A művész rendezvénye az integrált Powerhead Demonstratorról. Kép jóváírása: NASA. Kattints a kinagyításhoz.
Amikor a jövőbeli rakéta-technológiára gondol, valószínűleg az ionmeghajtásra, az antianyag-motorokra és más egzotikus koncepciókra gondol.
Nem olyan gyorsan! A hagyományos folyadéküzemű rakéták utolsó fejezetét még meg kell írni. Folytatódik a folyadéküzemű rakétatervek új generációjának kutatása, amely megkétszerezheti a teljesítményt a mai tervekhez képest, miközben javítja a megbízhatóságot.
A folyékony tüzelésű rakéták már hosszú ideje léteznek: Az első folyadék hajtású rakétát 1926-ban Robert H. Goddard végezte. Ez az egyszerű rakéta körülbelül 20 font tolóerőt hozott létre, ami ahhoz, hogy kb. Azóta a tervek kifinomultabbá és erőteljesebbé váltak. Például az űrrepülőgép három folyadéküzemű fedélzeti motorja több mint 1,5 millió font kombinált tolóerőt képes kifejteni a Föld pályájára.
Feltételezheti, hogy mára a folyékony üzemű rakétatervezetekben minden elképzelhető finomításra sor került. Tévednél. Kiderült, hogy van még fejlesztési lehetőség.
Az amerikai légierő vezetésével, egy olyan csoportból, amely a NASA-ból, a Védelmi Minisztériumból és több ipari partnerből áll, jobb motortervezésen dolgozik. Programjukat Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technologies néven hívják fel, és sok lehetséges fejlesztést keresnek. Az egyik legígéretesebb eddig egy új üzemanyagáram-rendszer:
A folyékony üzemű rakéta alapvető ötlete meglehetősen egyszerű. Az üzemanyagot és az oxidátort, mind folyékony formában, az égési kamrába vezetik és meggyújtják. Például a shuttle folyékony hidrogént használ fel tüzelőanyagként és folyékony oxigént az oxidálószerként. Az égés során keletkező forró gázok a kúp alakú fúvókán keresztül gyorsan kiszivárognak, ezáltal tolóerőt eredményeznek.
A részletek természetesen sokkal összetettebbek. Egyrészt mind a folyékony tüzelőanyagot, mind az oxidátort nagyon gyorsan és nagy nyomás alatt kell bevezetni a kamrába. A shuttle fő motorjai csak 25 másodperc alatt engednék el az üzemanyaggal megtelt medencét!
Ezt a tüzelőanyag-öblítő torrent turbószivattyú hajtja meg. A turbószivattyú táplálásához kis mennyiségű tüzelőanyagot „előégetnek”, így forró gázokat generálva, amelyek meghajtják a turbószivattyút, amely viszont a többi tüzelőanyagot pumpálja a fő égési kamrába. Hasonló eljárást alkalmaznak az oxidálószer szivattyúzására.
A mai folyékony tüzelésű rakéták csak kis mennyiségű üzemanyagot és oxidálószert szállítanak az előégetőkön keresztül. Az ömlesztett anyag közvetlenül a fő égési kamrába áramlik, az előégetőket teljesen kihagyva.
Az egyik a Légierő és a NASA által kipróbált újítás közül az összes tüzelőanyag és oxidálószer eljuttatása a megfelelő előégetőjükön keresztül. Csak egy kis mennyiséget fogyasztanak ott - elegendő a turbók futtatásához; a maradék az égési kamrába áramlik.
Ennek a „teljes áramlású szakaszos ciklusú” konstrukciónak fontos előnye van: ha több tömeg halad át a turbószivattyút meghajtó turbinán, akkor a turbószivattyút nehezebben hajtják meg, így magasabb nyomást érnek el. A magasabb nyomások ugyanolyan nagyobb teljesítményt mutatnak, mint a rakéta.
Gary Genge szerint a NASA Marshall űrrepülési központjában ilyen konstrukciót soha nem használták az USA-ban folyékony üzemű rakétákban. Genge az integrált Powerhead Demonstrator (IPD) projektmenedzser-helyettese - ezeknek a koncepcióknak a tesztmotorja.
"Ezek a minták, amelyeket vizsgálunk, sok szempontból javíthatják a teljesítményt" - mondja Genge. "Reméljük a jobb üzemanyag-hatékonyságot, a nagyobb tolóerő-súly arányt, a jobb megbízhatóságot - mindezt olcsóbban."
"A projekt ezen szakaszában azonban csak azt próbáljuk elérni, hogy ez az alternatív áramlási minta megfelelően működjön" - jegyzi meg.
Már elérték egy kulcsfontosságú célt: egy hűvösebben működő motort. „A hagyományos áramlási mintákat használó turbószivattyúk 1800 ° C-ra meleghetnek fel” - mondja Genge. Ez nagyon sok hőterhelést jelent a motoron. A „teljes áramlású” turbószivattyú hűvösebb, mert ha nagyobb tömeg halad rajta, alacsonyabb hőmérsékletek alkalmazhatók, és mégis elérik a jó teljesítményt. "Több száz fokkal csökkentettük a hőmérsékletet" - mondja.
Az IPD-t csak új ötletek próbatáblájának szánták, jegyzi meg Genge. Maga a demonstrátor soha nem fog repülni az űrbe. De ha a projekt sikeres, az IPD néhány fejlesztése megtalálhatja a jövő hordozórakétáit.
Majdnem száz év és ezer indítás indul Goddard után, a legjobb folyékony üzemű rakéták még várhatók.
Eredeti forrás: a NASA tudományos cikke
