Несколько дней назад стало известно, что самарское ЦСКБ «Прогресс» предложило новый двигатель для перспективных ракет-носителей сверхтяжелого класса, использующий в качестве топлива сжиженный природный газ. Согласно последним сообщениям отечественной прессы, свои идеи о будущем ракетных двигателей огласило химкинское НПО «Энергомаш» им. академика В.П. Глушко. Для повышения характеристик перспективные двигатели предлагается оснащать камерой сгорания, работающей по новым принципам.
Издание «Взгляд» со ссылкой на представителей НПО «Энергомаш» пишет, что предприятие уже разработало камеру сгорания оригинальной конструкции. Двигатель, оснащенный ей, сможет заметно улучшить свои характеристики – предполагаемый рост мощности достигает 10% в сравнении с используемыми сейчас двигателями. Новая конструкция камеры сгорания позволяет использовать пока не освоенный на практике принцип работы двигателя, а именно т.н. детонационное горение топлива. Идеи, положенные в основу нового проекта, были сформулированы академиком Я.Б. Зельдовичем несколько десятилетий назад, но до сих пор не дошли до практического применения в ракетно-космической отрасли.
«Взгляд» приводит слова генерального конструктора НПО «Энергомаш» по науке П. Левочкина, согласно которым основой для нового проекта стали наработки конца тридцатых годов прошлого века. Специалист отметил, что к настоящему уровню достигнут предел возможностей жидкостных ракетных двигателей, построенных по традиционным схемам. Прорабатывая различные способы дальнейшего повышения характеристик двигателей, специалисты НПО «Энергомаш» занялись изучением химических процессов, сопровождающих работу силовой установки. В ходе этих исследований конструкторы обратились к работам Я.Б. Зельдовича, в которых предлагались интересные методы повышения характеристик двигателя, прежде всего детонационное горение.
Суть детонационного горения заключается в следующем: во время горения по веществу-топливу распространяется ударная волна, инициирующая горение новых участков вещества. Выделяющаяся при горении энергия, в свою очередь, поддерживает ударную волну. Изучением детонационного горения занималось множество ученых. В конце тридцатых годов работавшие независимо друг от друга Я.Б. Зельдович (СССР), Дж. Фон Нейман (США) и В. Деринг (Германия) почти одновременно разработали одну и ту же модель явления, позже названную по их именам ZND. Именно на эти работы предлагается опираться в новом проекте.
Как рассказал П. Левочкин, перспективный ракетный двигатель будет использовать т.н. спиновую детонацию. Это означает, что в одном из участков камеры сгорания во время ее работы будет присутствовать ударная волна, вращающаяся по окружности со скоростью до 8 тыс оборотов в секунду. По своей конструкции камера сгорания, приспособленная для такой работы, почти не будет отличаться от существующих систем. Тем не менее, в ее конструкции необходимо учесть повышенные нагрузки, возникающие при детонации топлива.
Использование детонационного горения топлива позволит не только повысить характеристики двигателя, но и немного уменьшить габариты камеры сгорания. Увеличение мощности двигателя примерно на 10% будет иметь сразу несколько положительных последствий. К примеру, появится возможность уменьшить запас топлива или увеличить полезную нагрузку ракеты-носителя. В результате может заметно повыситься гибкость применения ракеты.
Сроки появления первых ракет-носителей с двигателями, использующими явление детонационного горения топлива, пока неизвестны. Согласно последним сообщениям, камера сгорания для перспективной силовой установки уже создана. По-видимому, в обозримом будущем начнется строительство двигателей-прототипов, которые в дальнейшем будут использоваться в испытаниях. Эксплуатация новых двигателей, скорее всего, начнется в отдаленном будущем – не ранее первой половины двадцатых годов, но о точных сроках пока говорить рано.
Перспективы нового двигателя тоже не до конца ясны. Предложенные технологии позволяют значительно повысить характеристики двигателей, однако о применении новых двигателях на ракетах-носителях речи пока не идет. Какие именно ракеты будут оснащаться перспективными двигателями разработки НПО «Энергомаш» – пока не определено.
