ВЗГЛЯД / Ядерная ракета «Буревестник» резко расширяет космические перспективы России :: Общество

«Летающий Чернобыль» – так обозвал спецпосланник президента США Марк Биллингсли российскую ядерную крылатую ракету «Буревестник». Понятно, почему Вашингтон недоволен новейшим российским оружием. Однако значение этой ракеты далеко выходит за военные рамки. В перспективе данная разработка способна вернуть России лидерство в освоении космоса.

Для начала сразу оговоримся – военное значение у «Буревестника» ограничено. Как оружие возмездия, эта ракета не имеет смысла – если мы не пропустим первый удар со стороны американцев, то наш ответно-встречный удар сотрет США с лица Земли в любом случае. А если мы такую атаку проспим, то несколько «Буревестников», которые ее переживут, ничего кардинально не изменят. Так может, американцы правы, и для нас самих было бы лучше закрыть этот проект?

Нет. Дело в том, что в любом случае программа создания «Буревестника» может дать много результатов, куда более важных, чем еще один тип ракеты на вооружении. Вне связи с чисто военными итогами проекта (которых мы еще неизвестно когда дождемся) у него уже есть промежуточный итог с важным научным и технологическим значением. Да, «Буревестники» еще летают очень недалеко. Но ничего сравнимого сегодня нет ни у кого. Обратимся к истории вопроса.

Полет на ядерной тяге

Люди мечтали об использовании энергии атома для летательных аппаратов еще с тридцатых годов прошлого века, но первые шаги были сделаны после Второй мировой войны. Заказчиками проектов и в СССР, и в США были военные – их целью было нанести удар по территории противника, а до нее было далеко, и нужны были летательные аппараты с огромной дальностью, не ограниченные запасом топлива на борту. Вскоре в США стартовал проект создания бомбардировщика НБ-36 с реактором на борту, а в СССР – Ту-119. Ни в одном случае полета на атомных двигателях не выполнялось, но и мы, и американцы подошли к этому вплотную и были вполне готовы. Правда, эти самолеты не были реактивными. Параллельно в СССР велись теоретические работы над прямоточно-воздушным реактивным двигателем, у которого в качестве источника тепла вместо сгорающего топлива был малогабаритный ядерный реактор.

В США похожие работы шли в рамках проекта «Плутон». Планировалось создание ядерного прямоточно-воздушного двигателя для межконтинентального беспилотного бомбардировщика SLAM – по сути гигантской крылатой ракеты с ядерным реактором, которая должна была доставлять к целям на советской территории термоядерные бомбы, попутно убивая всё живое по маршруту следования из-за ударной волны, создаваемой при сверхзвуковом (более четырех «звуков») и маловысотном (менее 300 метров) полете. Плюсом к ударной волне по людям «работал» бы радиоактивный выхлоп ракеты – воздух для реактивной тяги прогонялся прямо через реактор и, помимо сплошной полосы разрушения по маршруту пролета «ракеты», создавалась бы еще и полоса сильнейшего радиоактивного загрязнения.

Самой сложной частью этого проекта был ядерный прямоточно-воздушный реактивный двигатель, и он американцами был и успешно создан, и испытан в ходе наземных тестов – тоже успешно.

Однако межконтинентальные баллистические ракеты (МБР) отменили все эти проекты, они стали просто не нужны, да и рисков МБР на обычном химическом топливе создавала в десятки раз меньше. Но это был не конец.

В 1974 году, в ответ на программу «Спейс Шаттл» в США (которая имела военное значение), в СССР стартовала программа создания своего советского воздушно-космического самолета. ОКБ Туполева начало проект, сегодня известный как Ту-2000. Он предусматривал создание одноступенчатой системы для полетов на околоземную орбиту, по факту – большого самолета, способного на собственных двигателях выходить в космос, и с планером, способным выдержать пребывание в космическом пространстве и вход в атмосферу. Туполевцы предполагали сначала построить гиперзвуковой самолет, испытать его, а уже во второй очереди проекта штурмовать космос. А ОКБ Мясищева решило «взять» космос сразу. Но как?

Дело в том, что никакой одноступенчатый аппарат, работающий на химическом топливе, выйти в космос не мог тогда, не может и сейчас. Преодоление земного притяжения – это огромные энергозатраты. Огромные энергозатраты – это двигатели с очень мощной тягой, но они требуют много топлива на борту, а много топлива – это большая масса, которая еще и требует большой по размеру конструкции летательного аппарата, что вместе требует еще более мощных двигателей, которые... Выхода из этих замкнутых кругов нет.

В ракетостроении проблема решена путем отделения ступеней ракеты – как только топливо в баках ступени израсходовано, она отделяется вместе с двигателями, и «мертвый» груз с собой на орбиту нести не надо. С самолетом так не получится. Нужно иметь тягу и не иметь на борту больших запасов топлива. Тогда всё получится, но каким источником энергии пользоваться для этого?

Ответ был дан еще тогда, в 1974 году – чтобы самолет без отделяемых ступеней и баков мог бы достичь космического пространства, источником энергии для его двигателей должен быть ядерный реактор.

Вскоре работы по созданию атомного космического самолета стартовали. В ОКБ Мясищева проект проходил как М-19. Некоторое время проект имел серьезную государственную поддержку и шел довольно быстро. Задача до некоторой степени упрощалась, потому что ранее ОКБ им. Люльки провело обширные исследования ядерных турбореактивных двигателей разных схем – от обычных газотурбинных они отличались тем, что вместо камеры сгорания тепло к двигателю подавалось от ядерного реактора. В М-19 предполагалось использование так называемой двухконтурной схемы, когда контакта рабочего тела двигателей и реактора нет. В результате ни при работе турбореактивных двигателей, ни при работе прямоточных, разгоняющих самолет до гиперзвуковых скоростей, никакого радиационного заражения воздуха не происходило бы. Оно начиналось бы, однако, на высоте более пятидесяти километров, когда самолет выходил бы на разгон за счет ЯРД – ядерного реактивного двигателя, с прямой подачей рабочего тела (водорода) в реактор и его выходом в реактивное сопло. Но и там можно было сгладить негативные эффекты.

В 80-х годах проект проиграл внутриведомственную конкуренцию программе «Энергия–Буран» и потихоньку сошел на нет. Помимо этого, у СССР были экспериментальные работы по атомному противолодочному самолету с неограниченной дальностью полета на базе транспортного Ан-22 «Антей» и теоретическое изучение возможных двигателей для крылатых ракет разного типа. Видимо, часть этого задела и была использована в проекте «Буревестник». По крайней мере, то, что какие-то вялотекущие исследования по прямоточно-воздушным ядерным двигателям велись еще в начале 2000-х годов – факт.

А потом нам показали ядерную крылатую ракету.

Реалии и потенциал

Досконально неизвестно, какой именно тип двигателя применен на крылатой ракете «Буревестник». Это может быть и прямоточно-воздушный двигатель, и турбореактивный. Единственное, что известно про «Буревестник» абсолютно точно (по видео носовой части, которое опубликовано Министерством обороны), это то, что он не гиперзвуковой. Наиболее вероятно то, что это дозвуковая ракета. Однако можно также смело утверждать, что двигатель «Буревестника» одноконтурный – воздух, нагрев которого используется для создания реактивной тяги, у этой ракеты контактирует с самим реактором, а не с каким-то промежуточным теплообменником. Выбросы радиоактивных изотопов, которые теперь регулярно стали засекать в Европе, свидетельствуют именно об этом.

Такой двигатель вполне пригоден для оружия, применяемого в ядерной войне – сильно хуже от него природе уже не будет. Но кроме этого он ни для чего не пригоден.

Зато нарабатываемые в ходе доводки такого двигателя технологии и знания, а также наличие компактного, но мощного реактора, который, без всякого сомнения, является одним из самых передовых реакторов в мире на данный момент, в недалекой перспективе позволяет создать и двухконтурный двигатель, в котором теплоноситель реактора отдает тепло (но не радиацию!) «промежуточному» теплоносителю второго контура, а уже он – рабочему телу двигателя. И тогда мы получим пригодный для летательного аппарата турбореактивный двигатель, который не порождает радиационного заражения местности, над которой происходит полет.

