Приветствую вас!
Если вы когда-либо наблюдали запуск ракет в прямом эфире, вы, возможно, слышали фразу - "Началось охлаждение двигателей". Этот процесс является важной частью предстартовой подготовки ракеты к запуску. Так зачем же перед стартом охлаждают ракетные двигатели?
Запуск ракеты — это не простая, процедура. Поэтому перед стартом задействована целая последовательность действий. Часто можно услышать длинный список команд и различных проверок, а также их подтверждение, предшествующие запуску ракеты.
Это шаги, необходимо пройти, чтобы гарантировать, что все системы на борту ракеты-носителя готовы к старту. Сюда входит наддув и заправка топливных баков, различные предстартовые брифинги, переход ракеты на внутреннее питание и ряд других проверок.
Одной из таких процедур является охлаждение ракетных двигателей или предварительное охлаждение. Эта процедура является важной частью подготовки ракетных двигателей к поступлению в них топлива, перед его сгоранием.
Например, жидкий водород, используемый в ступенях многих ракет, необходимо охлаждать до температуры ниже -253° по Цельсию. Жидкий кислород - окислитель, используемый с большинством типов жидкого и криогенного топлива, необходимо охлаждать до -183° по Цельсию. Даже жидкий метан — топливо, которое используется в космической системе "Старшип" компании SpaceX, необходимо хранить при температуре ниже -162° по Цельсию, чтобы он оставался жидким.
Пока ракета находится на стартовой площадке, происходит ее заправка топливом перед стартом, при этом температура внутри ракетного двигателя соответствует температуре окружающего воздуха. Существуют две основные причины, по которым на этом этапе необходимо выполнить охлаждение двигателя:
- Предотвращение теплового удара
- Предотвращение испарения и образования пузырьков
Внезапное поступление переохлажденного криогенного топлива в двигатель при температуре окружающего его воздуха — очень плохая идея. Подобно тому, как если в горячий стакан налить ледяную воду, закачка криогенных жидкостей в относительно теплый двигатель может привести к так называемому тепловому удару.
Криогенное топливо может повредить материалы в «теплом двигателе», что может привести к трещинам в металле и стать причиной неправильной работы его систем, например турбонасосов.
Пропуская небольшое количество криогенного топлива через турбонасосы и другие системы двигателя перед запуском, приводит к тому, что материалы из которых они изготовлены начинают охлаждаться, что предотвращает любой тепловой удар и возможное последующее повреждение двигателя.
Другая опасность прокачки криогенного топлива через теплый ракетный двигатель заключается в том, что эти жидкости начнут нагреваться и испаряться. Это может привести к образованию небольших газовых пузырьков. Этот процесс, также известен как кавитация. Пузырьки газа могут серьезно нарушить поток топлива и помешать плавному и равномерному воспламенению в камере сгорания. Охлаждение двигателя перед запуском предотвращает или ограничивает возможность возникновения этого опасного явления.
Как же осуществляется охлаждение ракетного двигателя?
В зависимости от типа ракеты-носителя и ее ступени, охлаждение ракетных двигателей обычно начинается в период от нескольких минут до одного часа перед стартом.
В ракете Falcon-9 от компании SpaceX в качестве топлива используется жидкий керосин и жидкий кислород, при этом для охлаждения двигателей используется жидкий кислород. Примерно за 7 минут до старта открываются клапаны, позволяющие жидкому кислороду поступать в турбонасосы и другие части двигателя, требующие охлаждения.
Этот процесс продолжается примерно до 1 минуты 15 секунд перед старта. Датчики, размещенные в турбонасосах и в различных критических точках двигателя, тщательно отслеживают температуру, чтобы гарантировать достаточное охлаждение критических компонентов двигателя перед зажиганием.
Ракетный двигатель RS-25, который в настоящее время используются на ракете SLS НАСА, который работает на жидком водороде, используется для охлаждения двигателя, чтобы обеспечить работу с топливом находящимся при температуре -253° по Цельсию .
И так - хотя охлаждение ракетного двигателя входит в длинный список обычных предстартовых процедур, которые необходимо выполнить до того как ракета получит окончательное разрешение на старт, оно имеет решающее значение для обеспечения оптимальной и надежной работы ракетного двигателя.