Успешно испытан ракетный двигатель для частного спейсшаттла
Корпорация Sierra Nevada сообщила об успешном начале последней фазы испытаний гибридного ракетного двигателя, предназначенного для многоразового космического корабля Dream Chaser.
На прошлой неделе на ракетном испытательном комплексе в Сан-Диего, штат Калифорния, состоялись огневые испытания двигателя, включающие тестирование системы зажигания. Это подготовка к обширной программе испытаний, в ходе которой двигатель «прогонят» через различные режимы работы.
Для справки:
Гибри́дный раке́тный дви́гатель (ГРД) — химический ракетный двигатель, использующий компоненты ракетного топлива в разных агрегатных состояниях — жидком и твердом. В твердом состоянии может находиться как окислитель, так и горючее.
Наличие твердого компонента позволяет существенно упростить конструкцию, что делает ГРД одним из самых перспективных, надежных и простых типов ракетных двигателей. Применяемые окислители достаточно распространены — жидкий и газообразный кислород, закись азота.
Преимущества по сравнению с жидкостными двигателями:
- Более простая конструкция (не нужна система хранения и подачи горючего).
- Простота в обслуживании (проще инфраструктура заправки, зачастую не нужна нейтрализация проливов).
- Компактность (у высокомолекулярных соединений, идущих на топливо, высокая плотность).
- Возможно добавление в топливо металлического порошка.
Преимущества по сравнению с твердотопливными двигателями:
- Теоретически более высокий удельный импульс.
- Безопасна: не взрывается от трещин в топливной шашке; ракету можно перевозить без окислителя и заправлять им на месте.
- Управляема: возможны управление импульсом, остановка и запуск.
На самом деле, за последние 10 лет технологи данного гибридного двигателя уже испытали, что называется, «вдоль и поперек»: проведено более 300 только огневых тестов.
Кроме того, модификация этого двигателя используется на суборбитальном самолете SpaceShipTwo, который 29 апреля 2013 года впервые на ракетной тяге успешно разогнался до скорости 1,2 М и набрал высоту 16,7 км.
Но Sierra Nevada будет использовать легкий и мощный гибридный двигатель для своего челнока Dream Chaser, способного не просто «подпрыгнуть» на высоту 100-140 км, а выполнять полноценные орбитальные миссии, в частности доставлять экипаж из 7 человек на Международную космическую станцию. Особенностью гибридного двигателя Sierra Nevada является использование экологически чистых и нетоксичных компонентов топлива: полибутадиена с концевыми полимерными группами (HTPB) и оксида азота (N2O). Это делает Dream Chaser одним из самых безопасных космических транспортных средств. Кроме того, двигатель имеет небольшие габариты и вес, что освобождает больше места для топлива и полезной нагрузки, а также облегчает эксплуатацию челнока.
Как только испытания двигателя закончатся, а пройти они должны быстро, видимо в течение нескольких месяцев, силовую установку можно будет устанавливать на шаттл Dream Chaser, который к этому времени завершит тесты на сброс с борта вертолета с последующей посадкой. Так что не исключено, что к концу этого года – началу следующего частный многоразовый челнок выполнит первый полет на ракетной тяге.
Комментарии
Гибридный двигатель имеет недостатки, как ЖРД так и РДТТ.
Неостатки по сравнению с твердотпливными двигателями:
Более сложная конструкция (нужна система хранения и подачи окислителя; приэтом нужено хоть не много жидкого горючего для работы ТНА - турбонасосного агрегата).
Сложность в обслуживании (нужна заправка)
Высокомолекулярные соединения, идущие на топливо - при горении образуют соединения с большей молекулярной массой и следовательно с меньшей скоростью звука - что и определяет скорость истечения, а соответсвенно и тягу.
Возможно добавление в топливо металлического порошка - что конечно повышает тепловыделения и температуру, а следовательно и давление, НО оксиды металлов конденсирутся при темп. около 2000С, т следовтельно не расширяюся т.е не создают тягу.
Например?
Какие тяжело-молекулярные соединения получаются при горении топлива Дримчейзера?
При горении водорода получается вода молекулярный вес - 18у.е.; при горении керосина получаются вода - 18 у.е., углекислый газ - 44у.е., и не бутадиеновый каучук с перхлотатами + различные стабилизаторы и прочая и прочая.. либо полиуретан с перхлоратами + тоже самое... Перхлораты при нагревании выделяют кислород который и окисляет горючее. Но по названию перхлораты содержат -СlO4. При разложении также образуется Хлор Cl2 - как газ 71у.е. и различные хлорсодержащие соединения углерода например фосген COCl2 - 101у.е. А каучук еще содержит серу S - 32 у.е. SO2 - 64 у.е. и т.п. + алюминивая пудра...Дает Al2O3 - 102 у.е. и к томуже конденсируется уже при температуре около 2000С. Средняя молекулярная масса продуктов сгорания для РДТТ - 38...44 у.е. Что больше, чем 30у.е. для керосинового двигателя. Скажите какое топливо у КОРАБЛЯ Дрим Чейзер? И я скажу - Какие там продукты сгорания.
Для РДТТ применяют например - ...соединения с бОльшей молекулярной массой..." и тяжело-молекулярные соединения" Разница есть?
В ЖРД водород +кислород продукт сгорания вода молекулярный вес - 18у.е.; при горении керосина получаются вода - 18 у.е., углекислый газ - 44у.е., и нмного угарного газа СО - 30 у.е. усредненная молекулярная масса продуктов сгорания около 30у.е.
В РДТТ применяют - бутадиеновый каучук с перхлотатами + различные стабилизаторы и прочая и прочая.. либо полиуретан с перхлоратами + тоже самое... Перхлораты при нагревании выделяют кислород который и окисляет горючее. Но по названию перхлораты содержат -СlO4. При разложении также образуется Хлор Cl2 - как газ 71у.е. и различные хлорсодержащие соединения углерода например фосген COCl2 - 101у.е. А каучук еще содержит серу S - 32 у.е. SO2 - 64 у.е. и т.п. + алюминивая пудра...Дает Al2O3 - 102 у.е. и к томуже конденсируется уже при температуре около 2000С. Средняя молекулярная масса продуктов сгорания для РДТТ - 38...44 у.е. Что больше, чем 30у.е. для керосинового двигателя. Скажите какое топливо у КОРАБЛЯ Дрим Чейзер? И я скажу - Какие там продукты сгорания.
Более низкий удельный импульс.
Повышеная опасность: ракету перевозят с шашкой горючего.
Управление вектором и импульсом почти как и у РДТТ.
Это хорошо видно на стартах ракет с ЖРД и твердотопливными ускорителями, например Шатлла - "выхлоп" за ЖРД почти не имеет яркого факела, а за РДТТ яркий непрозрачный факел и дым после факела - это догорает углерод, не сгоревший в двигателе - т.е. не участвующий в создании тяги. На представленой фотографии - тоже яркий непрозрачный факел - светятся не сгоревшие частички углерода (или металла) явно не хватает окислителя.
Вот и появилась идея добавить жидкого окислителя. А с ним появляются почти все недостатки ЖРД - в первую очередь сложность.... Иногда чтобы не строитьТНА используют шашку РДТТ + баллон с кислородом (не хватает обычно 10...15% кислорода) - вытеснительная схема. Повышается импульс на 10...15%, но двигатель регулируется на эти10...15%. Останов невозможен т.к окислитель есть в шашке РДТТ - будет продолжать гореть.