После появления серийных ракетных двигателей на основе новой технологии НПО «Энергомаш» им. академика В.П. Глушко вновь подтвердит свой статус одного из ведущих мировых предприятий отрасли. Одними из самых известных разработок предприятия являются двигатели РД-170 и разработанный на его основе РД-180. РД-180 в последние месяцы стал предметом споров и даже судебных заседаний.
По материалам сайтов:http://vz.ru/http://i-mash.ru/http://itar-tass.com/
Автор: Рябов Кирилл
topwar.ru
15:3206.10.2015
(обновлено: 16:15 06.10.2015)
6398572
В пресс-службе Объединенной двигателестроительной корпорации России рассказали, что уже созданы демонстраторы дозвукового и сверхзвуковых двигателей, действующие на основе детонационных технологий.
КУБИНКА (Московская область), 6 окт — РИА Новости. Объединенная двигателестроительная корпорация России (входит в "Ростех") в ближайшее время планирует начать создание перспективных авиационных и ракетных двигателей, использующих пульсирующие детонационные технологии.
Об этом сообщили во вторник РИА Новости в пресс-службе ОДК в ходе международной выставки "День инноваций Минобороны РФ". "В ближайшее время планируется начало ОКР (опытно-конструкторские работы) по данному направлению", — заявили в корпорации.
Россия испытает новый двигатель для любых ракет-носителей в 2016 годуТам напомнили, что в ОДК уже созданы демонстраторы дозвукового и сверхзвуковых двигателей, действующие на основе детонационных технологий. "Они показали 30-50% улучшение по сравнению с традиционными двигателями в таких параметрах, как величина удельной тяги и удельный расход топлива", — сообщила пресс-служба.
На основе данной работы входящее в ОДК опытно-конструкторское бюро им. А.М. Люльки предложило концепцию создания семейства детонационных двигателей различного назначения, в том числе для беспилотников и крылатых ракет, комбинированные силовые установки воздушно-космических самолетов и двигателей ракетно-космических систем.
К настоящему времени авиационные и ракетные двигатели традиционных схем, "достигнув весьма высокого совершенства, практически исчерпали возможность существенного улучшения своих тягово-экономических параметров", констатировали в ОДК.
"Создание перспективных авиационных и ракетных двигателей, использующих пульсирующие детонационные технологии, позволит получить недостижимые на современном уровне летно-технические характеристики высокоманевренных самолетов, дальность и боевую нагрузку сверхзвуковых и гиперзвуковых носителей и управляемых средств поражения различного назначения", — отмечает пресс-служба.
ria.ru
| Введение Двигательные установки на борту космического аппарата предназначены для создания силы тяги или момента импульса. По типу используемой тяги двигательной установки разделяются на химические (ХРД) и нехимические (НХРД). ХРД делятся на жидкостные (ЖРД), твердотопливные (РДТТ) и комбинированные (КРД). В свою очередь нехимические двигательные установки делятся на ядерные (ЯРД) и электрическими (ЭРД). Великий ученый Константин Эдуардович Циолковский еще век назад создал первую модель двигательной установки, которая работала на твердом и жидком топливе. После, во второй половине 20 века были осуществлены тысячи полетов с использованием в основном ЖРД и РДТТ. Однако в настоящее время для полетов на другие планеты, не говоря уж о звездах, применение ЖРД и РДТТ становится все более невыгодным, хотя и было разработано множество РД. Скорее всего, возможности ЖРД и РДТТ себя полностью исчерпали. Причина здесь заключается в том, что удельный импульс всех химических РД невысок и не превышает 5000 м/с, что требует для развития достаточно больших скоростей длительной работы ДУ и соответственно больших запасов топлива или, как принято в космонавтике, необходимы большие значения числа Циолковского, т.