Будь то немецкая ракета V-2, легендарный Saturn V NASA или Falcon Heavy SpaceX, все ракетные двигатели имеют общую черту: их выхлопные сопла имеют форму колокола. Геометрия этого сопла имеет решающее значение, потому что без него ракеты не могли бы создать достаточную тягу, чтобы оторваться от стартовых площадок, не говоря уже о том, чтобы избежать земного притяжения. Но проверенный метод не всегда лучший.
По крайней мере, с 1950-х годов инженеры-ракетчики задавались вопросом, может ли другая конструкция сопла, известная как Aerospike (аэрошип), быть более эффективным способом отправки людей к звездам. Хотя эта концепция никогда не приводила в движение реальную ракету (хотя NASA запускало демонстрационный образец на борту SR-71 в 1990-х годах ), идея аэрошипа оставалась удивительно живычей. Спустя почти 70 лет после его первоначального создания многие аэрокосмические стартапы обдумывали идею возрождения аэрошипа. Последней из этих компаний является стартап Polaris, который в апреле получил немецкий военный контракт на исследование потенциала использования ракетного двигателя с линейным аэродинамическим шипом (LAS) в образце космического самолета.
Итак, что именно делает эти двигатели такими заманчивыми, особенно после того, как раструб более чем доказал свою ценность на протяжении всей истории пилотируемых космических полетов? Ракетные двигатели полагаются на давление воздуха, чтобы помочь поднять полезную нагрузку со стартовой площадки. На уровне моря давление воздуха давит на газы, выходящие из сопла ракеты, а сопла типа "колокол" в основном предназначены для эффективной работы на определенной высоте (например, ракета космического корабля Shuttle была более эффективной в космосе, чем на стартовой площадке). Однако, если бы сопло ракеты могло каким-то образом приспосабливаться к атмосферному давлению при выходе из атмосферы, тогда оно было бы способно поднимать более тяжелые грузы, уменьшать массу ракеты (за счет того, что они были бы одноступенчатым) и было бы в целом лучшим двигателем. Прекрасные свойства аэродинамического двигателя.
В аэродинамическом двигателе для управления выхлопом, выходящим из ракеты, используется само давление воздуха, а не стенки колпака. Это позволяет двигателю адаптироваться к переменному давлению воздуха. Два типа аэродинамических двигателей — тороидальный и линейный — различаются по форме (как следует из их названий), но принципиально работают одинаково. NASA рассматривало возможность использования аэродинамических двигателей для космического корабля Shuttle, прежде чем в конечном итоге остановило свой выбор на обычном колоколообразном сопле. А компания Lockheed Martin разработала преемника космического корабля Shuttle — космический самолет X-33 — с учетом аэродинамических двигателей, хотя в конечном итоге проект был свернут.
Двигатель Polaris LAS будет летать на демонстрационном космическом самолете и, в теории, обеспечит все преимущества двигателей с аэродинамическими шипами, а также будет лучше подходить для космического самолета плоской формы (т. е. избегать ударов хвостом во время взлета и посадки). Кроме того, компания считает, что может решить некоторые проблемы конструкции двигателя, в частности, как его охладить, с помощью последних достижений в области 3D-печати.
Только время покажет, отправит ли Polaris аэрошип в космос или это станет еще одной неудачной попыткой совершить революцию в пилотируемых космических полетах.
Читать TechDigest в Google
