- Часть 4
Почти полгода прошло с тех пор, как Еськов, автор канала Тепло Твердого Топлива (ТТТ) впервые попытался объяснить себе и людям безумную теорию о том, почему американцы не слетали на Луну невозможно запустить в вакууме мощный водородник. Первая попытка оказалась разочаровывающей, но Еськов не отступил. Правда, новый заход оказался столь длинным и витиеватым, что он разбил его на шесть (!) частей. К сожалению, содержательная сторона вышла на редкость бессодержательной куцей, но таков уж фирменный стиль Еськова: заведение рака за камень обставляется немыслимым количеством стороннего текста, цитат, картинок и рассужданций, не имеющих к теме почти никакого отношения. Но мы продрались сквозь нагромождения текста, чтобы выцепить суть; и теперь мы пересказываем её здесь.
1. Большой костёр — большая зажигалка
К этому можно свести главную идею Еськова в первой части четвёртой части. Оказывается, большой водородник в вакууме невозможно запустить потому, что 1) для этого требуется большая зажигалка; 2) в вакууме к зажигалке нужно подводить больше топлива.
Пункт (1) этого списка Еськов иллюстрирует снимком вспышки газа в пробирке и снимком последствий взрыва бытового газа в доме. Вероятно, он совершенно забыл, что для подрыва бытового газа в квартире нужна точно такая же зажигалка, как для поджига газа в пробирке. Так и запальное устройство большого и малого двигателя имеют сопоставимые размеры. Пункт же (2) ещё раз наглядно показывает, что Еськов ни yxa ни pылa совершенно не понимает, как происходит запуск водородного двигателя. Ему, очевидно, кажется, что в большой двигатель закачивают много-много кислородно-водородной смеси, а потом поджигают, и оно ка-ак бабахнет! А в воздухе вроде как можно запустить не так много смеси, и оно не бабахнет.
Но увы, всё обстоит ровным счётом наоборот. Прежде, чем запустить водородник в воздухе, в него запускают много-много водорода! И этот водород сразу начинает бешеными темпами испаряться, потому как, несмотря на захолаживание, температура камеры сгорания (КС) намного выше температуры кипения водорода. Например, запуск SSME, маршевого двигателя «Шаттла» (известного также как RS-25), начинают с того, что главный клапан водорода полностью открывают меньше чем за секунду, и водород самотёком устремляется из бака по магистралям вниз, в КС! И сразу подаётся напряжение на запальник.
Разумеется, давление паров водорода в КС моментально превышает атмосферное давление, так что воздух просто выносит из двигателя этим потоком! В этих условиях и происходит зажигание: никакого воздуха в двигателе при зажигании нет. Запускать двигатель иным образом (например, медленно подавая водород в заполненную воздухом КС) небезопасно: влага воздуха тут же превратится в лёд и осядет на внутренних поверхностях, куски льда могут повредить двигатель или заблокировать магистрали. А обнаружить сбои, вызванные льдом, очень непросто: лёд быстро тает, уничтожая улики. (Для двигателя «Шаттла» есть ещё одна причина такого запуска, но о ней ниже.) Почему же при запуске двигателя не происходит хлопка бaвoвны бабаха? Да потому что кислород, в отличие от водорода, во время запуска подают в камеру поначалу очень медленно (см. график выше; причём основная часть кислорода сперва направляется в окислительный газогенератор и даже не попадает в камеру). Достаточно кислорода подаётся только на запальник, чтобы возникло зажигание в нём самом. Постепенно концентрация кислорода около инжектора (форсуночной головки) увеличивается, и водород загорается сначала вблизи него (запальник расположен прямо в центре инжектора). Затем фронт горения распространяется на всю камеру по мере роста концентрации всё дальше от инжектора. И никакого бабаха.
Но что же с запуском водородника в вакууме? В вакууме, разумеется, всё то же самое, кроме одного: начальное давление в КС равно нулю, поэтому давление водорода, заполняющего камеру после открытия клапана, может быть меньше, чем при запуске в атмосфере. Впрочем, это не имеет значения: проблема бабаха в камере, выдуманная Еськовым, не существует ни в каком случае. Ведь в момент зажигания вблизи инжектора в камере нечему бабахать: водород без кислорода не горит.
