Уже через несколько лет узнаваемый сегодня вид космических ракет может коренным образом измениться. У них может исчезнуть широкое сопло двигателя в нижней части. Вместо него будет острый конец конуса, являющийся характерной чертой перспективного двигателя Aerospike. Этот двигатель можно назвать неосязаемым: инженеры «гонялись» за ним в течение 70 лет и, похоже, поймали правильные параметры. Поэтому в ближайшее время двигатель с клиновоздушным соплом (aerospike) переходит к лётным испытаниям.
Будь то немецкая ракета V-2, легендарный Saturn V NASA или Falcon Heavy от SpaceX, все сегодняшние ракетные двигатели имеют общую черту: их выхлопные сопла имеют форму колоколов. Геометрия сопла в виде колокола имеет решающее значение, поскольку позволяет создать достаточную тягу, чтобы взлететь со стартовых площадок, преодолевая земную гравитацию.
Но геометрия сопла в виде колокола не всегда наилучшее решение. По крайней мере, с 1950-х годов инженеры задавались вопросом, может ли другая конструкция сопла, известная как аэроспайк, быть более эффективным способом отправки людей и грузов в космос.
Несмотря на то, что эта концепция сопла аэроспайк никогда не приводила в движение реальную ракету (хотя в 1990-х NASA запускало демонстратор на задней части SR-71), идея осталась очень устойчивой.
В последние годы, то есть почти через 70 лет после начала работ над аэроспайком очень многие аэрокосмические стартапы играли с идеей возродить aerospike. Последней из этих компаний является стартап Polaris, получивший в апреле военный контракт с Германией на исследование потенциала использования ракетного двигателя линейного аэроспайка (LAS) в демонстраторе космического самолета.
Итак, что именно делает двигатели с клиновоздушным соплом такими привлекательными, особенно после того, как сопло в виде колокола более чем доказало свою ценность на протяжении истории полетов человека в космос?
Ракетные двигатели полагаются на давление воздуха земной атмосферы, чтобы поднимать полезные грузы со стартовой площадки. На уровне моря давление воздуха сдерживает выходящие из сопла ракеты газы и чем больше высота, тем меньше это сдерживание. Поэтому у поверхности земли выхлоп ракеты имеет один вид, а на высоте – выхлоп значительно раздувается.
Колокольные сопла, в сущности, разработаны для эффективной работы на определенной высоте. Однако если бы сопло ракеты могло каким-то образом приспособиться к изменению давления при выходе из атмосферы, тогда оно было бы способно обеспечить большую эффективность двигателя, а ракета — поднимать большие полезные нагрузки.
То есть клиновоздушное сопло обещает более эффективные двигатели для ракет.
Клиновоздушное сопло полагается на давление атмосферного воздуха, а не на стенки колокола, чтобы контролировать выходящий из ракеты выхлоп. Благодаря этому двигатель способен адаптироваться к изменению давления воздуха, которое происходит при подъеме ракеты из земли в космос.
Два типа двигателей аэроспайк – тороидальные и линейные – отличаются по форме (как следует из названий), но принципиально работают одинаково. NASA рассматривало двигатель с соплом аэроспайк для космического челнока, прежде чем в конце концов остановить свой выбор на традиционном колокольном сопле. И компания Lockheed Martin разработала наследника космического корабля «Спейс Шаттл» — космический самолет X-33 — с аэрошиповыми двигателями, хотя проект был отменен.
Двигатель LAS от Polaris будет летать в демонстраторе космического самолета и может обеспечить все преимущества движущей силы двигателей с соплом аэроспайка, а также лучше подходит для плоского космического самолета, который легче избегает ударов задней частью о землю во время взлета и посадки. Кроме того, компания верит, что может преодолеть некоторые проблемы дизайна двигателя, в частности охлаждения, благодаря последним достижениям в 3D-печати.
Лишь время покажет, запустит ли Polaris аэроспайк в космос или проект станет еще одной неудачной попыткой революционизировать полет человека в космос.
По материалам: Popular Mechanics