е. отношения массы заправленной ракеты к массе пустой. Так РН Энергия, выводящая на низкую орбиту 100 т полезной нагрузки, имеет стартовую массу около 3 000 т, что дает для числа Циолковского значение в пределах 30. Для полета к примеру на Марс число Циолковского должно быть еще выше, достигая значений от 30 до 50. Нетрудно оценить, что при полезном грузе около 1 000 т, а именно в таких пределах колеблется минимальная масса требуемая для обеспечения всем необходимым экипаж, стартующий к Марсу с учетом запаса топлива для обратного полета к Земле, начальная масса КА должна быть не менее 30 000 - 50 000 т., что явно находится за пределами уровня развития современной космонавтики, основанной на применении ЖРД и РДТТ. Таким образом, для достижения пилотируемыми экипажами даже ближайших планет необходимо развивать РН на двигателях, работающих на принципах, отличных от химических ДУ. Наиболее перспективными в этом плане являются электрические реактивные двигатели (ЭРД), лазерные реактивные двигатели (ЛРД) и ядерные реактивные (ЯРД). Ядерные реактивные двигатели, принцип работы, способы получения импульса в ЯРД. ЯРД получили свое название благодаря тому, что создают тягу за счет использования ядерной энергии, т. е. энергии, которая выделяется в результате ядерных реакций. В общем смысле под этими реакциями подразумеваются любые изменения энергетического состояния атомных ядер, а также превращения одних ядер в другие, связанные с перестройкой структуры ядер или изменением количества содержащихся в них элементарных частиц - нуклонов. Причем ядерные реакции, как известно, могут происходить либо спонтанно (т. е. самопроизвольно), либо вызываться искусственно, например, при бомбардировке одних ядер другими (или элементарными частицами). Ядерные реакции деления и синтеза по величине энергии превосходят химические реакции соответственно в миллионы и десятки миллионов раз. Это объясняется тем обстоятельством, что энергия химической связи атомов в молекулах во много раз меньше энергии ядерной связи нуклонов в ядре. Ядерную энергию в ракетных двигателях можно использовать двумя способами: 1. Высвобождаемая энергия используется для нагрева рабочего тела, которое затем расширяется в сопле, так же как в обычном ЖРД. 2. Ядерная энергия преобразуется в электрическую и затем используется для ионизации и разгона частиц рабочего тела. 3. Наконец импульс создается самими продуктами деления, образованными в процессе ядерной реакции деления. ЯРД с реактором деления. Двигательная установка с ЯРД. Этот тип ЯРД представляет собой сочетание энергетического реактора, подобного тем, которые используются в атомных электростанциях или на надводных и подводных судах, с жидкостным ракетным двигателем. В ЯРД реактор выполняет ту же функцию, что и камера сгорания в ЖРД, а именно служит для обращения исходного рабочего тела в высокотемпературный газ. Как и в случае ЖРД, этот газ разгоняется затем в реактивном сопле, создавая тягу. По аналогии с ЖРД исходное рабочее тело ЯРД хранится в жидком состоянии в баке двигательной установки и его подача производится при помощи турбонасосного агрегата. Газ для вращения этого агрегата, состоящего из турбины и насоса, может вырабатываться в самом реакторе.  Схема такой двигательной установки изображена на рисунке. Существует множество ЯРД с реактором деления:- Твердофазный ЯРД- Газофазный ЯРД- Жидкофазные и коллоидные- ЯРД с реактором синтеза- Импульсные ЯРД и другие. Из всех возможных типов ЯРД наиболее разработаны тепловой радиоизотопный двигатель и двигатель с твердофазным реактором деления. Но если характеристики радиоизотопных ЯРД не позволяют надеяться на их широкое применение в космонавтике (по крайней мере в ближайшем будущем), то создание твердофазных ЯРД открывает перед космонавтикой большие перспективы. Типичный ЯРД этого типа содержит твердофазный реактор в виде цилиндра с высотой и диаметром около 1-2 м (при близости этих параметров утечка нейтронов деления в окружающее пространство минимальна). Реактор состоит из активной зоны; отражателя, окружающего эту зону; управляющих органов; силового корпуса и других элементов. Активная зона содержит ядерное горючее - делящееся вещество (обогащенный уран), заключенное в тепловыделяющих элементах, и замедлитель или разбавитель. Реактор, представленный на рисунке, является гомогенным - в нем замедлитель входит в состав тепловыделяющих элементов, будучи однородно перемешанным с горючим. Замедлитель может размещаться и отдельно от ядерного горючего. В этом случае реактор называется гетерогенным. Разбавители (ими могут быть, "например, тугоплавкие металлы - вольфрам, молибден) используются для придания делящимся веществам специальных свойств. Тепловыделяющие элементы твердофазного реактора пронизаны каналами, по которым протекает, постепенно нагреваясь, рабочее тело ЯРД. Каналы имеют диаметр порядка 1-3 мм, а их суммарная площадь составляет 20-30% поперечного сечения активной зоны. Активная зона подвешивается при помощи специальной решетки внутри силового корпуса, с тем чтобы она могла расширяться при нагреве реактора (иначе она разрушилась бы из-за термических напряжений).  