Более того. Подобный двигатель автоматически даст России возможность обзавестись самолетами, имеющими неограниченную дальность полета, в том числе пилотируемыми. Интеграция несколько более мощного реактора, турбореактивного и прямоточно-воздушного двигателей, даст возможность создать не просто самолет – а высотный, с высотой полета многие десятки километров, гиперзвуковой самолет.

А размещение на таком самолете или ядерного реактивного двигателя (если удастся создать защиту рабочего тела от радиации), или хотя бы какого-то высокоэффективного жидкостно-реактивного двигателя с высокой тягой уже даст возможность вывести такой самолет в космос. И тогда многолетние мечты инженеров о транспортной системе, способной без всяких отделяемых ступеней доставлять на околоземную орбиту людей и грузы, станет реальностью. Насколько это изменит наш мир, даже представить невозможно.

Конечно, до этого очень далеко, даже если развитию проекта именно в эту сторону будет дан «зеленый свет», если будет выделено финансирование. Но в любом случае «Буревестник» – это первый шаг именно в этом направлении. Нет никаких гарантий, что за первым шагом будет второй – нам не впервой упускать великолепные возможности. Но первый-то мы уже делаем в любом случае! Остановка работ по «Буревестнику» с военной точки зрения Россию не ослабила бы, тут американцы, как ни странно, правы. А вот с точки зрения будущего потенциала всё выглядит совсем иначе. «Буревестник» может когда-то в далеком будущем принести нам непреодолимое для всех других стран превосходство в освоении космоса.

Впрочем, кое-кто об этом уже думает.

В 2019 году стало известно о том, что в Роскосмосе существуют сторонники создания ракетоплана с ядерной энергетической установкой. РИА «Новости», ссылаясь на попавший в распоряжение агентства документ, обнародовало следующую цитату из него: «Планирование перспективных разработок многоразовых космических систем должно также включать в себя рассмотрение принципиально новых компоновок, таких как ракетопланы с ядерной двигательной установкой. Подобные системы могут в будущем изменить рынок космических средств выведения и создать новые рыночные ниши».

Так что маленький радиоактивный «Буревестник» может завести нас совсем не туда, куда многие думают. Подобно ракете Р-7 Сергея Королёва, которая никогда не доставляла ядерные боезаряды на территорию США, работы по ядерным реактивным двигателям могут иметь весьма интересное продолжение. У Р-7 был спутник, Гагарин и семейство ракет-носителей «Союз». У «Буревестника» могут быть еще более масштабные перспективы. Нам всем нужно просто очень сильно этого захотеть, и всё получится.

Смотрите ещё больше видео на YouTube-канале ВЗГЛЯД

Зачем ракете ядерный двигатель | Журнал Популярная Механика

Чтобы исследовать Солнечную систему и космос за ее пределами быстро и безопасно, космические корабли должны иметь ядерные двигатели. Законы, регулирующие ядерные космические полеты, изменились, и работа над ракетами следующего поколения уже началась.

Мечтая о Марсе, да и не только о нем, человечество создает новые ракеты с реактивными двигателями. Но вы можете быть удивлены, узнав, что современные ракеты летают не намного быстрее, чем ракеты прошлого.

Есть много причин гнаться за скоростью полетов. Первый шаг любого космического путешествия — выход на орбиту с помощью реактивных двигателей, у которых пока нет альтернатив. Когда же корабль попадает в космос, все становится гораздо интереснее — ему нужно дополнительное ускорение. Вот тут ядерные системы и вступят в игру. Если космонавты хотят исследовать что-то более отдаленное, чем Луна и, возможно, Марс, им нужно будет двигаться очень и очень быстро.

Есть две причины стремиться к этому: безопасность и время. По пути на Марс люди будут подвергаться воздействию очень высоких уровней радиации, что может вызвать серьезные проблемы со здоровьем. Радиационная защита весит немало, и чем дальше путь, тем массивнее она должна быть. Лучший способ уменьшить радиационное облучение — просто быстрее добраться до места назначения.

Но безопасность человека — не единственное преимущество, которое дает скорость. По мере того, как мы исследуем глубины космоса, появляется необходимость получать данные о нем как можно быстрее. Нам уже некогда ждать по 10 лет, пока аппараты доберутся до окраин Солнечной системы. Зонду Voyager 2 потребовалось 12 лет, чтобы долететь до Нептуна.

Календари Майя и не только: как исчисляли время разные народы

Чем отличаются двигатели

При сравнении двигателей необходимо учитывать три важных аспекта:

  • тягу — насколько быстро система может ускорить корабль;
  • массовую эффективность — сколько тяги система может произвести для данного количества топлива;
  • плотность энергии — сколько энергии может произвести данное количество топлива.

В настоящее время наиболее распространенными двигателями являются химические, работающие на топливе, а также электрические, использующие солнечную энергию.

Химические двигатели обеспечивают большую тягу, но они неэффективны, а ракетное топливо недостаточно энергоемко. Ракета «Сатурн V», которая доставила астронавтов на Луну, производила 35 миллионов Ньютонов и в нее пришлось заправить 4,3 миллиона литров топлива. По сути эта ракета — огромный топливный бак.

Электрические двигательные установки генерируют тягу, питаясь от солнечных батарей. При этом используется электрическое поле для ускорения ионов — двигатель Холла. Подобные двигатели применяются в спутниках и могут иметь более чем в пять раз большую массовую эффективность, чем химические. Но их тяга никуда не годится — около трех ньютонов. Если бы вы оснастили таким мотором автомобиль, то до 100 км/ч он разгонялся бы примерно за два с половиной часа. Кроме того, чем этот двигатель дальше от Солнца, тем меньше энергии он получает.

Одна из причин, из-за которых возобновились разработки атомных двигателей, заключается в том, что они обладают невероятной плотностью энергии. Урановое топливо, используемое в ядерных реакторах, имеет плотность энергии в четыре миллиона раз превосходящую плотность химического ракетного топлива. Согласитесь, легче доставить в космос немного урана, чем миллионы литров жидкого топлива.

Два типа ядерных двигателей

Инженеры разработали два типа ядерных систем для космических путешествий. Первый называется ядерно-тепловым двигателем (nuclear thermal propulsion). Эти системы очень мощные и в меру эффективные. Они имеют небольшой ядерный реактор, подобный тем, которыми оснащаются атомные подводные лодки. В нем нагревается водород, который впоследствии ускоряется через сопло ракеты — так получается тяга. Инженеры NASA считают, что полет на Марс с ядерным двигателем будет на 20−25% быстрее.

Ядерно-тепловые двигательные установки более чем в два раза эффективнее химических двигателей. Это означает, что они генерируют вдвое больше тяги при одинаковом количестве ракетного топлива — до 100 000 ньютонов. Этого достаточно, чтобы разогнать автомобиль до скорости 100 км/ч за четверть секунды.

Вторая система называется ядерным электроракетным двигателем (nuclear electric propulsion). В реальности его еще не существует, но идея состоит в том, чтобы использовать мощный реактор для выработки электроэнергии, которая затем приводила бы в действие электрическую двигательную установку — все тот же двигатель Холла. Такая установка была бы примерно в три раза эффективнее ядерно-тепловой.

Спустя 60 лет простоя (ядерный двигатель — разработка 1960-х годов) ракета с ядерным двигателем может отправится в космос в течение ближайшего десятилетия. Это откроет новую эру освоения космоса. Марс станет гораздо ближе, а полеты к нему — дешевле. Научные же эксперименты будут проводиться быстрее, а исследователи будут осыпать нас открытиями, сделанными в разных уголках Солнечной системы и за ее пределами.

Русские ракеты: на чем они летают и будут летать в космос в будущем : i_future — LiveJournal
Двигатели, на которых отправляются в космос российские ракеты-носители, были созданы в 60-70-е годы. Новые разработки создают задел еще на десятилетия вперед.

