Одноразовую ракету сделают многоразовой?

Российские специалисты из инновационного центра "Сколково" нашли способ превратить одноразовую ракету-носитель в многоразовый ракетный комплекс. Они предложили установить на двигатели не пиротехническую, а лазерную систему воспламенения топлива. Это дает возможность лучше управлять работой двигателя в такой непростой ситуации, как посадка корабля.

Чем плоха современная космонавтика? Да только тем, что практически все ее сегодняшние ракеты — это лишь немного усовершенствованные германские ФАУ-2, то есть банальные одноразовые "керосинки", рассчитанные на всего лишь один "боевой" взлет, после которого они рассыпаются на части, падают на землю и превращаются в ценный металлолом, но и не более. А что если сделать одноразовые детали этих ракет многоразовыми?

Экономически это будет очень здорово, поскольку хотя разгонные блоки космических аппаратов на 90 процентов и состоят из вырабатываемого топлива, тем не менее содержат много ценных технических устройств и прежде всего сами ракетные двигатели. Вот они-то и представляют самую большую ценность. Получается, что построить такой двигатель очень сложно и дорого, а вот работает он всего лишь несколько секунд и… просто погибает! Некоторые именно поэтому считают, что и сами эти двигатели одноразовые, однако прочность их такова, что если бы они могли использоваться повторно, то выдержали бы добрый десяток стартов!

Читайте также: Космический автомобиль — уже не фантастика

Дело в том, что современный ракетный жидкостный двигатель теоретически конструкция очень простая, а потому и очень надежная. По сути дела, это молочный бидон с раструбом на конце и двойными стенками, между которыми ради его охлаждения прокачивается топливо. К "бидону" подходят две трубки от двух баков: в одном — жидкое топливо, в другом — окислитель, роль которого обычно выполняет жидкий кислород. Заполнение бака последним идет вплоть до старта, потому что холодный кислород постоянно испаряется, и если его не стравливать либо наружу, либо в камеру сгорания, то свой бак он просто разорвет!

 

По команде старт открываются специальные клапаны, включаются насосы и топливо поступает в камеру сгорания, предварительно пройдя между стенками двигателя и охладив их. На немецком двигателе ракеты ФАУ-2, например, сопло охлаждалось за счет спирта, который поступал в него из общего топливного бака, но истекал на его внутреннюю поверхность через множество мельчайших дырочек. Это приводило к тому, что факел огня из сопла значительно увеличивался, но зато само сопло прогореть не могло!

Позднее от этого способа отказались и стали прокачивать топливо между стенок всего двигателя, вот почему надежность их возросла, а расходоваться топливо стало более рационально. В то же время проблема многоразового использования двигателей никуда не ушла. Например, только на советской "лунной ракете" Н-1 на первой ступени устанавливался пакет из 30 двигателей и все они в итоге разбивались о землю.

Воспламенение топлива на старте у таких двигателей может обеспечиваться разными способами. В принципе под соплом ракеты можно разжечь обыкновенный костер, который и воспламенит истекающее из него топливо, смешанное с окислителем. Но такой способ ну слишком уж примитивен. Поэтому на современных двигателях применяются встроенные в камеру сгорания запальные свечи. Их зажигание происходит посредством электрического импульса, после чего каждая такая свеча дает луч огня, который и поджигает топливо, поступающее в камеру сгорания. Беда только в том, что свечи эти одноразовые, и отработав один раз, второй их уже не зажжешь. Поэтому-то двигательные блоки и падают на землю и разбиваются: управлять процессом горения в двигателях практически невозможно, а значит, невозможно их и мягко опустить на землю.

Американцы сумели сохранять стартовые ускорители своих многоразовых аппаратов "Спейс Шаттл", представлявшие собой твердотопливные ракеты, спускавшиеся после отработки топлива на парашютах в океан, где их подбирали специальные суда. Однако для жидкотопливых ракетных блоков и двигателей такое вот купание в морской воде не очень желательно. Ведь если в твердотопливном ракетном блоке внутри практически ничего нет, то там где имеется жидкое топливо, есть масса всевозможных трубопроводов, клапанов и разных точных приборов, которые в этом случае придется отмывать еще и от соленой воды! Как бы сделать так, чтобы они мягко садились на землю?

И вот у нас в Сколково нашлись специалисты, которые постарались решить эту проблему. Каким образом? А вот каким: всего лишь посредством установки на двигатели не пиротехнической, а лазерной системы воспламенения топлива. То есть туда вставляется точно такой же по диаметру, но только уже лазерный блок зажигания. Топливо зажигается лазерным лучом, благодаря чему делать это стало возможно уже не один раз, а многократно. Появилась возможность управлять работой двигателя, что принципиально важно именно на многоразовых системах.

А раз так, то выходит, что этот способ в принципе может превратить одноразовую ракету-носитель в многоразовый ракетный комплекс. Хорошо известно, что после выработки большей части топлива стартовые блоки первой и второй ступеней сбрасываются, причем на ракете "Союз" таких блоков целых пять. Они падают на землю и разбиваются, хотя в них еще есть топливо, которого вполне может хватить на то, чтобы затормозить их перед ударом о землю и, следовательно, добиться мягкой посадки!

Как же все это планируется осуществить? Примерно следующим образом: отброшенные разгонные блоки стабилизируются во время их падения на землю так, чтобы они опускались вертикально. После этого непосредственно перед посадкой на них нужно будет вновь включить двигатели (для чего как раз на них и требуется лазерное зажигание!), в то время как на самих этих блоках должны будут откидываться в стороны "лапы" посадочных опор — и все!

Таким образом, можно будет значительным образом сократить объем невосполнимых космических "отходов", которые сегодня падают на землю и разбиваются, а главное — уменьшить трудозатраты на изготовление прецизионно точных жидкостных ракетных двигателей. Ведь если на той же ракете Н-1 их было целых 30 штук, то на "Союзе" их 20, и все они сегодня теряются при запуске!

Читайте также: "Наутилус-Икс" защитит покорителей Марса

На сегодня проект существует уже не только в виде идеи. Разработка демонстрировалась в Тольятти 14-15 ноября на Втором международном форуме "Город будущего" в рамках показа достижений из Сколково. Ну, а когда мы увидим все это уже реально в металле, зависит не от ученых и не от инженеров.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"