Но допустим на секунду, что проблема действительно существовала бы. Помешала бы она запустить двигатель в полёте? Ну конечно же нет! Потому что решить эту проблему можно было бы несколькими способами, каждый из которых тривиален. Самое простое — можно было бы перекрыть критическое сечение сопла (а также выпускные патрубки турбин) тонкой разрывной мембраной или вышибным диском, которые удерживали бы атмосферные газы внутри двигателя и разрывались/вылетали бы при повышении давления. Другой вариант — наддув полостей нейтральным газом непосредственно перед запуском. Двигатель J-2 (который сжигает около 250 кг топлива в секунду при давлении в КС около 50 атм) за несколько секунд перед зажиганием израсходовал бы всего лишь пару десятков килограммов газа наддува при давлении в 1 атм. Полный расход газа составил бы пару процентов от массы топливного резерва ступени (несколько тонн в каждой из верхних ступеней), что никак не могло поставить выполнение миссии под угрозу.
По сути, на этом и заканчиваются попытки Еськова объяснить основы своей теории о невозможности запустить мощный водородник в полёте. Но он почему-то считает нужным написать ещё целых пять частей. Очевидно, чтобы показать как можно больше вещей, которые он не знает, не понимает и в которых не споосбен разобраться. Конспирологи такие конспирологи.
2. Подводные камни невежества
К этому сводится содержание второй части четвёртой части. В ней, собственно, нет ничего, кроме краткого описания нескольких двигателей, о которых Еськов всё равно ничего не знает. Мы так и не смогли понять авторский замысел — зачем, собственно, он написал всё это? Часть заканчивается тем, как Еськов открывает для себя безгенераторный запуск у небольшого японского LE-5, сам себе задаёт риторический вопрос «а можно ли так сделать на большом двигателе» и сам себе находит подводные камни:
Конечно же, никто подобного не сделал и «Спейс-Шаттл» в космос не летал. Но именно такая схема запуска и реализована на SSME! Его турбины раскручиваются тем самым газообразным водородом, который стремительным домкратом проливается при запуске в КС и там испаряется. Отличие от LE-5 лишь в том, что в последнем используется водород из рубашки контура охлаждения. Однако принцип общий. В литературе этот метод называется tank-head start или bootstrap. И да, SSME — это мощный водородник. Намного мощнее и LE-5, и J-2.
3. Одному тебе я верю, отыщи мою потерю
В третьей части четвёртой части Еськов изъясняется в любви к известной книге Шунейко — мол, все источники сведений об «Аполлоне» могут быть подделаны, и лишь Шунейко, изданный в бумажном виде, настоящий. Похоже, все остальные источники предлагается считать ненастоящими (не уверен, делается ли исключение для первоисточников самого Шунейко: как-никак, книга Шунейко — реферативное издание, чуть более чем полностью основанное на американской переводной литературе).
И вот в процессе невдумчивого чтения Шунейко узнаёт Еськов, что на второй ступени «Сатурна-5» при старте двигателей и для продувки теплоизоляции используется гелий. Далее почти вся статья состоит из цитат и картинок из оного Шунейко: Еськов ищет гелий. Поиск гелия перетекает в следующую, четвёртую, статью, но и там Еськов гелия не находит. Мы поможем найти гелий по книге Шунейко. Держите, Еськов, гелий — прямо из первой главы:
Такое расположение гелиевого бачка позволяет снижать давление газа в нём (благодаря более низкой температуре и внешнему давлению сжатого водорода) и тем самым облегчать гелиевый бачок. А вот для продувки теплоизоляции гелий берётся из наземной магистрали, так как продувка проводится только на земле. В более поздних экземплярах ракеты теплоизоляция была изменена, и продувка была вовсе исключена. Но этого Еськов, конечно, узнать так и не смог.