«Нет двигателя - и любая самая совершенная конструкция ракеты со всей ее начинкой мертва».
(академик Валентин Петрович Глушко)

В черте города Химки на площади в 90 га расположился гигант машиностроения НПО Энергомаш им. Академика В.П. Глушко. Именно здесь были созданы двигатели, положившие начало космической эре, и принесшие Советскому Союзу лавры победителя в космической гонке с США. Разработанные, испытанные и произведенные на «Энергомаше» РД-107/108 позволили доставить на орбиту первый искусственный спутник Земли ПС-1 и корабль «Восток-1» с Юрием Гагариным на борту.

РД-108 © Антон Тушин/Ridus.ru

«Энергомаш» представляет собой предприятие полного цикла, т.е. все этапы производства от разработки до выпуска конечного продукта проходят в рамках одного предприятия. Здесь даже есть свой стенд, на котором испытывают двигатели. Если вам доводилось бывать в Химках, вы наверняка видели уходящие из промзоны в небо мрачные красно-белые трубы – это и есть тот самый стенд (вообще, на «Энеромаше» около 70 различных стендов, но этот самый главный – на нем испытывают готовый продукт и экспериментальные модели). Если из труб начинает клубами валить белый дым – проходят испытания. Раньше жителей города об истпытании двигателя помимо дыма оповещал душераздирающий звук, который был слышен на дальних окраинах города. Благодаря бронекамере и гидрогасителю продуктов сгорания сегодня химчане избавлены от этой неприятности. Что же касается выбросов в атмосферу в ходе тестов, то это пары воды и CO2, на два порядка менее вредный, чем смог от соседней Ленинградки.

На «Энергомаше» вы не встретите гастарбайтеров, здесь работают не просто профессионалы высокого уровня, а настоящие фанаты своего дела. Многие из сотрудников предприятия работают здесь поколениями, с момента его появления.

На участке автоматической сварки © Антон Тушин/Ridus.ru

Личное клеймо сварщика, которое гарантирует высочайшее качество работы © Антон Тушин/Ridus.ru

Сегодня здесь выпускают двигатели, на которых летают российские, американские и южнокорейские ракеты. А начиналось все в 1928-1929 годах со студенческих работ и дипломного проекта будущего академика Валентина Глушко. В 1929 году в Ленинграде под его руководством была организована группа по разработке жидкостных ракетных двигателей (ЖДР) в составе Газодинамичекой лаборатории – этот момент и считается датой основания «Энергомаша». В рамках Реактивного НИИ (РНИИ) Глушко разрабатывал двигатель к летательным аппаратам Сергея Королева. К 1937 году он создал двигатель, который по своим параметрам превосходил немецкие, французские и американские аналоги. Уже прошли госиспытания на стенде, наземные испытания, все было готово к летным испытаниям. Но это был 1937 год, сначала расстреляли замнаркома обороны маршала Михаила Тухачевского, а вслед за ним та же участь постигла директора РНИИ Ивана Клейменова и главного инженера института Георгия Лангемака. В марте 1938 арестовали и Глушко, а спустя два месяца - Королева. Полтора года Глушко провел на Лубянке и в Бутырке, а потом получил приговор – 8 лет колонии. Однако его оставили работать в «шарашке», где он занимался разработкой вспомогательных двигателей для боевых самолетов, которые позволяли взлетать с более короткой полосы или ускоряться на короткое время в воздухе. В ходе войны их не использовали, хотя Сталин и подписал акт о запуске этих двигателей в серийное производство.

Летом 1944-ого нарком НКВД Берия пишет докладную Сталину с просьбой поощрить его подопечных и в конце августа 35 человек, в том числе Глушко и Королев, были досрочно освобождены со снятием судимостей.

Вспомогательные двигатели для боевых самолетов, которые разрабатывал заключенный Глушко © Антон Тушин/Ridus.ru

Двигатель РД-100 представляет собой существенно модифицированный двигатель для ФАУ-2 © Антон Тушин/Ridus.ru

Сразу после войны они были направлены в Германию для изучения военной техники. Вернувшись на Родину, Глушко сумел воссоздать "один в один" двигатель «оружия возмездия», легендарной немецкой ракеты ФАУ-2, но уже из советских материалов и руками советских рабочих. Двигатель работал на кислороде и водном растворе спирта. Вскоре конструкторы «Энергомаша» принялись за его модификацию, внося усовершенствования.

Это было время Холодной войны, поэтому двигатель первым делом приладили к баллистической ракете средней дальности Р-5. Она могла долететь до Западной Германии, Турции, Японии, но требовалось перелететь океан еще... Тогда приняли решение обратиться к технологии, предложенной Глушко еще в 1948 году, которая предполагала новую конструкцию камеры сгорания основного узла. Она позволяла довести температуру горения до 4 тысяч градусов, а давление до 90 атмосфер и даже выше. После серии испытаний технология подтвердила свою эффективность и на ее основе появилась «семерка» - РД-107/108. Как уже было сказано выше, на этих двигателях в космос были отправлены первый спутник Земли и первый человек. В несколько модернизированном виде эти двигатели востребованы и сегодня – 28 мая на нем к МКС стартовал экипаж корабля «Союз ТМА-13М».

«Сегодня «семерки» для «Союзов» серийно производит предприятие в Самаре. Конца и края жизни этой ракеты не видно. Не так давно начались ее полеты с европейского космодрома в Южной Америке «Куру», на космодроме «Восточный» будет стартовая площадка под ракету «Союз-2» с этими двигателями», - говорит начальник отдела научной информации «Энергомаша» Владимир Судаков.

Но военных двигатель не устроил, поскольку топливо довольно быстро испарялось, и долго в боевой готовности ракету держать было невозможно. В результате конструкторы были вынуждены создать двигатель, который бы работал на несимметричном диметилгидразине и азотной кислоте – токсичном топливе, которое позволяет держать ракету заправленной годами. Такие двигатели были созданы к началу шестидесятых: РД-216, РД-218 и РД-219 для первых и второй ступеней боевой ракеты Р-16 и одного из вариантов РН «Космос». Впоследствии они были существенно усовершенствованы, РД-264 применяется на МБР «Воевода», которая и сегодня стоит на боевом дежурстве.

На этом же топливе к середине 60-х был создан РД-253 для ракеты-носителя «Протон» - самый мощный в мире однокамерный ЖРД. На первый ступени «Протона» работаю шесть таких двигателей, каждый из которых имеет 150 тонн тяги в базовом варианте.Благодаря им свершились полеты космических аппаратов «Луна», «Венера», «Марс», орбитальных станций «Салют» и «Мир», а также элементов МКС.

На сегодняшний день «Протон», несмотря на серию падений, является лучшей в мире тяжелой ракетой. Иностранные заказчики выстраиваются в очередь, чтобы вывести на ней на орбиту свои спутники.

Так выглядит РД-253 сверху © Антон Тушин/Ridus.ru

В РД-253 была применена новая схема, в которой горячий газ идет на турбину, раскручивает ее, а потом не выбрасывается за борт ракеты, а по газоотводу поворачивает в основную камеру, и все топливо полностью проходит через камеру сгорания при повышенном давлении.

С середины 70-х эту же схему начали использовать в сравнительно экологически чистых кислородно-керосиновых двигателях: для «Энергии-Бурана», для РН «Зенит», американской ракеты «Атлас» и новой российской ракеты «Ангара».

«Двигатель для «Энергии-Бурана» делался как многоразовый и предполагал до десяти полетных использований. А на стенде мы один и тот же двигатель повторно включали более двадцати циклов. Но в полетах эта многоразовость не проверялась: «Энергия» летала только два раза, один раз спутник выводили, второй раз беспилотный «Буран». Но мы сохранили производство этих двигателей и используем их на ракетах «Зенит»», - говорит Владимир Судаков.

РД-171М для ракеты-носителя "Зенит", которая стартует с воды, в сборочном цехе © Антон Тушин/Ridus.ru

Мощность турбины РД-170/171 равна примерно мощности установок трех атомных ледоколов. При этом цикл работы составляет всего 145 секунд – столько длится полет ракеты на двигателе первой ступени. В секунду сгорает 2,5 тонны топлива. Двигатель обеспечивает тягу в пустоте в 806 тонн. Ближе всех к этому показателю смогли приблизиться американцы, которые в Лунной программе использовали двигатель F-1 с показателем 790 тонн.

