Уже за кілька років впізнаваний сьогодні вигляд космічних ракет може докорінно змінитися. У них може зникнути широке сопло двигуна в нижній частині. Замість нього буде гострий кінець конуса, який є характерною рисою перспективного двигуна Aerospike. Цей двигун можна назвати невловимим: інженери «ганялися» за ним протягом 70 років і, схоже, впіймали правильні параметри. Тому найближчим часом двигун з клиноповітряним соплом (aerospike) переходить до льотних випробувань.
Будь то німецька ракета V-2, легендарний Saturn V NASA чи Falcon Heavy від SpaceX, усі сьогоднішні ракетні двигуни мають спільну рису: їхні вихлопні сопла мають форму дзвонів. Геометрія сопла у вигляді дзвона має вирішальне значення, оскільки дозволяє створити достатню тягу, щоб злетіти зі стартових майданчиків, долаючи земну гравітацію.
Але геометрія сопла у вигляді дзвона не завжди є найкращим рішенням. Принаймні з 1950-х років інженери задавалися питанням, чи може інша конструкція сопла, відома як аероспайк, бути більш ефективним способом відправлення людей та вантажів у космос.
Незважаючи на те, що ця концепція сопла аероспайк ніколи не приводила в рух реальну ракету (хоча в 1990-х NASA запускало демонстратор на задній частині SR-71 ), ідея залишилася надзвичайно стійкою.
Останніми роками, тобто майже через 70 років після початку робіт над аероспайк дуже багато аерокосмічних стартапів гралися з ідеєю відродити aerospike. Останньою з цих компаній є стартап Polaris, який у квітні отримав військовий контракт з Німеччиною на дослідження потенціалу використання ракетного двигуна лінійного аероспайку (LAS) у демонстраторі космічного літака.
Отже, що саме робить двигуни з клиноповітряним соплом такими привабливими, особливо після того, як сопло у вигляді дзвона більш ніж довело свою цінність протягом історії польотів людини в космос?
Ракетні двигуни покладаються на тиск повітря земної атмосфери, щоб піднімати корисні вантажі зі стартового майданчика. На рівні моря тиск повітря стримує гази, що виходять із сопла ракети, і чим більша висота, тим менше це стримування. Тому біля поверхні землі вихлоп ракети має один вигляд, а на висоті – вихлоп значно роздувається.
Дзвонові сопла, по суті, розроблені для ефективної роботи на певній висоті. Однак, якби сопло ракети могло якимось чином пристосуватися до зміни тиску під час виходу з атмосфери, тоді воно було б здатне забезпечити більшу ефективність двигуна, а ракета – піднімати більші корисні навантаження.
Тобто клиноповітряне сопло обіцяє ефективніші двигуни для ракет.
Клиноповітряне сопло покладається на тиск атмосферного повітря, а не на стінки дзвона, щоб контролювати вихлоп, що виходить із ракети. Завдяки цьому двигун здатний адаптуватися до зміни тиску повітря, яка відбувається при підйомі ракети із землі в космос.
Два типи двигунів аероспайк — тороїдальні та лінійні — відрізняються за формою (як випливає з назв), але принципово працюють однаково. NASA розглядало двигун з соплом аероспайк для космічного човника, перш ніж врешті-решт зупинити свій вибір на традиційному дзвоновому соплі. І компанія Lockheed Martin розробила спадкоємця космічного корабля «Спейс Шаттл» — космічний літак X-33 — з аерошиповими двигунами, хоча зрештою проект було скасовано.
Двигун LAS від Polaris літатиме в демонстраторі космічного літака та може забезпечити усі переваги рушійної сили двигунів з соплом аероспайк, а також краще підходить для плоского космічного літака, який легше уникає ударів задньою частиною об землю під час зльоту та посадки. Крім того, компанія вірить, що може подолати деякі проблеми дизайну двигуна, зокрема, охолодження, завдяки останнім досягненням у 3D-друку.
Лише час покаже, чи Polaris нарешті запустить аероспайк у космос чи проєкт стане ще однією невдалою спробою революціонізувати політ людини в космос.
За матеріалами: Popular Mechanics
