Създаден е „невъзможен“ ротационно-детонационен двигател за ракетите на бъдещето
Учени са разработили прототип на ракетен двигател, който по-рано експертите обявиха за невъзможен. Новата система използва непрекъснати взривове в горивната камера. Така ракетните двигатели ще станат по-икономични и товароподемни. Описание на новата разработка е публикувана с списание Combustion and Flame.
В съществуващите ракетни двигатели горивото гори, а не се взривява. Горенето е много по-стабилен и подаващ се на контрол процес, отколкото детонацията. Проблемът се състои в това, че продуктите, получавани по време на горивния процес напускат двигателя с дозвукова скорост. Взривната вълна се разпространява със свръхзвукова скорост, а от скоростта на реактивната струя директно зависи ефективността на двигателя. По тази причина още през 50-те години на миналия век изследователите са започнали работа над системи, използващи детонация.
Особено привлекателна е концепцията за ротационно-детонационен двигател (rotating detonation engine или RDE). В него горивната камера има формата на пръстен. Взривната вълна, преди да напусне двигателя и да се превърне в реактивна струя, обикаля пръстена в кръг.
Ако навреме и в нужните места се подават нови порции гориво, процесът става непрекъснат. В ролята на детонатор за всеки нов взрив е предишния и двигателя работи без прекъсване. Излизащата свръхзвукова струя ще създава тяга за ракетата много по-ефективно, отколкото дозвуковата струя на досегашните двигатели.
Това означава, че при същото количество гориво ракетата ще има много по-голяма товароподемност. А това е истински подарък за конструкторите на космически апарати, опитващи се да вкарат своите проекти в прокрустовото ложе на ограниченията по маса.
Но това е на теория. На практика се оказало, че да се осъществи такава система е изключително сложно. Горивната смес през цялото време се стремяла да премине от детонация към обикновено горене, минимизирайки потенциалните преимущества на детонационните процеси.
Екип от няколко изследователски центъра в САЩ са успели да намерят решение на този нерешим досега проблем. Те са създали прототип на подобен двигател, работещ със смес от водород и кислород.
„Само преди няколко месеца редица американски експерти по ракетни двигатели публично обявиха, че водородно-кислородните детонационни двигатели са невъзможни – казва Карим Ахмед (Kareem Ahmed) от Университета на Централна Флорида и един от авторите на разработката – Но така или иначе представените експериментални данни без съмнение демонстрират, че вътре в ротационно-детонационен ракетен двигател протича детонация на горивната смес от кислород и водород“.
В пръстеновидната камера с диаметър от 3 инча (около 7,5 сантиметра) продуктите от детонациите се движат със скорост пет пъти по-висока от звуковата. Здравият корпус, изготвен от месинг и мед е издържал това натоварване. Излизайки от соплото реактивната струя създава тяга от 900 нютона. Това е достатъчно да се вдигне товар от 90 килограма.
Разбира се, големите космически апарати тежат много повече. Но тягата е правопропорционална на количеството гориво в горивната камера, така че за да се увеличи товароподемността е достатъчно да се мащабира двигателя.
Как инженерите са накарали горивото да се взривява, а не да гори? Тяхната тайна е в точното настройване на подаваните количества кислород и водород, които постоянно постъпват в двигателя. Учените са подбрали такъв режим, в който газовете успяват добре да се смесят и да образуват взривна смес.
Специалистите се надяват, че след няколко години новият двигател ще може да изпрати космически летателен апарат в експериментален полет. Потенциално той може да смени сега съществуващите двигатели, които са разработени преди повече от половин век.