С развалом СССР для «Энергомаша», как и для всей страны, начались тяжелые годы. Но тогда же предприятие получило право выхода на мировой рынок. Когда американцы объявили конкурс на двигатель для ракеты «Атлас», «Энергомаш» предложил свой вариант двигателя на базе РД-170/171. Для этого количество камер сократили вдвое, и сконструировали новый турбонасосный агрегат, получив мощность тяги вместо 806 тонн, в 424 тонны, при требовавшихся заказчикам 360 тоннах. В итоге в 1999 году в Америку был поставлен первый товарный двигатель РД-180, на которых «Атласы» уже 51 раз успешно выходили в космос. Ни одного падения зафиксировано не было. Всего США уже закупили около 70 таких двигателей, и каждый год «Энергомаш» отправляет за океан еще по четыре-пять РД-180. Последние санкции и громкие заявления с обеих сторон пока никак на заказах не сказались, а правительство США через суд добивается того, чтобы президентский запрет не коснулся поставок российский ракетных двигателей.

РД-180 в сборочном цехе после контрольных испытаний на стенде готовят к отправке за океан © Антон Тушин/Ridus.ru

© Антон Тушин/Ridus.ru

Сегодня «Энергомаш» собирает линейку из трех двигателей РД-171М («Зенит») , РД-180 («Атлас-5») и РД-191 («Ангара»). РД-107/108 собираются в Самаре, а РД-253 в Перми. Проектируется форсированная модификация РД-171М, получившая название РД-175, которая при тех же габаритах выдает не 806, а более 1000 тонн тяги. Это двигатель будущего, обеспечивающий конкурентные преимущества на десятилетия вперед, он будет разработан для ракет-носителей тяжелого класса.

В сборочном цеху собирают американский заказ: РД-180 для ракеты-носителя "Атлас-5" © Антон Тушин/Ridus.ru

© Антон Тушин/Ridus.ru

Большие надежды возлагаются на ракету «Ангара-5»: в июне с «Плесецка» должна стартовать легкая ракета «Ангара-1», и, если все пройдет нормально, то к концу года пройдут летные испытания и тяжелого варианта «Ангара-5». Двигатели для этих РН работают на кислороде и керосине, так что «Ангара-5» может прийти на смену токсичному и в последнее время плохо летающему «Протону». На двигателях, разработанных для «Ангары», трижды летали южнокорейские ракеты KSLV-1, но корейцы программу временно свернули и об их дальнейших планах пока ничего неизвестно.

Кроме того, американцы планируют на базе «Атласа-5» совершать коммерческие полеты, и «Энергомаш» готов сертифицировать свои двигатели для полетов человека, а также сделать форсированные модификации РД-180 с тягой до 500 тонн.

Сегодня 40% запусков с Земли в космос производятся на двигателях, разработанных на «Энергомаше». И не исключено, что в скором времени эта цифра только возрастет. Американские ракеты «Антарес» летают на модификациях российских двигателей НК-33, приобретённых у СНТК им. Н. Д. Кузнецова. НК-33 также применяются на российских ракетах «Союз 2.1в». Но этих двигателей осталось мало, а нового производства нет. «Энергомаш» готов предложить решение. В частности, РД-181 адаптирован к «Антаресу».

Аналог РД-180 американцам под силу создать, в лучшем случае, в течение пяти лет при затратах в миллиард долларов, по самым скромным подсчетам.

Новые ракетные двигатели РД-193, РД-175. РД-195, РД-192, РД-181, РД-701 создают задел на десятилетия вперед и позволяют не только «Энергомашу», но всей российской космической отрасли с уверенностью смотреть в будущее. Но главное не это. Закупается новое оборудование, в цехах идет ремонт без отрыва от производства, и на «Энергомаш» потянулась молодежь.

Содержание

Что такое ракета и как она летает.

В этом блоге я буду много писать о ракетах и космических аппаратах, но для начала давайте разберемся с тем, что же такое ракета и за счет чего она летает. Ведь кроме ракеты есть еще немало видов техники, умеющей летать.

Самолет летает, опираясь крыльями на воздух (крыло благодаря своей форме создает разницу давлений над собой и под собой, за счет чего более высокое давление снизу толкает крыло вверх в зону низкого давления). Все, что нужно, - набрать скорость, при которой подъемная сила крыла будет больше веса самолета. Для этого можно использовать реактивный двигатель, но в отличие от ракетного двигателя самолетный берет кислород для сжигания топлива из воздуха. Таким образом самолет не может летать выше определенной высоты, где плотности воздуха не хватит для создания крылом подъемной силы, а количества кислорода не хватит для работы двигателя. Для полета в космос непригоден.

Есть тип летательных аппаратов, которые могут обходиться вообще без двигателя. Это аэростаты (воздушные шары). Летают только засчет силы Архимеда. В сети есть много видео, где люди развлечения ради запускают самодельные воздушные шары с камерой, как они пишут, в космос. Вот пример такого видео:

Только это далеко не космос. Шар у этих товарищей взлетел на высоту 33 км, что является стратосферой, а официальная граница космоса - 100 км. Вообще шарики с гелием особо выше 30 - 33 км никогда не поднимутся, потому что воздушный шар не может взлететь выше той высоты, где плотность воздуха равна плотности газа в шаре. Для полета в космос непригоден.

Но как же подняться выше предельных высот для самолетов и воздушных шаров? Вот тут-то нас и выручит ракета. Основное отличие ракеты от других видов летательных аппаратов состоит в том, что полет ракеты практически никак не зависит от внешних условий (плотности воздуха, его состава и т. п.), поскольку все, что ей нужно для полета у нее с собой.

Попробуйте встать на лед на коньках, держа в руках большой тяжелый предмет (например, кирпич). Со всей силы швырните кирпич вперед, - и вы заметите, что сами начнете двигаться назад. Дело в том, что швыряя кирпич, вы сами оттолкнулись от него, поэтому поехали назад. Причем, чем тяжелее кирпич и чем сильнее вы его бросите, тем быстрее и дальше поедете сами.

Точно также делает ракета, только вместо кирпичей она швыряет молекулы продуктов сгорания топлива (они называются рабочим телом) и, отталкиваясь от них, движется в сторону противоположную той, куда летят эти молекулы. Есть интересная зависимость: с увеличением массы рабочего тела, увеличивается сила, с которой ракета от него отталкивается, а с увеличением скорости отбрасывания рабочего тела, сила возрастает в квадратичном порядке. Таким образом гораздо выгоднее отбрасывать небольшую массу с большой скоростью, чем большую массу с меньшей скоростью. Поэтому в качестве рабочего тела ракеты используются газы (исключение - любительские водяные ракеты, где рабочим телом является жидкая вода), а скорость истекания их из ракеты во много раз превышает скорость звука.

Для того, чтобы ракета полетела, нужно чтобы сила, с которой она отталкивается от рабочего тела (эту силу называют тягой двигателя) превышала вес ракеты. Параметр, показывающий, во сколько раз тяга двигателя превышает вес ракеты, называется тяговооруженность ракеты.

Современная ракета Союз очень тяжелая. Ее масса вместе с топливом и поднимаемым ей космическим кораблем составляет 307,7 тонн. Для того, чтобы поднять такую массу, ракете нужно выбрасывать рабочее тело с огромной скоростью: от 2,5 км/с, до 3 км/с, что примерно в 9 раз превышает скорость звука у поверхности Земли.

Вот, как выглядит старт этой ракеты:

Но для успешного полета ракете мало только двигателя и топлива. Нужна еще, как минимум, система стабилизации. Дело в том, что сила тяги двигателя прикладывается к ракете снизу, гораздо ниже ее центра тяжести, поэтому ракета в течение всего полета находится в состоянии неустойчивого равновесия. Чтобы понять смысл этих слов попробуйте удержать карандаш острием на пальце.

Задача системы стабилизации - отслеживать положение ракеты относительно вертикали и если положение начнет изменяться (ракета заваливается), вовремя принять меры к возврату ракеты в первоначальное положение. Звучит это сложно и заумно, но на деле все довольно просто.