Активная зона испытывает высокие механические нагрузки, связанные с действием значительных гидравлических перепадов давления (до нескольких десятков атмосфер) от протекающего рабочего тела, термических напряжений и вибраций. Увеличение размеров активной зоны при нагреве реактора достигает нескольких сантиметров. Активная зона и отражатель размещаются внутри прочного силового корпуса, воспринимающего давление рабочего тела и тягу, создаваемую реактивным соплом. Корпус закрывается прочной крышкой. На ней размещаются пневматические, пружинные или электрические механизмы привода регулирующих органов, узлы крепления ЯРД к космическому аппарату, фланцы для соединения ЯРД с питающими трубопроводами рабочего тела. На крышке может располагаться и турбонасосный агрегат. В качестве простейших органов управления реактором используются регулирующие стержни, размещаемые в активной зоне или отражателе (в специальных гнездах), и поворотные барабаны, устанавливаемые на периферии реактора. Стержни содержат вещества, сильно поглощающие нейтроны (бор, кадмий). Перемещение стержней внутри реактора позволяет изменять количество реакций деления ядерного горючего в единицу времени и в итоге уровень энерговыделения в реакторе - его тепловую мощность. На боковых сторонах барабанов укреплены пластины из веществ-поглотителей нейтронов, и, таким образом, при повороте барабанов эти вещества (как и в случае стержней) вводятся в активную зону или выводятся из нее. Как правило, внутри силового корпуса реактора, над активной зоной, размещают так называемую первичную реакторную защиту. Она снижает интенсивность опасного гамма- и нейтронного излучения, выходящего из реактора в направлении остальной части космического аппарата. Замедлитель, отражатель, органы управления, защита и корпус реактора должны охлаждаться, для исключения их перегрева вследствие поглощаемого ими излучения реактора. С этой целью в указанных элементах предусматриваются каналы, по которым пропускается рабочее тело. После прохождения каналов оно газифицируется и может быть использовано для привода турбонасосного агрегата. Реактор твердофазного ЯРД отличается от аналогичного типа реакторов, используемых в атомных электростанциях и на морских судах, значительно более напряженным рабочим процессом, малыми размерами и массой, кратковременностью переходных процессов, небольшим рабочим ресурсом (не превышающим нескольких часов). В качестве ядерного горючего в реакторах твердофазных ЯРД используется в основном уран-238, обогащенный (примерно до 90%) изотопом уран-235. В будущем в ЯРД найдут, по-видимому, применение также плутоний-239 и уран-233, что позволит существенно снизить массу активной зоны реакторов. В настоящее время эти вещества слишком дороги и дефицитны. Радиационная опасность от ЯРД. Работающий ЯРД является мощным источником радиации - гамма- и нейтронного излучения. Без принятия специальных мер, радиация может вызвать в космическом аппарате недопустимый нагрев рабочего тела и конструкции, охрупчивание металлических конструкционных материалов, разрушение пластмассовых и старение резиновых деталей, нарушение изоляции электрических кабелей, вывод из строя электронной аппаратуры. Радиация может вызвать наведенную (искусственную) радиоактивность материалов - активизацию их. В настоящее время проблема радиационной защиты космических аппаратов с ЯРД считается в принципе решенной. Решены также и принципиальные вопросы, связанные с обслуживанием ЯРД на испытательных стендах и пусковых площадках. Хотя работающий ЯРД представляет опасность для обслуживающего персонала" уже через сутки после окончания работы ЯРД можно без всяких средств индивидуальной защиты находиться в течение нескольких десятков минут на расстоянии 50 м от ЯРД и даже подходить к нему. Простейшие средства защиты позволяют обслуживающему персоналу входить в рабочую зону ЯРД уже вскоре после испытаний. Уровень заражения пусковых