Когда ракета-носитель расходует топливо, ее топливные баки становятся больше не нужны: они превращаются в мертвый груз. Кроме того, теряя топливный бак, теряются еще десятки миллионов долларов — стоимость двигателей, использующихся на ступени. «Ракеты‐самопожиратели», которые сжигали бы свои баки в качестве горючего, не только разрешили бы проблему мусора, но и сэкономили бы заказчикам огромные деньги. Группа инженеров из Великобритании впервые построила прототип ракетного двигателя, «питающегося» частями ракеты.
Испытание прототипа ракетного «двигателя-самопожирателя» / © Krzysztof Bzdyk
Топливные баки носителя — самая длинная его часть, они занимают больше 50 процентов длины ракеты и без них невозможен вывод в космос полезной нагрузки. Но масса самих баков — «мертвый груз», ее нельзя использовать для разгона. Поэтому она снижает эффективность ракеты-носителя, а также добавляет проблему космического мусора: чаще всего топливные баки одноразовые и сбрасываются после отработки топлива.
Но если бы ракета использовала свои уже ненужные части в качестве топлива, носитель мог бы доставлять на орбиту еще больше важных грузов. Для «ракет‐самопожирателей» требовалось бы куда меньше горючего, и, следовательно, объем их баков был бы совсем иным.
Концепцию носителя, который «питается» своими же частями, впервые запатентовали в 1938 году, но его прототип так и остался на бумаге. В середине XX века подобную разработку было сложно реализовать с помощью тяжелых ракет, которые в то время осуществляли большинство космических запусков. Однако в наши дни, когда популярными становятся небольшие легкие ракеты, доставляющие на орбиту малые спутники, эту идею можно попытаться воплотить в жизнь.
Кшиштоф Бздык (Krzysztof Bzdyk) из Университета Глазго (Великобритания) и его коллеги создали небольшой прототип ракетного двигателя, «пожирающего» собственный топливный бак. Хотя прототип недостаточно мощный, чтобы поднять ракету с грузом, он все же хорошо показывает, что такая концепция работает.
Исследователи показали разработку 10 января на научном форуме Американского института аэронавтики и астронавтики (American Institute of Aeronautics and Astronautics SciTech Forum) во Флориде. Двигатель назвали «Уроборос-3» (Ouroborous-3), в честь одного из древнейших символов — свернувшейся в кольцо змеи, кусающей себя за хвост.
Прототип состоит из двигателя, топливной пары пропан-кислород, а также пластиковой трубы, внутри которой хранится горючее, откуда затем оно попадает в двигатель. Когда топливо заканчивается, двигатель начинает «питаться» трубой, обеспечивающей до одной пятой от общего количества горючего. В результате возникает тяга примерно 100 ньютон — всего в четыре раза больше, чем требуется приложить усилий, чтобы раздавить яйцо.
Сейчас команда работает над созданием более крупного прототипа, который сможет обеспечить тягу около 1000 ньютон, что составляет одну шестую от необходимой для обеспечения им суборбитального полета (особо легкой ракеты) и примерно одну двадцатую для полета на орбиту.
Исследователи подчеркнули, что «двигатели-самопожиратели» могут не только повысить эффективность космических запусков, но и помочь решить проблему космического мусора, угрожающего спутникам и МКС. Если отработанные топливные баки, которые обычно сбрасываются в атмосферу или остаются на орбите захоронения, будут использоваться в качестве топлива, это может стать небольшим, но очень важным шагом к решению проблемы космического мусора.
Комментарии
Еще один конкурент Маску)
"В результате возникает тяга примерно 100 ньютон — всего в четыре раза больше, чем требуется, чтобы разбить яйцо. В среднем для раздавливания скорлупы куриных яиц необходимо приложить усилие 40-52 ньютона."
Странная математика
Пластиковый баллон для бытового газа (пропан-бутан) значительно дороже стального. Да ещë надо как то пластик сжечь в двигателе, о чëм в статье ни слова не сказано.
Как же их будут материть балистики и ребята рассчитывающие колебательные процессы. Колеблющийся объект переменной длинны
Даниил Белоногов, если медленно, или достаточно равномерно, то колебательные процессы можно и нивелировать. Другое дело, что эффективность такого горючего непонятно из чего, плюс механизм измельчения, подачи, и прочая тоже нивелируют выигрыш от задумки. Не думаю, что за этим большое промышленное будущее. Проще поднять характеристики двигателя и ракеты в целом. Тем более речь о сверхлёгких носителях, их высоты орбит невелики, всё низкие; а ступени спокойно тормозятся в атмосфере и сгорают, не создавая проблем.
По поводу баллистики вопрос к самому подходу: такая тяга достаточна для суборбиты, а бОльшая - для орбиты. Это реально смешно. Суборбита превратится в орбиту не величиной тяги, а временем её действия. Любая тяга хороша, вопрос лишь обеспечения конечной скорости; а какой тягой она достигается — это лишь выбор баллистиков и конструкторов. По такой формулировке видно, что ребята не от практических полётов :))
Из летающих к такому ближе всего твердотопливные двигатели - они по сути свои стенки сжигают в процессе работы. Или как у космоплана Берта Рутана "полутвердотопливный" двигатель с подачей окислителя. Или шуточный engine-rich mode у Маска, когда на тестах двигатели горели в избытке кислорода при неполадках с подачей керосина.
О, как. Зуммеры изобрели твëрдотельный ускоритель.
Philip Oleynik, вот только это не ТТРД. Там суть другая, вы невнимательно прочитали. В ТТРД сжигается твердое топливо, и газы через каналы выходят и идут в сопло.
Тут же именно, что жрд. Только странный.
Не уверен, что это будет использоваться, мне не очевидны преимущества сжигания топливного бака после израсходования жидких компонентов. Почему просто не отстрелить с помощью пироболтов? Конструкция проще гораздо и используется везде и всегда буквально. А тут еще и думать, как сжечь стенки ступени. Вот как это направить в камеру сгорания?
Даниил Куденко, если честно, даже вчитываться не стал, т.к. идея сразу звучала сомнительно. Примерно как с "изобретением" очередного работающего термоядерного реактора с выходом энергии выше затраченного.
Philip Oleynik, Ну, блин, тогда я не пойму, нафига вы вообще написали про ТТРД. Ну, блин, очевидно, что никто не подаст ТТРД, как изобретение, таким двигателям уже много лет.
Это не ТТРД. Проект интересный (ну, тем, что совсем не типичный), но очень уж странный.