Umjetnički prikaz integriranog demonstratora Powerhead-a. Kreditna slika: NASA. Klikni za veću sliku
Kada razmišljate o budućoj raketnoj tehnologiji, vjerojatno mislite na ionski pogon, antimaterijske motore i druge egzotične koncepte.
Ne tako brzo! Završno poglavlje u tradicionalnim raketama na tekuće gorivo tek treba biti napisano. U tijeku je istraživanje nove konstrukcije raketa na tekuće gorivo koje bi mogle udvostručiti performanse u odnosu na današnji dizajn, a istovremeno poboljšati pouzdanost.
Rakete na tekuće gorivo već su dugo prisutne: prvo lansiranje na tekući pogon izvršio je 1926. Robert H. Goddard. Ta jednostavna raketa proizvela je približno 20 kilograma potiska, dovoljno da je nosi oko 40 stopa u zrak. Od tada su dizajni postali sofisticirani i snažni. Na primjer, tri brodska motora s tekućim gorivom, mogu imati više od 1,5 milijuna funti kombiniranog potiska na putu do Zemljine orbite.
Moglo bi se pretpostaviti da su do sad već napravljena sva zamisliva poboljšanja u dizajnu raketa s tekućim gorivom. Bili ste u krivu Ispada da ima prostora za napredak.
Na čelu sa zračnim snagama SAD-a, grupa koja se sastoji od NASA-e, Ministarstva obrane i nekoliko industrijskih partnera rade na boljem dizajnu motora. Njihov se program zove Integrirane raketne tehnologije s visokom otplatom i traže mnoga moguća poboljšanja. Jedan od najperspektivnijih do sada je nova shema za protok goriva:
Osnovna ideja iza rakete na tekuće gorivo prilično je jednostavna. Gorivo i oksidant, u tekućem obliku, dovode se u komoru za izgaranje i zapale. Na primjer, šatl koristi tekući vodik kao gorivo, a tekući kisik kao oksidant. Vrući plinovi nastali izgaranjem brzo izlaze kroz stožčastu mlaznicu, stvarajući potisak.
Pojedinosti su, naravno, mnogo složenije. Prvo, i tekuće gorivo i oksidator moraju se dovoditi u komoru vrlo brzo i pod velikim pritiskom. Glavni motori šatla ispraznili bi bazen pun goriva u samo 25 sekundi!
Ova bujna bujica goriva pokreće turbo-pumpa. Za napajanje turbo-pumpe mala količina goriva se „pregori“, stvarajući tako vruće plinove koji pokreću turbopumpu, a koji zaostali dio goriva pumpa u glavnu komoru za izgaranje. Sličan postupak koristi se za pumpanje oksidansa.
Današnje rakete sa tekućim gorivom šalju samo malu količinu goriva i oksidansa kroz predgorjele. Glavnina se odvodi izravno u glavnu komoru za izgaranje, preskačući pretvarače u cijelosti.
Jedna od mnogih inovacija koje testiraju Ratno zrakoplovstvo i NASA je slanje cjelokupnog goriva i oksidanta preko svojih predzidača. Tamo se konzumira samo mala količina - tek toliko da pokrene turbo; ostatak teče kroz komoru za izgaranje.
Ova konstrukcija s etapnim ciklusom s punim protokom ima važnu prednost: s većom masom koja prolazi kroz turbinu koja pokreće turbopumpu, turbopumpa se pokreće teže, postižući i veći pritisak. Veći pritisci jednaki su većim performansama rakete.
Takav dizajn nikada ranije nije korišten u raketama na tekuće gorivo u SAD-u, izjavio je Gary Genge iz NASA-inog svemirskog leta Marshall Space. Genge je zamjenik voditelja projekta za integrirani demonstrator napajanja (IPD) - testni motor za ove koncepte.
"Ovi dizajni koje istražujemo mogli bi poboljšati performanse na više načina", kaže Genge. "Nadamo se boljoj potrošnji goriva, većem omjeru potiska i težine, poboljšanoj pouzdanosti - i sve s nižim troškovima."
"Međutim, u ovoj fazi projekta pokušavamo ispravno raditi ovaj alternativni obrazac protoka", napominje.
Već su postigli jedan ključni cilj: motor s hladnijim motorom. "Turbopumpe koje koriste tradicionalne uzorke mogu se zagrijati do 1800 C", kaže Genge. To je puno toplinskog naprezanja na motoru. Turbopumpa s „punim protokom“ je hladnija, jer s većom masom koja prolazi kroz nju mogu se koristiti niže temperature i postići dobre performanse. "Snižili smo temperaturu za nekoliko stotina stupnjeva", kaže on.
IPD je zamišljen samo kao testni test za nove ideje, napominje Genge. Sam demonstrant nikada neće letjeti u svemir. Ali ako projekt bude uspješan, neka poboljšanja IPD-a mogla bi se naći u pokretačima budućnosti.
Skoro stotinu godina i tisuće lansiranja nakon Goddarda, možda su još najbolje dolaze rakete na tekuće gorivo.
Izvorni izvor: NASA Science Article