комплексов и окружающей среды, по-видимому, не будет препятствием использованию ЯРД на нижних ступенях космических ракет. Проблема радиационной опасности для окружающей среды и обслуживающего персонала в значительной степени смягчается тем обстоятельством, что водород, используемый в качестве рабочего тела, практически не активируется при прохождении через реактор. Поэтому реактивная струя ЯРД не более опасна, чем струя ЖРД. При рассмотрении перспектив развития и использования ЯРД в космонавтике следует исходить из достигнутых и ожидаемых характеристик различных типов ЯРД, из того, что может дать космонавтике их, применение и, наконец, из наличия тесной связи проблемы ЯРД с проблемой энергообеспечения в космосе и с вопросами развития энергетики вообще. Как уже говорилось выше, из всех возможных типов ЯРД наиболее разработаны тепловой радиоизотопный двигатель и двигатель с твердофазным реактором деления. Но если характеристики радиоизотопных ЯРД не позволяют надеяться на их широкое применение в космонавтике (по крайней мере в ближайшем будущем), то создание твердофазных ЯРД открывает перед космонавтикой большие перспективы. Предложен, например, аппарат с начальной массой 40000 т (т. е. примерно в 10 раз большей, чем у самых крупных современных ракет-носителей), причем 1/10 этой массы приходится на полезный груз, а 2/3 - на 300 000 ядерных зарядов. Если каждые 3 с взрывать по одному заряду, то их запаса хватит на 10 дней непрерывной работы ЯРД. За это время аппарат разгонится до скорости 10000 км/с и в дальнейшем, через 130 лет, может достигнуть звезды Альфа Центавра. Ядерные энергоустановки обладают уникальными характеристиками, к которым относятся практически неограниченная энергоемкость, независимость функционирования от окружающей среды, неподверженность внешним воздействиям (космической радиации, метеоритному повреждению, высоким и низким температурам и т. д.). Однако максимальная мощность ядерных радиоизотопных установок ограничена величиной порядка нескольких сот ватт. Это ограничение не существует для ядерных реакторных энергоустановок, что и предопределяет выгодность их использования при продолжительных полетах тяжелых космических аппаратов в околоземном пространстве, при полетах к дальним планетам Солнечной системы и в других случаях. Преимущества твердофазных и других ЯРД с реакторами деления наиболее полно раскрываются при исследовании таких сложных космических программ, как пилотируемые полеты к планетам Солнечной системы (например, при экспедиции на Марс). В том случае увеличение удельного импульса РД позволяет решать качественно новые задачи. Все эти проблемы значительно облегчаются при использовании твердофазного ЯРД с удельным импульсом вдвое большим, чем у современных ЖРД. В этом случае становится также возможным заметно сократить сроки полетов. Вероятнее всего, что уже в ближайшем будущем твердофазные ЯРД станут одними из самых распространенный РД. Твердофазный ЯРД можно будет использовать как аппараты для дальних полетов, например, на такие планеты как Нептун, Плутон и даже вылетать за пределы Солнечной Системы. Однако для полетов к звездам ЯРД, основанный на принципах деления не пригоден. В этом случае перспективными являются ЯРД или точнее термоядерные реактивные двигатели (ТРД), работающие на принципе реакций синтеза и фотонные реактивные двигатели (ФРД), источникам импульса в которых является реакция аннигиляции вещества и антивещества. Впрочем, скорее всего человечество для путешествия в межзвездном пространстве будет использовать иной, отличный от реактивного, способ передвижения. В заключение приведу перефразировку известной фразы Эйнштейна - для путешествия к звездам человечество должно придумать нечто такое, которое было бы сравнимо по сложности и восприятию с ядерным реактором для неандертальца! |
kuasar.ru
Южная Корея предложила «Роскосмосу» совместно разработать метановый двигатель для перспективных ракет-носителей. Такой двигатель сейчас проектируется российскими конструкторами, строительство опытного образца запланировано на следующий год. Эксперты считают, что сотрудничество с Южной Кореей может быть выгодно для России — в обмен на двигатель мы можем получить нужные отечественной промышленности технологии — например, микроэлектронику для космической техники.
