Prezentarea unui demonstrator integrat de Powerhead de către un artist. Credit de imagine: NASA. Faceți clic pentru a mări.
Când vă gândiți la viitoarele tehnologii rachetă, vă gândiți probabil la propulsie ionică, motoare antimaterie și alte concepte exotice.
Nu asa de repede! Ultimul capitol din rachetele tradiționale pe bază de lichid nu a fost încă scris. Cercetările sunt în curs de derulare pentru o nouă generație de rachete cu lichid care ar putea dubla performanța față de proiectele de astăzi, îmbunătățind, de asemenea, fiabilitatea.
Rachete cu combustibil lichid sunt în jur de mult timp: Prima lansare pe bază de lichid a fost realizată în 1926 de Robert H. Goddard. Această rachetă simplă a produs aproximativ 20 de kilograme de tracțiune, suficient pentru a o transporta în aer aproximativ 40 de metri. De atunci, design-urile au devenit sofisticate și puternice. Cele trei motoare de la bord ale navetei spațiale, de exemplu, pot exercita mai mult de 1,5 milioane de kilograme de tracțiune combinată pe traseul Pământului.
S-ar putea presupune că, până acum, trebuie să fi fost realizate toate rafinările concepute în rachetele cu rachete cu lichid. Ați greșit. Se pare că există loc pentru îmbunătățiri.
Condusă de US Air Force, un grup format din NASA, Departamentul Apărării și mai mulți parteneri din industrie lucrează la proiectări mai bune ale motoarelor. Programul lor se numește Integrated High Payoff Rocket Propulsion Rocket Technologies și se uită la multe îmbunătățiri posibile. Una dintre cele mai promițătoare până în prezent este o nouă schemă pentru fluxul de combustibil:
Ideea de bază din spatele unei rachete cu combustibil lichid este destul de simplă. Un combustibil și un oxidant, ambele sub formă lichidă, sunt introduse într-o cameră de ardere și se aprind. De exemplu, navetă folosește hidrogen lichid ca combustibil și oxigen lichid ca oxidant. Gazele fierbinți produse de combustie scapă rapid prin duza în formă de con, producând astfel împingere.
Detaliile, desigur, sunt mult mai complicate. Pentru unul, atât combustibilul lichid, cât și oxidantul trebuie introduse în cameră foarte rapid și sub presiune mare. Principalele motoare ale navetei ar scurge o piscină plină de combustibil în doar 25 de secunde!
Acest torent de combustibil scurs este condus de o turbopompă. Pentru a alimenta turbopompa, o cantitate mică de combustibil este „preurnată”, generând astfel gaze calde care conduc turbopompa, care la rândul său pompează restul de combustibil în camera principală de ardere. Un proces similar este utilizat pentru a pompa oxidantul.
Rachete cu combustibil lichid de astăzi trimit doar o cantitate mică de combustibil și oxidant prin prebustere. Cea mai mare parte curge direct către camera principală de ardere, sărind preburnerele în întregime.
Una dintre numeroasele inovații testate de Forțele Aeriene și NASA este de a trimite tot combustibilul și oxidantul prin prebuzoarele respective. Doar o cantitate mică este consumată acolo - suficient pentru a rula turbo-urile; restul curge prin camera de ardere.
Acest design „ciclu etapizat cu flux complet” are un avantaj important: cu mai multă masă care trece prin turbina care conduce turbopompa, turbopompa este condusă mai greu, atingând astfel presiuni mai mari. Presiuni mai mari cu o performanță mai mare din rachetă.
Un astfel de design nu a fost niciodată folosit într-o rachetă cu combustibil lichid în Statele Unite înainte, potrivit Gary Genge de la Marshall Space Flight Center de la NASA. Genge este directorul adjunct al proiectului pentru demonstratorul integrat de teste (IPD) - un motor de testare pentru aceste concepte.
„Aceste modele pe care le explorăm ar putea spori performanța în multe feluri”, spune Genge. „Sperăm pentru o mai bună eficiență a combustibilului, un raport mai mare dintre forțe și greutate, o fiabilitate îmbunătățită - toate cu un cost mai mic.”
„Cu toate acestea, în această fază a proiectului, încercăm doar ca acest model de flux alternativ să funcționeze corect”, remarcă el.
Deja au atins un obiectiv esențial: un motor care funcționează mai tare. „Turboppele care utilizează modele de debit tradiționale se pot încălzi până la 1800 C”, spune Genge. Aceasta este o tensiune termică a motorului. Turbopompa cu „debit complet” este mai rece, deoarece cu o cantitate mai mare de masă prin ea se pot folosi temperaturi mai scăzute și obțin totuși performanțe bune. „Am scăzut temperatura cu câteva sute de grade”, spune el.
IPD este conceput doar ca un testbed pentru idei noi, remarcă Genge. Demonstratorul în sine nu va zbura niciodată în spațiu. Dar, dacă proiectul va avea succes, unele dintre îmbunătățirile IPD și-ar putea găsi drum în vehiculele de lansare ale viitorului.
La aproape o sută de ani și mii de lansări după Goddard, cele mai bune rachete cu combustibil lichid ar putea să vină.
Sursa originală: articolul științei NASA