Простейшая система стабилизации - аэродинамическая. Это те самые "крылышки", которые нередко рисуют на мультяшных ракетах:

Работает она очень просто: "крылышки" (называются стабилизаторы) увеличивают площадь поверхности корпуса ракеты позади центра тяжести. При отклонении ракеты от курса набегающий поток воздуха давит на боковую поверхность корпуса тем сильнее, чем больше эта поверхность. Поскольку позади центра тяжести поверхность больше, чем впереди, воздух давит на нее сильнее, заставляя ракету повернуться вокруг центра тяжести и вернуться на курс.

Разумеется, такая система работает только в атмосфере. В космосе, где воздуха нет, аэродинамические стабилизаторы бесполезны. Для космических ракет применяется активная система стабилизации. Она состоит из гироскопа, бортовой электроники и маленьких подруливающих двигателей.

Гироскоп - это волчок, быстро вращающееся тело. Его основное свойство - сохранять свое положение в пространстве. Как бы ракета ни поворачивалась, гироскоп внутри нее остается в первоначальном положении, поэтому его можно использовать, как ориентир, относительно которого электроника с помощью датчиков отслеживает, в какой момент в какую сторону и насколько ракета повернулась.

Вот здесь можно посмотреть на то, как работает гироскоп:

Основываясь на показания датчиков, следящих за положением гироскопа относительно ракеты, бортовая электроника выдает команды исполнительным механизмам на изменение положения маленьких подруливающих двигателей, расположенных рядом с основным двигателем. Они изменяют направление вектора тяги, создавая вращательный момент, возвращающий ракету в заданное положение.

На этой фотографии изображен двигатель центрального блока ракеты Союз. Кроме основных четырех сопел видны четыре маленьких сопла, расположенные по краям блока. Это и есть подруливающие двигатели. Они закреплены на кардановом подвесе, поэтому могут поворачиваться.

Бывает, что и основной двигатель может поворачиваться, выполняя роль подруливающего, но такая технология применима для двигателей с небольшой тягой, так как кардановый подвес слабоват для мощных двигателей. Пример применения основного двигателя в качестве подруливающего - маршевый двигатель взлетной ступени лунного модуля космического корабля Аполлон.

На этом пока все. В следующей статье я расскажу о том, как ракеты выводят на орбиту космические аппараты.

Какими будут космические ракеты в будущем?

Различные космические корпорации и частные компании мечтают о пилотируемых полетах на Луну и даже дальше, на Марс. Конечно, не все идет гладко, хватает аварий и не хватает бюджетов, но одно остается практически неизменным: это может показаться удивительным, но современные ракеты летают не особо быстрее самых первых, появившихся на заре космонавтики в середине прошлого века.

Есть много причин, по которым чем быстрее космический корабль — тем лучше, и так называемые ракеты с ядерным двигателем будут являться в будущем лучшим способом ускорить путешествия в космосе. Они предлагают много преимуществ по сравнению с традиционными ракетами, работающими на горючем, однако такие двигатели еще ни разу не летали в космос, хотя первоначально их разработку начал вести еще Королев в 1958 году.

Зачем нужна высокая скорость?

Первый этап любого космического путешествия предполагает использование ракет-носителей для вывода корабля на орбиту. В них установлены огромные двигатели, сжигающие десятки тонн топлива, и они вряд ли исчезнут в обозримом будущем из-за ограничений, накладываемых гравитацией нашей планеты.

Когда корабль попадает в космос, все становится интереснее. Чтобы избежать земного притяжения и достичь мест назначения в глубоком космосе, корабли нуждаются в дополнительном ускорении. Именно здесь и вступают в игру ядерные системы. Если астронавты хотят исследовать что-то дальше Луны и, возможно, Марса, им придется двигаться очень и очень быстро. Космос огромен, и есть две причины, по которым более быстрые ракеты лучше подходят для дальних путешествий: безопасность и время.

Астронавты во время полета на Марс будут подвергаться воздействию очень высоких (по земным меркам) уровней радиации, которые могут вызвать серьезные долгосрочные проблемы со здоровьем, такие как рак и бесплодие. Радиационная защита может помочь, но она чрезвычайно тяжелая, и чем дольше миссия, тем больше требуется экранирование. Лучший способ уменьшить радиационное облучение — это просто быстрее добраться туда, куда вы направляетесь.

Но обеспечение безопасности для людей на борту — это не единственное преимущество быстрых ракет. Поскольку космические агентства отправляют миссии все дальше в космос, очень важно как можно скорее получить от них данные, ведь чем дольше оборудование находится в недружелюбной космической среде, тем выше шанс его выхода из строя.


Современные зонды летят очень медленно.

Например, Вояджер-2 потребовалось 12 лет, чтобы добраться до Нептуна, где он сделал несколько невероятных снимков, когда пролетал мимо, а зонд «Новые горизонты» добирался до Плутона больше 9 лет. Это очень большие сроки, которые требуют закладывания повышенной отказоустойчивости для всех систем, что делает миссии намного дороже. Для сравнения, ядерные двигатели по самым оптимистичным прогнозам сократят время полета до внешних планет Солнечной системы всего до нескольких месяцев.

Так что высокая скорость — это хорошо. Но почему ядерные системы быстрее?

Современные ракетные двигатели

После того, как корабль вырвался из оков земного притяжения, есть три важных аспекта, которые следует учитывать при разработке любой двигательной установки:

  • Тяга — как быстро двигатель может разогнать корабль;
  • Массовая эффективность — какая получится тяга для определенного двигателя при определенном количестве топлива;
  • Плотность энергии — сколько энергии может произвести определенное количество топлива.
Сегодня наиболее распространенными двигательными установками являются химические реактивные двигатели, то есть обычные ракеты, работающие на топливе. На втором месте с большим отрывом идут электрические двигательные установки на солнечных батареях.

Химические двигательные установки обеспечивают большую тягу, но при этом не очень эффективны, а ракетное топливо не особо энергоемко. Ракета Сатурн V, доставившая астронавтов на Луну, производила 35 миллионов ньютонов силы на старте и несла более 4 300 000 литров топлива. И хотя большая его часть была использована для вывода ракеты на орбиту, ограничения очевидны: требуется много тяжелого топлива, чтобы добраться куда-либо в космосе.

Электрические двигательные установки генерируют тягу, используя электричество, получаемое от солнечных панелей. Самый распространенный способ сделать это — использовать электрическое поле для ускорения ионов, например, в двигателе Холла. Для этого между катодом и анодом в двигателе пускают газ (обычно ксенон), который ионизируется в электрическом поле и, вылетая из сопла, толкает ракету вперед.


Нет, это не картинка из фантастического фильма — это реальные испытания ионного двигателя на ксеноне.

Эти двигатели обычно используются для коррекции орбиты спутников и могут иметь в пять раз более высокую массовую эффективность, чем химические системы. Но они производят гораздо меньшую тягу — на данный момент это лишь единицы ньютонов: для примера, чтобы разогнать таким двигателем автомобиль с нуля до сотни километров в час, вам потребуется почти полдня. Источник электричества — Солнце — по существу бесконечен, но становится все менее полезным, чем дальше от него находится корабль.

Однако у ионных двигателей есть один неоспоримый плюс — крайне низкое потребление топлива. Например, в 2010 году космическому кораблю Deep Space 1 хватило всего 74 кг ксенона при общей массе около 370 кг, чтобы увеличить свою скорость на 4.3 км/c. Кроме того, такие двигатели крайне долгоживущие — время их работы на отказ колеблется около 50 тысяч часов, что составляет почти 6 лет.

Одна из причин, по которой ядерные ракеты являются перспективными, заключается в том, что они предлагают невероятную плотность энергии. Урановое топливо, используемое в ядерных реакторах, имеет плотность энергии, которая в 4 миллиона раз выше, чем у гидразина — типичного химического ракетного горючего. Гораздо легче доставить в космос небольшое количество урана, чем сотни тысяч литров топлива.

А что насчет тяги и массовой эффективности?

Два варианта ядерных ракетных двигателей

Инженеры разработали два основных типа ядерных ракетных двигателей для космических путешествий.

