
Самое безжизненное место находится в Антарктиде
Земля единственная известная науке планета, где существует жизнь. Даже в самых неблагоприятных для проживания местах можно найти процветающие группировки бактерий. Например, в жерл
Искусственное сердце от французской компании Carmat
Медицинские технологии достигли настолько высокого уровня, что сегодня хирурги умеют проводить даже операции по пересадке сердца. Только вот донорских органов очень мало, из-за
В этом маленьком пластыре заключена функция аппарата УЗИ
Сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смертности во всем мире. Швейцарские ученые однажды составили статистику таких случаев и выяснили, что чаще всего от
Нью-Дели является одним из лидеров по загрязненности воздуха
Воздух индийского города Нью-Дели считается одним из самых загрязненных в мире. Однажды глава городской администрации Арвинд Кеджривал (Arvind Kejriwal) назвал это место
Если идея компании Ford будет реализована, водители грузовиков смогут подзаработать денег
Современные электромобили выглядят очень стильно и в плане характеристик не уступают своим бензиновым собратьям. Но у них до сих пор есть
Змеиный яд часто используется в медицине и на этот раз его использовали для создания хирургического клея
В результате серьезной травмы или во время хирургической операции человек может умереть из-за потери крови. При этом из орга
Процесс изготовления фуа-гра выглядит ужасно, но скоро мучения животных могут закончиться
Если бы вы знали, каким образом изготавливаются некоторые продукты питания, вы бы ни за что не стали это есть. Взять, к примеру, фуа
Разработан новый способ зарядки носимых устройств. Остается надеяться, что он рабочий
По данным исследовательской компании Gartner, в 2017 году в мире было продано 140 миллионов носимых устройств. В своем отчете специалисты орга
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