Чтобы показать всем, что он вдобавок к неумению искать он ещё и не умеет считать, Еськов решил выяснить, какое давление создадут в КС насосы, приводимые в движение энергией сжатого водорода из пускового бачка:
Нет, эта мощность не идёт на создание давления в КС. Пусковой привод предназначен вовсе не для этого. Он требуется, чтобы раскрутить насосы и доставить топливо в газогенераторы. Нужное давление в камере будет создано, когда турбины будут приводиться в действие самими газогенераторами.
Чего ещё не смог узнать Еськов? Он так и не сумел найти у Шунейко захолаживание двигателей. Точнее, нашёл, но как-то не так:
То есть какого либо захолаживания насосов заранее - нет.
...
Еще раз упоминается, что запуск двигателей второй ступени - после разделения, то есть никакого предварительного захолаживания.
И вдруг:
А вот и захолаживание. Целых пять минут и специальная система прокачки компонентов. Но на третьей ступени. А на второй - ничего подобного не указано.
...
Появились дополнительные цифры. Захолаживание второй ступени - 1 с, а третьей - 3 с.
Так нет на второй ступени захолаживания или есть, но одна секунда? А на третьей — оно длится 5 минут или 3 секунды? Похоже, Еськов основательно запутался.
Но мы поможем ему, конечно. Ведь конспиролог перепутал (да как такое может быть?) захолаживание насосов и захолаживание камеры сгорания и сопла. Первое производится по многу минут путём рециркуляции водорода через полости насосов, и мы уже раньше нашли его для нашего неудачливого разоблачителя в книге того же Шунейко. Второе производится путём продувки КС и сопла водородом непосредственно в процессе запуска двигателя. В том числе и поэтому запуск водородника производится путём быстрого и полного открытия главного клапана. Двигатели второй ступени продуваются 1 секунду — этого достаточно, так как они расположены тесно друг к другу в замкнутом пространстве переходника и поддерживают низкую температуру друг друга. Двигатель третьей ступени продувается 3 секунды при первом запуске (он в переходнике один, так что там теплее) и 8 секунд при втором (после пары часов на низкой околоземной орбите двигатель прогревается Солнцем и требует больше времени на захолаживание).
4. Знать не знаю, понимать не понимаю, найти не найду
Четвёртая часть четвёртой части мало отличается от третьей. Еськов по-прежнему пытается что-то узнать о ракетных двигателях и рассказать другим о своей дороге к знанию, но терпит фиаско на всех фронтах. Он по-прежнему не понимает разницы между захолаживанием насосов и захолаживанием камеры сгорания:
Захолаживание насосов водорода. Как правило - несколько секунд. Чем больше двигатель (и больше насос) тем дольше захолаживание. У J-2 на второй ступени, по имеющейся информации - всего одна секунда. Для такого размера двигателя это весьма мало.
Нет, дарагой, не несколько секунд, а несколько минут. Да, дарагой, секунда — это для насосов мало, нужно много минут. Вот для КС это самый раз.
Затем Еськов переходит к продувке магистралей гелием:
При запуске у земли, где любую свободную полость заполняет воздух, а воздух в смеси с водородом образует взрывоопасную смесь, продувка всех полостей гелием - обязательна. Из за наличия атмосферы (противодавление) количество гелия на эти цели - сравнительно немного. В вакууме, если подать гелий в какую то полость - вакуум тут же его "вытащит". Как сделал это с воздухом или любым иным газом, находящимся в полостях. То есть с одной стороны, продувать гелием в вакууме неэффективно, а с другой стороны - бессмысленно.
Ну уж конечно, в атмосфере, где газ при продувке должен преодолеть атмосферное давление и вытеснить воздух из полостей, гелия нужно «сравнительно немного». А в вакууме, где противодавления нет, получается, нужно много? Очевидно, Еськов не понимает смысла того, о чём пишет. Кстати, действительно, а зачем нужна продувка в вакууме? Этого конспиролог тоже не знает и, очевидно, даже не догадывается. Скорее всего, для него загадка и то, почему продувается именно кислородный тракт, а водородный нет. Но мы, конечно, всё расскажем, как оно на самом деле.