Делегация Центра ракетно-космического двигателестроения Сеульского национального университета (крупнейшего вуза Южной Кореи) провела переговоры с ведущим российским предприятием в области создания жидкостных ракетных двигателей — химкинским НПО «Энергомаш». Темой встречи стало обсуждение перспектив возможного двустороннего сотрудничества, включая взаимодействие по разработке метанового ракетного двигателя. В России разработка ракетных двигателей, использующих в качестве топлива метан, ведется давно, однако пока не продвинулась за пределы опытных образцов.
— По инициативе южнокорейской стороны состоялась стартовая встреча по обсуждению вопроса возможности совместной разработки метанового двигателя. У предприятий интегрированной структуры ракетного двигателестроения имеются значительные заделы в данном направлении, — рассказал «Известиям» заместитель генерального директора по стратегическому развитию, инновационной деятельности и маркетингу НПО «Энергомаш» Дмитрий Пахомов.
По его словам, после получения дополнительной информации от южнокорейской стороны российское двигателестроительное предприятие будет готово совместно с госкорпорацией «Роскосмос» оперативно проработать вопрос о возможных формах сотрудничества с Сеулом по этой тематике.
В «Роскосмосе» сказали, что готовы к сотрудничеству с Южной Кореей.
— Предприятия российской космической отрасли давно и плодотворно сотрудничают со странами Азиатско-Тихоокеанского региона. Данная встреча укрепляет и углубляет международное сотрудничество двух стран в сфере развития ракетной техники и перспектив исследования космоса, — прокомментировали визит корейских партнеров в пресс-службе «Роскосмоса».
На запрос «Известий» в Сеульском национальном университете не ответили.
Сотрудничество России и Южной Кореи в ракетно-космической отрасли имеет содержательную историю. Российский Космический центр имени Хруничева и НПО «Энергомаш» принимали участие в разработке первой ступени для южнокорейской ракеты-носителя KSLV-1 (Korea Space Launch Vehicle), а Конструкторское бюро транспортного машиностроения (входит в состав Центра эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры) отвечало за разработку стартового комплекса на космодроме Наро. Первая ступень KSLV-1 являлась копией первой ступени российского носителя «Ангара» легкого класса.
Всего с 2009 по 2012 год было проведено три пуска южнокорейской ракеты.
На этом сотрудничество не закончилось. В 2017 году специалисты Научно-исследовательского института стартовых комплексов (филиал ЦЭНКИ) завершили исполнение первого контракта по технической поддержке разработки башни обслуживания для новой южнокорейской ракеты-носителя KSLV-2, полностью разрабатываемой южнокорейскими специалистами.
Член-корреспондент Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского Андрей Ионин считает, что сотрудничество с Южной Кореей должно основываться на взаимной выгоде. Например, российские технологии в области ракетного двигателестроения можно обменять на технологии производства микроэлектроники категории space, применяемой в космической технике.