Первый из них называется ядерным тепловым двигателем. Такие системы являются очень мощными и умеренно эффективными. Они используют небольшой ядерный реактор деления, подобный тем, которые ставят на атомные подводные лодки. С его помощью нагревают газ, такой как водород, который затем устремляется через сопло, что и обеспечивает тягу. Инженеры НАСА подсчитали, что полет на Марс на ракете с ядерно-тепловым двигателем будет на 20-25% быстрее, чем на ракете с химическим двигателем.

Ядерные тепловые двигательные установки более чем в два раза эффективнее химических двигателей — это означает, что они генерируют вдвое большую тягу, используя то же количество топлива; при этом они могут обеспечить 100 000 ньютонов тяги. Для сравнения, такая тяга разгонит автомобиль с 0 до 100 км/ч всего за четверть секунды.


Схема ядерного теплового двигателя.

Второй тип — так называемые ядерные электрические двигатели. До сих пор не было построено ни одной такой системы, но идея состоит в том, чтобы использовать мощный реактор деления для выработки электроэнергии, которая затем приводила бы в действие электрическую двигательную установку, такую как, например, двигатель Холла. Такая комбинация очень продуктивна, работая примерно в три раза эффективнее, чем ядерный тепловой двигатель. Поскольку ядерный реактор может создавать много энергии, можно комбинировать различные электрические двигатели для одновременной работы, чтобы генерировать мощную тягу.

Ядерные электрические системы являются лучшим выбором для чрезвычайно далеких миссий, потому что они не требуют солнечной энергии, имеют очень высокую эффективность и могут давать относительно высокую тягу. И хотя ядерные электрические ракеты чрезвычайно перспективны, есть еще много технических проблем, которые нужно решить, прежде чем они будут введены в эксплуатацию.

Почему до сих пор нет ракет с ядерным двигателем?

Основная причина — это так называемый Договор о космосе, который запрещает использовать ядерное вооружение за пределами Земли. В итоге из-за него любые миссии с ядерным топливом на борту проходят тщательную проверку на безопасность, поэтому в космосе обычно можно встретить лишь зонды с РИТЭГами — радиоизотопными термоэлектрическими генераторами, использующими тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде радиоактивных изотопов и преобразующими её в электроэнергию с помощью термоэлектрогенератора.

А ведь ракеты с ядерным двигателем должны иметь на борту не просто «пассивный» радиоизотопный источник, а целый «активный» ядерный реактор с куда большим количеством топлива. И до сих пор в космосе побывало лишь около десятка кораблей с полноценными реакторами, обеспечивающими смешную выработку электричества около единиц киловатт, чего крайне мало для создания полноценной ядерной двигательной установки. В США, например, лишь в 2019 году администрация Трампа выпустила новую директиву, которая позволяет запускать в космос ракеты с мощными ядерными реакторами. Это и позволяет теперь НАСА создавать такие ракеты — разумеется, в соответствии со всеми рекомендациями по безопасности.


Испытания первого ядерного ракетного двигателя в 1967 году. Сам он слева, на переднем плане часть защиты реактора.

Вместе с этим пересмотром правил НАСА получило 100 миллионов долларов в 2019 году на разработку ядерного теплового двигателя. DARPA также разрабатывает космическую ядерную тепловую двигательную установку для обеспечения национальной безопасности США за пределами околоземной орбиты.

С 2010 года в России начались работы над проектом ядерной электродвигательной установки мегаваттного класса для космических транспортных систем. По словам директора и генерального конструктора ОАО «НИКИЭТ» Юрия Драгунова, чьё предприятие конструирует реакторную установку, к 2025 году планируется создать опытные образцы космической ядерной энергоустановки с термоэмиссионным реактором-преобразователем. К 2030 году должны быть завершены ресурсные испытания и запланированы летные испытания аппарата.

В итоге после 60 лет застоя вполне возможно, что первые ракеты с ядерными двигателями доберутся до космоса в течение десятилетия. Это захватывающее достижение откроет новую эру освоения космоса, позволив нам быстро добираться до Марса, а ученым создавать скоростные зонды для исследования отдаленных уголков Солнечной системы и более глубокого космоса.


iGuides в Telegram — t.me/igmedia
iGuides в Яндекс.Дзен — zen.yandex.ru/iguides.ru
"Ангара" без будущего? Когда полетит главная российская ракета

"Роскосмос" планирует создать многоразовую версию ракеты, но "обычная" ракета до сих пор не полетела.

Кому она нужна?

Ракета "Ангара" изначально задумывалась как замена большинству ракет-носителей, которые используются российскими специалистами в данный момент. Новый проект создаётся по модульному принципу, который позволяет строить на базе одной и той же технологии множество носителей — от лёгкого класса для вывода спутников на орбиту и доставки космонавтов на МКС до тяжёлой ракеты, с помощью которой на орбите можно собирать крупные орбитальные станции. Кроме того, технические характеристики ракеты — выросшая до 26 тонн полезная нагрузка и керосино-кислородные двигатели — позволят выводить больше космических аппаратов за один пуск, а сам процесс будет экологичным и безопасным.

Фото © ТАСС / Михаил Джапаридзе

После выполнения программы лётно-конструкторских испытаний ракеты, намеченных на 2020 год, "Ангара" должна впервые полететь с военным спутником на борту, а военные должны стать первым крупным заказчиком на ракеты этого типа. Уникальная во многих отношениях ракета летала в космос всего один раз — 23 декабря 2014 года. С тех пор о пусках "Ангары" и её перспективах ежегодно рассказывают разработчики, однако применения ракете нет до сих пор. "Роскосмос" сообщал, что ракета-носитель, стоимость которой в три раза больше носителя предыдущего поколения ("Протон"), полетит в космос в первой половине 2020 года. Но полёт так и не состоялся, а перспективы использования ракеты по-прежнему непонятны многим специалистам.

Она будет многоразовой?

И да и нет. Изначально "Ангару" проектировали под вывод космических аппаратов по традиционной, классической схеме. В этом случае после вывода полезной нагрузки на орбиту части ракеты-носителя (обтекатель, двигатели) сгорают в плотных слоях атмосферы или падают на заранее запрограммированном участке космической трассы. После того как мир охватила эпидемия многоразовости, а ракеты компании SpaceX — первопроходца этого направления — начали возить на орбиту не только грузы, но и людей, стало очевидно, что экономика космических пусков должна быть другой.

Однако до многоразовых блоков ракеты, которые после старта будут садиться обратно к месту старта, ещё далеко. Инженер-конструктор ракетной техники Григорий Петряшов пояснил, что для многоразовой ракеты необходимо понимание общей надёжности всей ракеты в целом.

Для "Ангары", как и для всех ракет, предусмотрен испытательный цикл. В него могут заложить от пяти до восьми пусков, после чего конструкция будет официально признана надёжной и изделие будет производиться серийно под разных заказчиков. Какой ракета будет на момент завершения испытаний, до конца не знают даже её создатели. Конструкция в течение испытательного цикла регулярно дорабатывается, модернизируется. Здесь всё примерно так же, как с военной техникой. Задумывали создать одно, но в конце концов построили принципиально новое, хоть и похожее внешне. Конечный вариант "Ангары" даже без многоразовых ускорителей будет существенно лучше ракеты, которую мы видели на первом пуске

Григорий Петряшов

Инженер-конструктор ракетной техники

Когда полетит "Ангара"?

Ответить на этот вопрос просто с технической точки зрения почти невозможно. "Ангара" — это целый комплекс, на создание которого влияет множество факторов. Здесь важно уяснить для себя одну ключевую деталь: отказаться от создания ракеты, на которую были брошены огромные ресурсы, нельзя. Как отмечает основатель проекта "Открытый космос", писатель и популяризатор космонавтики Виталий Егоров, без "Ангары" Россия утратит доступ на геостационарную орбиту, что автоматически создаст риск спустить российскую космонавтику до уровня Индии в этом сегменте. Но история с "Ангарой" никогда не была простой и однозначной.