На самом деле продувка кислородного тракта происходит совсем не в вакууме! Вспомним, что сразу после начала продувки полностью открывается водородный клапан, и водород устремляется повсюду, куда может. Он бы моментально двинулся в кислородную часть инжектора, и далее вверх по по кислородным магистралям! Вскоре в эти магистрали пустят кислород, и может произойти тот самый бабах! Продувка кислородных магистралей гелием создаёт барьер между водородом и кислородом, не позволяет водороду проникнуть в кислородный тракт до того, как тот заполнится кислородом под давлением. Вот для чего на самом деле нужна продувка! Именно потому и продувается только кислородный тракт: барьер создаётся с той стороны, где ещё нет давления основного компонента. Полное незнание и непонимание матчасти постоянно подводит Еськова — но разве с лунными конспирологами бывает иное?
Далее мы вновь читаем о том, что при зажигании смесь «неплохо хлопнет» уже в газогенераторе:
Будучи заполненный взрывоопасной смесью водорода и кислорода этот объем в момент воспламенения неплохо "хлопнет".
Но нет, она не хлопнет, ведь зажигание в газогенераторе происходит так же, как в КС: сначала газогенератор заполняется одним компонентом, и лишь потом понемногу подмешивается другой, который начинает гореть у самого инжектора только тогда, когда будет достигнуто соответствующее соотношение компонентов; и дальше фронт горения будет плавно продвигаться вместе с ростом концентрации второго компонента.
Здесь же Еськов обнаруживает, что у J-2 нет бустерных насосов.
Для предотвращения кавитации на насосах используют преднасосы (РД-0120, RS-25) или повышенное давление наддува (на малых "водородниках"). Что у J-2? Ничего... Этот вопрос просто проигнорировали.
Видимо, кроме слова «кавитация» конспиролог опять ничего не понял. Бустерные насосы могут использоваться (но совсем не обязательно!), если разность давления на входе и на выходе основного насоса слишком велика. Для создания большой разности давлений может потребоваться очень высокая скорость вращения лопаток, и вот здесь-то и возникает угроза кавитации. Какое же давление в камере давления RS-25? Более 200 атмосфер! У РД-0120? Тоже более 200 атмосфер! А у J-2? Вчетверо меньше, лишь около 50 атмосфер. А у небольшого LE-5, на который любит ссылаться Еськов? Чуть меньше 40 атмосфер. Потому-то ни J-2, ни LE-5 не нужны бустерные насосы: умеренный перепад давлений позволяет обойтись без них.
Кстати, а можно ли обойтись без них при более высоких давлениях? В первой части четвёртой части Еськов приводит схему «Раптора», где давление в КС близко к 300 атмосферам, то есть значительно выше, чем даже у RS-25 и РД-120! А на выходе насосов давление ещё выше. И на схеме тоже нет бустерных насосов! Но это почему-то Еськова не смущает (скорее всего, он этого даже не заметил). Как же обходится без бустерных насосов «Раптор»? Возможность, конечно, есть. Чтобы не возникло кавитации, нужно замедлить лопатки, то есть вращать крыльчатку медленнее. А чтобы сохранить производительность насоса, нужно увеличить диаметр крыльчатки. То есть насос станет больше по размерам и тяжелее, чем комбинация двух насосов, основного и бустерного. Зато бустерный насос не понадобится, так что конструкция будет проще и надёжнее при той же цене. По какому пути пойдут конструкторы разных двигателей, зависит от разных обстоятельств. Конструкторы RS-25 выбрали более лёгкую, но более сложную конструкцию. Создатели «Раптора», вероятно, оценили простоту выше и пошли на увеличение размера основных насосов.
...На четвёртой части четвёртой части мы, пожалуй, остановимся и не без удовольствия дочитаем последние две части опуса Еськова в следующий раз. С вами запускал водородники El Selenita.
- Часть 4