Предыдущая Часть 4.1
Маломощные "водородники" с вакуумным запуском успешно используются уже много десятков лет, и указанные "прелести" успешно преодолели. Как им это удалось и можно ли это масштабировать на большие мощности?
Начнем с долгожителя RL-10
"Американец". "Безгенераторная" схема:
Жидкий водород из баков под давлением наддува через насосы (захолаживая их) поступает в систему охлаждения КС и сопла. За счет теплоёмкости КС и сопла испаряется. Скрытая теплота парообразования водорода не такая уж маленькая - 450 кДж/кг (у воды, для сравнения 2260 кДж/кг - всего в пять раз больше), но плотность водорода 70 г/л (70 кг/м3) в жидком виде, и 90 г/м3 в газообразном при нормальных условиях, что дает достаточный объем газа для раскрутки турбины и создания насосами нужного давления.
Водород поступает в КС, проходит местное сопротивление - критическое сечение (то самое сужение, что и на нашей схеме - оно позволяет создать некоторое давление в КС) и выбрасывается через сопло наружу.
Подача кислорода и воспламенение смеси в КС (объем - "средний") дает скачек давления, который передается на подводящие трубопроводы. Но насосы уже работают и скачек давления далее, в баки топлива не передается.
Увеличение размера двигателя по данной схеме ограничено тем же кубом-квадратом: увеличение площади поверхности нагрева КС и сопла растет в квадрате, а количество топлива, которое нужно испарять - в кубе. На большой двигатель тепла просто не хватает.
Далее - HM-7, двигатель европейского космического агентства.
Открытая газогенераторная схема. Пиротехническая система запуска (зажигания в газогенераторе и КС) и раскрутки турбины.
Примерная схема:
Стартовое топливо (видимо твердое, что то вроде пороховой шашки - но это не точно, подробностей про этот двигатель не очень много) сгорая, дает большое количество газов, которыми раскручивают турбину и насосы, создавая необходимое давление. Эти же газы воспламеняют топливо в газогенераторе. В КС своя пиротехническая система запуска.
Развитие данной схемы планировалось в двигателе НМ-60. Анализ и требования - в 1978 году, начало работ - 1981 году. Разработчики были настолько уверены в успехе, что в книге от 1987 года, и в её переводе на русский с авторским предисловием в 1989 году
данный двигатель указывается как реально существующий
Причем, анализировались различные схемы - такие как у RS-25, как у J-2. И на самый крайний случай, если не поучится - оставить схему НМ-7 и ограничить тягу в 60 тс (или даже в 50 тс).
Но... не получилось. Вместо этого - Вулкан-1, а потом и Вулкан-2 с запуском у земли.
Что помешало? Подробностей мало, но могу предположить: размер имеет значение. Пиротехнический запуск - очень быстрый запуск. Для насосов нужно время для захолаживания. И то, что хватает для семитонника, слишком мало для двигателя и ТНА на порядок большей тяги. Пиротехника дает отложения твердых веществ (нагар). На быстровращающемся агрегате - турбине. Чем дольше время запуска - тем больше отложения. Чем больше диаметр турбины - тем больше влияние отложений на ухудшение газодинамики и разбалансировку агрегата.
Но весь этот опыт не пропал даром, да и мощный "водородник" с вакуумным запуском - слишком лакомый кусочек. И европейское космическое агентство разработало и запустили "Vinci" на 18 тс с "регенеративным" циклом.
То же, что у RL-10, но с некоторыми отличиями.
Следующий - LE-5, японский двигатель
Двигатель имеет газогенераторную открытую схему, но предварительную раскрутку турбин и создание давления топлива, и запуск КС осуществляется испарительным (как у RL-10) циклом, используя на это 25% горючего, сбрасывая его без использования для создания тяги. После запуска - переход на обычный газогенераторный режим.
Последующие модификации этого двигателя совсем отказались от газогенератора, если верить Вики
Можно ли по подобной схеме (вначале безгенераторный запуск, а затем переход на газогенератор) запустить более мощный "водородник"? Наверное, теоретически, можно. Но судя по тому, что никто подобного не сделал до сих пор - а так же то, что на LE-6 от этой схемы отказались - там наличествуют некие "подводные камни".
Продолжение - часть 4.3