— Любое сотрудничество с Южной Кореей выгодно для России, поскольку эта страна — один из мировых лидеров в области высоких технологий. Я считаю, что соглашение о сотрудничестве в области разработки метановых ракетных двигателей будет асимметрично, поскольку у Южной Кореи нет серьезного опыта в области ракетного двигателестроения. Такое сотрудничество должно быть дополнено аналогичными пакетными договоренностями в области развития микроэлектроники категории space. Только в этом случае оно будет эффективно и взаимовыгодно, — рассказал «Известиям» Ионин.
Разработка метанового двигателя предусмотрена действующей Федеральной космической программой до 2025 года в рамках ОКР ДУСВ (Двигательные установки средств выведения). Работа предполагает создание ракетных двигателей нового поколения и базовых элементов маршевых двигательных установок перспективных ракет-носителей. На эти цели в федеральной программе предусматривается выделение 21,7 млрд рублей.
Советник генерального директора НПО «Энергомаш» Владимир Чванов рассказал «Известиям», что главным преимуществом метана в качестве топлива является возможность многократного использования ракетных двигателей, поскольку на них не образуется нагар, и баков с топливом, поскольку остатки неизрасходованного метана испаряются легче, чем жидкий керосин.
— Его применение дает преимущества с точки зрения возможности повторного использования конструкций ракетно-космической техники. Кроме того, перспективность метана заключается в том, что у него выше удельный импульс, хотя в два раза ниже плотность по сравнению с керосином. Это значит, что для того, чтобы вывести на орбиту ту же массу полезного груза, сама ракета должна быть больше по своим габаритам. Еще одно преимущество метана — большое количество разведанных запасов этого газа. Кроме того, не каждый сорт керосина подходит для использования в ракетной технике. Это, так сказать, преимущество, данное метану природой, — сказал Владимир Чванов.
Работы по созданию метановых двигателей в рамках новой Федеральной космической программы начались с сентября 2016 года, когда «Роскосмос» выделил Конструкторскому бюро химавтоматики (входит в состав интегрированной структуры под руководством НПО «Энергомаш») 809 млн рублей. Предприятие должно разработать опытный образец ракетного двигателя с тягой 85 т, провести испытания экспериментального двигателя тягой 40 т и двигателя-демонстратора с тягой 7,5 т. Двигатель должен получиться многоразовым.
КБ химавтоматики с 2002 по 2005 год в рамках проекта «Волга» совместно с европейскими партнерами занималось разработкой метанового многоразового ракетного двигателя тягой 200 т. В 2006 году КБ работало над созданием отечественного метанового многоразового двигателя РД-0162 тягой 203,9 т для многоразовой ракетно-космической системы МРКС-1, которую предполагалось использовать в качестве крылатых (то есть возвращаемых) ускорителей первой ступени для ракет семейства «Ангара». Многоразовые ступени после старта должны были возвращаться на космодром запуска, однако позже было признано нецелесообразным реализовывать этот проект в «железе».
В 2014 году Ракетно-космический центр «Прогресс» представил свое видение ракеты будущего — перспективного носителя, все двигатели которого работают на сжиженном природном газе. Проект получил рабочее название «Союз-5», которое затем было дано предлагаемой к разработке новой российской ракете-носителю среднего класса. Взамен «метановая» ракета получила наименование «Союз-7».
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
iz.ru
Для широкого освоения космического пространства необходимы ракетные двигательные установки, характеризующиеся не только повышенными конструктивно-энергетическими характеристиками, но и обладающими рядом особых качеств. К ним можно отнести возможность быстрого выключения (точная дозировка импульса тяги), повторный запуск после длительного перерыва в работе, широкий диапазон регулирования величины и высокие значения тяги двигателя и двигательной установки в целом.
В настоящее время на ракетах применяются двигатели, работающие на химических топливах, причем в основном это жидкостные (ЖРД) и твердотопливные (РДТТ) двигатели.
Помимо совершенствования ЖРД и РДТТ и разработки нехимических ракетных двигателей (электрические и ядерные) стоит обратить внимание на двигатели использующие химические топлива смешанного агрегатного состояния.
