Недавно мы писали о достаточно интересном носителе Electron, особенностью которого является "электрический" ракетный двигатель Rutherford
Читателю было интересно, но многие не поверили, что в двигателе ракеты могут на полном серьезе использоваться батарейки. Сегодня мы разберемся как работает эта схема, в чем заключены его минусы и из чего исходят плюсы.
В отличие от твердотопливных ракет, купить которую вы можете в киоске с пиротехникой за 100 рублей, ракеты на жидком топливе несколько сложнее.
Наиболее распространенная схема использующая в качестве топливной пары кислород и керосин. Разумеется смесь не может поступать в камеру сгорания самотеком и для того, чтобы двигатель создавал реактивную тягу необходимо, чтобы компоненты прокачивались в форсуночную головку, а далее в камеру сгорания под очень большим давлением.
Почти 80 лет с момента полета Фау-2 с этой задачей задачей справляется специальная турбина (турбонасосный агрегат). Само устройство отличается сложность в изготовлении, большой массой и повышенными требованиями к надежности и прочности материалов.
Но, что может его заменить в ракетном двигателе?
С самого своего основания, Rocket Lab поставила своей целью строить максимально простые и дешевые ракеты. Первой инновацией стал отказ от турбонасосный и замена его парой вентильных электродвигателей, питающихся от литий-полимерного источника питания.
Каждый из двух маленьких, размером с кружку из под вашего утреннего кофе, электродвигателей выдает аж 47 л.с. (35 кВт) и раскручивается до 40 000 оборотов в минуту, обеспечивая давление в камере сгорания до 20 МПа, что равно 203.943243 кг на квадратный сантиметр.
Один электродвигатель отвечает за перекачку в камеру сгорания окислителя, второй за подачу топлива. Эта схема позволяет обеспечить тонкую регулировку состава топлива, а также обеспечивает широкий диапазон дросселирования ракетного двигателя.
Наблюдательный читатель конечно же вспомнит, что мощные электродвигатели требуют мощных и тяжелых аккумуляторов и будет абсолютно прав.
Большой вес источников питания не позволяет масштабировать такую "электрификацию" на тяжелые ракеты, ведь там мощность движков превышает мощность средней электростанции, однако вполне оправдан на небольших носителях.
По сути, электродвигатели нужны не для того, чтобы снизить массу, такая схема как раз весит больше традиционной, но она нужна для того, чтобы обеспечить простоту изготовления двигателя. В самой компании заявляют, что производство компонентов одного движка занимает не более 24 часов. Рекорд.
Однако замена турбины на электродвигатель это лишь малая толика инноваций. Главной изюминкой является изготовление всех главных деталей двигателя методом 3D печати. Камера сгорания, форсуночная головка, трубопроводы, насосы- все это изготавливается на 3D принтере.
Для печати используются особые жаропрочные инконель – никель-хромовый сплавы.
Удельный импульс двигателя держится в районе ~300 секунд, тяга на уровне моря 18 кН, за пределами атмосферы 21 кН. За одну секунду работы двигатель сжигает 7 кг топлива.
Окажется ли эта схема перспективной, покажет лишь время, а мы отдаем должное инженерам и организаторам, которые не боятся экспериментировать и пробовать новое.
Что почитать:
Дорогие друзья, нам очень важна ваша поддержка- подписывайтесь на канал, ставьте палец вверх. Вам не сложно, а нам приятно