Деньги на модернизацию ракеты выделяются, но будет ли она в конечном счёте многоразовой в том понимании, в каком мы себе это представляем, — большой вопрос. Возможность применения многоразовых модулей-ускорителей только рассматривается, никаких конкретных решений по применению этой технологии нет. Проект по созданию боковых многоразовых ускорителей есть, над ним работают, и создателям нужно, чтобы в разных опытно-конструкторских работах такие решения присутствовали. Но это не говорит о том, что многоразовая "Ангара" — это уже свершившийся факт

Виталий Егоров

Основатель проекта "Открытый космос", писатель, популяризатор космонавтики

Во многом дата первого пуска "Ангары" зависит от того, когда будет готов космодром Восточный — главная стартовая площадка России, которая позволит отказаться от любых космических пусков с территории других стран. И хотя первую "Ангару" должны передать военным на космодром Плесецк уже летом 2020 года, первый пуск ракеты-носителя "Ангара" с первого гражданского космодрома Восточный планируется не ранее чем на 2023 год. Уже в 2025 году "Ангара-А5" должна впервые вывести на орбиту пилотируемый корабль, однако произойдёт это лишь в том случае, если стартовый комплекс для ракет семейства "Ангара" достроят на космодроме Восточный, как планировалось, к декабрю 2022 года.

"Ангара" начнёт нормально летать, когда будет готов стартовый стол на Восточном. Сейчас его постепенно достраивают. С Плесецка на данный момент возможны только испытательные запуски на геостационарную орбиту, а для других тяжёлая "Ангара" не востребована, пока нет нового пилотируемого корабля

Виталий Егоров

Основатель проекта "Открытый космос", писатель, популяризатор космонавтики

Строительство второй очереди на космодроме Восточный началось 30 мая 2019 года и должно полностью завершиться на рубеже 2025–2027 годов, и раньше этого срока "Ангара" вряд ли начнёт использоваться на постоянной основе. Чуть более длительные сроки называют международные эксперты. В 2019 году руководитель International Launch Services Кирк Пайшер заявил, что переход от "Протона" к "Ангаре" может затянуться до 2027 года.

Кому она будет нужна?

Фото © ТАСС / Егор Алеев

Пока использование "Ангары" предусмотрено лишь в рамках Федеральной космической программы. И хотя интерес к ракете, которая технологичнее своих предшественников на целые поколения, уже есть, твёрдых заказов на космические пуски изделия, которого нет в металле, в ближайшее время ждать не стоит. Эксперты в области государственной и частной космонавтики говорят, что фактически судьба тяжёлой и самой дорогостоящей версии "Ангары" во многом будет похожа на американскую Delta IV Heavy — самую тяжёлую (до 2018 года) и самую дорогую (не считая "Шаттла" и "Сатурна-5") американскую ракету.

Американская ракета летает в среднем один-два раза в год. Потом пришёл Маск и Falcon Heavy, и судьба Delta Heavy повисла на волоске решений Пентагона. Более эффективные решения сможет предложить "русский Илон Маск", ждём его появления

Виталий Егоров

Основатель проекта "Открытый космос", писатель, популяризатор космонавтики

Единственный вопрос, на который нет ответа, связан с перспективами использования ракеты "Ангара" на следующие 15–20 лет. Тренд на многоразовость, который сейчас задают американские частные ракетостроители, явно развивается. Многоразовость, как известно, — путь не только к удешевлению космического пуска, но и к ускорению реализации космических проектов. Однако многоразовая "Ангара" — это по-прежнему лишь проект и теория, реализация которой на практике едва ли возможна в обозримом будущем, в котором и без того немало сложностей: достроить Восточный, закончить испытания основной конструкции и решить, что возить на новой ракете. От того, найдётся ли многоразовости место в космическом будущем, зависит многое: и "скорость подачи" космического такси, и удобство технологии в целом, и заказы от клиентов из-за рубежа.

В уравнении, где икс — это ракета "Ангара", а игрек — это высадка американцев на Луне в 2024 году не без помощи многоразовых ракет-носителей тяжёлого класса, по-прежнему много непонятного. Если NASA и "частники" (Джефф Безос и Илон Маск) всё сделают вовремя и как положено, то в текущей конфигурации с одноразовым использованием "Ангара" может оказаться не нужна как в России, так и за пределами страны в рамках международных проектов, в том числе и лунных. Как в этом случае поступать с проектом, на который брошены лучшие умы страны и ведущие промышленные предприятия, непонятно. Если ракета окажется недостаточно технологична, а её стоимость будет вызывать вопросы, то Россия рискует лишиться не только лунной программы и инструмента для дальнейшего изучения Солнечной системы и ближайших миров, но и может остаться исключительно региональной космической державой, достижения которой никто не будет принимать в расчёт.

Ядерная ракета «Буревестник» резко расширяет космические перспективы России

«Летающий Чернобыль» – так обозвал спецпосланник президента США Марк Биллингсли российскую ядерную крылатую ракету «Буревестник». Понятно, почему Вашингтон недоволен новейшим российским оружием. Однако значение этой ракеты далеко выходит за военные рамки. В перспективе данная разработка способна вернуть России лидерство в освоении космоса.

Фото: РИА Новости/Министерство обороны РФРИА Новости/Министерство обороны РФ

Для начала сразу оговоримся – военное значение у «Буревестника» ограничено. Как оружие возмездия, эта ракета не имеет смысла – если мы не пропустим первый удар со стороны американцев, то наш ответно-встречный удар сотрет США с лица Земли в любом случае. А если мы такую атаку проспим, то несколько «Буревестников», которые ее переживут, ничего кардинально не изменят. Так может, американцы правы, и для нас самих было бы лучше закрыть этот проект?

Нет. Дело в том, что в любом случае программа создания «Буревестника» может дать много результатов, куда более важных, чем еще один тип ракеты на вооружении. Вне связи с чисто военными итогами проекта (которых мы еще неизвестно когда дождемся) у него уже есть промежуточный итог с важным научным и технологическим значением. Да, «Буревестники» еще летают очень недалеко. Но ничего сравнимого сегодня нет ни у кого. Обратимся к истории вопроса.

Полет на ядерной тяге

Люди мечтали об использовании энергии атома для летательных аппаратов еще с тридцатых годов прошлого века, но первые шаги были сделаны после Второй мировой войны. Заказчиками проектов и в СССР, и в США были военные – их целью было нанести удар по территории противника, а до нее было далеко, и нужны были летательные аппараты с огромной дальностью, не ограниченные запасом топлива на борту. Вскоре в США стартовал проект создания бомбардировщика НБ-36 с реактором на борту, а в СССР – Ту-119. Ни в одном случае полета на атомных двигателях не выполнялось, но и мы, и американцы подошли к этому вплотную и были вполне готовы. Правда, эти самолеты не были реактивными. Параллельно в СССР велись теоретические работы над прямоточно-воздушным реактивным двигателем, у которого в качестве источника тепла вместо сгорающего топлива был малогабаритный ядерный реактор.

В США похожие работы шли в рамках проекта «Плутон». Планировалось создание ядерного прямоточно-воздушного двигателя для межконтинентального беспилотного бомбардировщика SLAM – по сути гигантской крылатой ракеты с ядерным реактором, которая должна была доставлять к целям на советской территории термоядерные бомбы, попутно убивая всё живое по маршруту следования из-за ударной волны, создаваемой при сверхзвуковом (более четырех «звуков») и маловысотном (менее 300 метров) полете. Плюсом к ударной волне по людям «работал» бы радиоактивный выхлоп ракеты – воздух для реактивной тяги прогонялся прямо через реактор и, помимо сплошной полосы разрушения по маршруту пролета «ракеты», создавалась бы еще и полоса сильнейшего радиоактивного загрязнения.

Самой сложной частью этого проекта был ядерный прямоточно-воздушный реактивный двигатель, и он американцами был и успешно создан, и испытан в ходе наземных тестов – тоже успешно.

Однако межконтинентальные баллистические ракеты (МБР) отменили все эти проекты, они стали просто не нужны, да и рисков МБР на обычном химическом топливе создавала в десятки раз меньше. Но это был не конец.

