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.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кадр из фильма «Отец». В главной роли Энтони Хопкинс (Оскар за лучшую мужскую роль).
В фильме «Отец» 82-летний Энтони живет один в своей лондонской квартире. В какой-то момент мужчина начинает замечать странные вещи, теряясь в пространств
Астрономы Университета штата Огайо обнаружили самую близкую к Земле черную дыру. Ее назвали Единорогом отчасти из-за миниатюрных размеров.
Насколько маленькой может быть черная дыра? На протяжении нескольких десятилетий астрономы пы
Масштабное исследование более 1400 видов может изменить наше понимание интеллекта
Новые исследования показали, что, вопреки распространенному мнению, относительный размер мозга у млекопитающих не только связан с интеллектом, но и обусловлен р
У части пациентов, перенесших ковид, развивается аносмия потеря способности чувствовать запахи. К счастью, ученые, похоже, обнаружили лекарство против этого состояния.
Пока коронавирус бушует в Индии, превращая страну в сотни погребальных
Млечный Путь, галактика, в которой мы живем, является одной из сотен миллиардов галактик, разбросанных по всей Вселенной. Их разнообразие ошеломляет: спиральные, кольцевые галактики в форме усыпанных звездами петель и древние галактики, которые затмев
Эксперты говорят, что человечество стоит перед мрачным и «ужасным будущим» состояние планеты намного хуже, чем считалось ранее.
Будущее человечества, как это водится, принято рассматривать в позитивном ключе, тем более, нам есть чему р
Космический корабль New Shepard от Blue Origin
В начале 2021 года издание CNBC сообщило, что американская компания Blue Origin сможет доставить первых туристов в космос уже в апреле. Но в назначенном месяце компания толь
Астрономы Университета штата Огайо обнаружили самую близкую к Земле черную дыру. Ее назвали Единорогом отчасти из-за миниатюрных размеров.
Насколько маленькой может быть черная дыра? На протяжении нескольких десятилетий астрономы пы
Открытие гигантской радиоокружности во
внегалактическом пространстве приближает ученых к пониманию того,
что представляют собой эти загадочные структуры.
Несмотря на массив имеющихся данных о наблюдаемой Вселенной, в космическом простран
У астронавтов некоторое время дергаются глаза. Недавно ученые выяснили, из-за чего это происходит
Находящиеся на Международной космической станции люди постоянно пребывают в состоянии невесомости. Оно очень непривычно для земных
Запуск ракеты Чанчжэн-5В с первым модулем китайской орбитальной станции
Тяжелая ракета-носитель Чанчжэн-5В успешно вывела на околоземную орбиту первый модуль китайской орбитальной станции. В будущем к нему присоединятся еще два мо
Млечный Путь, галактика, в которой мы живем, является одной из сотен миллиардов галактик, разбросанных по всей Вселенной. Их разнообразие ошеломляет: спиральные, кольцевые галактики в форме усыпанных звездами петель и древние галактики, которые затмев
Робот-пылесос Trombia Free на улице Хельсинки
Производители автомобилей уже давно стремятся сделать так, чтобы техника умела ездить сама, без помощи со стороны водителя. В целом, у них это отлично получается и многие электромобили
На глубине от 400 метров живут гигантские кальмары, но вживую их почти никто не видел
Прямо сейчас, на больших глубинах морей и океанов, плавают огромные кальмары длиной до 14 метров. Впервые люди узнали об их существовании во вр
Эксперты говорят, что человечество стоит перед мрачным и «ужасным будущим» состояние планеты намного хуже, чем считалось ранее.
Будущее человечества, как это водится, принято рассматривать в позитивном ключе, тем более, нам есть чему р
Чипированная обезьяна Пейджер
Во время своего первого выступления в социальной сети Clubhouse предприниматель Илон Маск рассказал о том, что в лаборатории компании Neuralink живет обезьяна со вживленным в мозг чипом. По его сло
В будущем космические спутники будут производиться прямо на орбите Земли
В скором будущем космические спутники будут производиться не на Земле, а прямо на ее орбите. Строительство первого в истории космического завода по пр
Движения ваших глаз могут многое о вас рассказать
В русском языке есть пословица глаза зеркало души. Она означает, что чувства и намерения любого человека можно распознать, просто посмотрев в его глаза. В пословице есть большая до
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