Топлива, компоненты которых находятся в различных агрегатных состояниях, называются комбинированными. Наиболее перспективными среди них являются композиции, у которых один компонент твердый, а другой — жидкий. Твердо-жидкие топлива принято именовать гибридными, а двигатели на этих топливах — соответственно гибридными ракетными двигателями (ГРД). В начале 60-х годов особенности и свойства этих двигателей стали объектом усиленного изучения во многих странах (США, Франция, ФРГ, Швеция, Япония, Италия и др.).
Конструкция ГРД предполагает наличие одного из компонентов в виде твердого заряда и наличие емкости с жидким или газообразным вторым компонентом. Различают две схемы ГРД – прямая и обратная. В прямой схеме горючее находится в твердом агрегатном состоянии и окислитель в жидком, в обратной в качестве твердого компонента представлен окислитель.
Термины «прямой» и «обратный» не имеют физического смысла, а используются исходя из традиции.
Особой разновидностью ГРД являются двигатели, работающие на трех компонентах топлива. Твердый компонент также в виде заряда находится в камере, а два жидких в топливных баках.
Гибридный ракетный двигатель состоит из зарядной камеры с размещенной в ней зарядом твердого компонента топлива, по оси которого выполнен сквозной канал, форсуночной головки камеры сгорания, камеры дожигания, бака с жидким компонентом топлива, магистрали подачи жидкого компонента топлива и элементов управления.
Рисунок 1. Конструкция гибридного ракетного двигателя.
В состав ГРД входит: 1 – камера сгорания; 2 – камера дожигания; 3 – заряд твердого топлива; 4 – заднее днище; 5 – сопловой блок; 6 – переднее днище; 7 – цилиндрическая форсуночная головка; 8 – форсуночная головка камеры дожигания; 9 – система замера твердого компонента.
Максимальная эффективность ГРД достигается поддержанием на постоянном уровне следующих параметров:
По удельным энергомассовым характеристикам гибридный ракетный двигатель занимает промежуточное положение между ракетными двигателями на твердом топливе и жидкостными ракетными двигателями.
Вследствие использования топлив с большим запасом химической энергии ГРД имеют значения удельного импульса, большие чем у РДТТ, но не выше чем у ЖРД.
Достоинством ГРД может являться повышенная надежность конструкции, которая объясняется отсутствием устройств и магистралей, необходимых для подачи второго компонента топлива, уменьшенная стоимость разработки и изготовления двигательной установки и упрощённая эксплуатация.
Топливо, представленное в виде твердого заряда, является практически инертным веществом. Производство такого топлива пожаро- и взрывобезопасно и потому простое, и дешевое. Горючее и окислитель могут быть изготовлены на обычных химических заводах с использованием стандартного оборудования. Комбинированное топливо может быть самым безопасным из всех высокоэнергетических топлив.
Так как скорость горения твердого компонента регулируется путем изменения расхода второго компонента топлива дефекты заряда не влияют на скорость горения или параметры процесса.
Стабильность характеристик ГРД в процессе работы установки не требует термостатирования благодаря слабой чувствительности рабочего процесса к давлению в камере, температуре компонентов топлива и дефектам заряда.
Важным достоинством гибридных ракетных двигателей является возможность многократного запуска и большой диапазон регулирования тяги, что немаловажно решения проблем по освоению космоса.
В качестве критерия оценки эффективности топлив используют удельный импульс двигателя.
Для наглядности значения удельных импульсов двигателей, работающих на жидких, унитарных твердых и гибридных топливах представлены на диаграмме (рис. 2) [2].
Рисунок 2. Теоретические значения удельных импульсов тяги химических РД
Данное сравнение приемлемо, так как двигатели принадлежат к одному типу. Сравнение РД различных по устройству друг от друга возможно только по обобщенным критериям, для применения которых нет достаточных оснований.
Разработка и применение РН сверхлегкого класса с ГРД является актуальным и перспективным направлением по обеспечению запусков нано- и пикоспутников. Высокие энергетические характеристики, простота конструкции и изготовления делает РН с ГРД конкурентоспособным на международном рынке пусковых услуг.
Список литературы:
sibac.info