В 1974 году, в ответ на программу «Спейс Шаттл» в США (которая имела военное значение), в СССР стартовала программа создания своего советского воздушно-космического самолета. ОКБ Туполева начало проект, сегодня известный как Ту-2000. Он предусматривал создание одноступенчатой системы для полетов на околоземную орбиту, по факту – большого самолета, способного на собственных двигателях выходить в космос, и с планером, способным выдержать пребывание в космическом пространстве и вход в атмосферу. Туполевцы предполагали сначала построить гиперзвуковой самолет, испытать его, а уже во второй очереди проекта штурмовать космос. А ОКБ Мясищева решило «взять» космос сразу. Но как?

Дело в том, что никакой одноступенчатый аппарат, работающий на химическом топливе, выйти в космос не мог тогда, не может и сейчас. Преодоление земного притяжения – это огромные энергозатраты. Огромные энергозатраты – это двигатели с очень мощной тягой, но они требуют много топлива на борту, а много топлива – это большая масса, которая еще и требует большой по размеру конструкции летательного аппарата, что вместе требует еще более мощных двигателей, которые... Выхода из этих замкнутых кругов нет.

В ракетостроении проблема решена путем отделения ступеней ракеты – как только топливо в баках ступени израсходовано, она отделяется вместе с двигателями, и «мертвый» груз с собой на орбиту нести не надо. С самолетом так не получится. Нужно иметь тягу и не иметь на борту больших запасов топлива. Тогда всё получится, но каким источником энергии пользоваться для этого?

Ответ был дан еще тогда, в 1974 году – чтобы самолет без отделяемых ступеней и баков мог бы достичь космического пространства, источником энергии для его двигателей должен быть ядерный реактор.

Вскоре работы по созданию атомного космического самолета стартовали. В ОКБ Мясищева проект проходил как М-19. Некоторое время проект имел серьезную государственную поддержку и шел довольно быстро. Задача до некоторой степени упрощалась, потому что ранее ОКБ им. Люльки провело обширные исследования ядерных турбореактивных двигателей разных схем – от обычных газотурбинных они отличались тем, что вместо камеры сгорания тепло к двигателю подавалось от ядерного реактора. В М-19 предполагалось использование так называемой двухконтурной схемы, когда контакта рабочего тела двигателей и реактора нет. В результате ни при работе турбореактивных двигателей, ни при работе прямоточных, разгоняющих самолет до гиперзвуковых скоростей, никакого радиационного заражения воздуха не происходило бы. Оно начиналось бы, однако, на высоте более пятидесяти километров, когда самолет выходил бы на разгон за счет ЯРД – ядерного реактивного двигателя, с прямой подачей рабочего тела (водорода) в реактор и его выходом в реактивное сопло. Но и там можно было сгладить негативные эффекты.

В 80-х годах проект проиграл внутриведомственную конкуренцию программе «Энергия–Буран» и потихоньку сошел на нет. Помимо этого, у СССР были экспериментальные работы по атомному противолодочному самолету с неограниченной дальностью полета на базе транспортного Ан-22 «Антей» и теоретическое изучение возможных двигателей для крылатых ракет разного типа. Видимо, часть этого задела и была использована в проекте «Буревестник». По крайней мере, то, что какие-то вялотекущие исследования по прямоточно-воздушным ядерным двигателям велись еще в начале 2000-х годов – факт.

А потом нам показали ядерную крылатую ракету.

Реалии и потенциал

Досконально неизвестно, какой именно тип двигателя применен на крылатой ракете «Буревестник». Это может быть и прямоточно-воздушный двигатель, и турбореактивный. Единственное, что известно про «Буревестник» абсолютно точно (по видео носовой части, которое опубликовано Министерством обороны), это то, что он не гиперзвуковой. Наиболее вероятно то, что это дозвуковая ракета. Однако можно также смело утверждать, что двигатель «Буревестника» одноконтурный – воздух, нагрев которого используется для создания реактивной тяги, у этой ракеты контактирует с самим реактором, а не с каким-то промежуточным теплообменником. Выбросы радиоактивных изотопов, которые теперь регулярно стали засекать в Европе, свидетельствуют именно об этом.

Такой двигатель вполне пригоден для оружия, применяемого в ядерной войне – сильно хуже от него природе уже не будет. Но кроме этого он ни для чего не пригоден.

Зато нарабатываемые в ходе доводки такого двигателя технологии и знания, а также наличие компактного, но мощного реактора, который, без всякого сомнения, является одним из самых передовых реакторов в мире на данный момент, в недалекой перспективе позволяет создать и двухконтурный двигатель, в котором теплоноситель реактора отдает тепло (но не радиацию!) «промежуточному» теплоносителю второго контура, а уже он – рабочему телу двигателя. И тогда мы получим пригодный для летательного аппарата турбореактивный двигатель, который не порождает радиационного заражения местности, над которой происходит полет.

Более того. Подобный двигатель автоматически даст России возможность обзавестись самолетами, имеющими неограниченную дальность полета, в том числе пилотируемыми. Интеграция несколько более мощного реактора, турбореактивного и прямоточно-воздушного двигателей, даст возможность создать не просто самолет – а высотный, с высотой полета многие десятки километров, гиперзвуковой самолет.

А размещение на таком самолете или ядерного реактивного двигателя (если удастся создать защиту рабочего тела от радиации), или хотя бы какого-то высокоэффективного жидкостно-реактивного двигателя с высокой тягой уже даст возможность вывести такой самолет в космос. И тогда многолетние мечты инженеров о транспортной системе, способной без всяких отделяемых ступеней доставлять на околоземную орбиту людей и грузы, станет реальностью. Насколько это изменит наш мир, даже представить невозможно.

Конечно, до этого очень далеко, даже если развитию проекта именно в эту сторону будет дан «зеленый свет», если будет выделено финансирование. Но в любом случае «Буревестник» – это первый шаг именно в этом направлении. Нет никаких гарантий, что за первым шагом будет второй – нам не впервой упускать великолепные возможности. Но первый-то мы уже делаем в любом случае! Остановка работ по «Буревестнику» с военной точки зрения Россию не ослабила бы, тут американцы, как ни странно, правы. А вот с точки зрения будущего потенциала всё выглядит совсем иначе. «Буревестник» может когда-то в далеком будущем принести нам непреодолимое для всех других стран превосходство в освоении космоса.

Впрочем, кое-кто об этом уже думает.

В 2019 году стало известно о том, что в Роскосмосе существуют сторонники создания ракетоплана с ядерной энергетической установкой. РИА «Новости», ссылаясь на попавший в распоряжение агентства документ, обнародовало следующую цитату из него:
«Планирование перспективных разработок многоразовых космических систем должно также включать в себя рассмотрение принципиально новых компоновок, таких как ракетопланы с ядерной двигательной установкой. Подобные системы могут в будущем изменить рынок космических средств выведения и создать новые рыночные ниши».
Так что маленький радиоактивный «Буревестник» может завести нас совсем не туда, куда многие думают. Подобно ракете Р-7 Сергея Королёва, которая никогда не доставляла ядерные боезаряды на территорию США, работы по ядерным реактивным двигателям могут иметь весьма интересное продолжение. У Р-7 был спутник, Гагарин и семейство ракет-носителей «Союз». У «Буревестника» могут быть еще более масштабные перспективы. Нам всем нужно просто очень сильно этого захотеть, и всё получится.
Водные ракеты воздушного командования - Как заставить вашу водяную ракету лететь ровнее

Для правильного полета ракета ДОЛЖНА быть стабильной. Технически ракета должна иметь центр давления (Cp) за центром тяжести (Cg), чтобы летать без акробатика. Простой способ думать об этом, если вы считаете, дизайн дротика из игры в дартс. У него тяжелый нос (ствол и наконечник) и легкий хвост с плавниками (рейс).Ракета должна быть сконструирована аналогично быть стабильным

Для лучшего объяснения и более подробной информации о ракете стабильность вот несколько хороших ссылок:

Для более подробных объяснений, не стесняйтесь используйте вашу любимую поисковую систему.

Вот некоторые распространенные схемы полета ракет, их вероятность причины и предложения о том, как их исправить. Конечно Типичная ракета может зависеть от ряда факторов одновременно.После исправления может потребоваться исправить другой.

Траектория полета Вероятный Причина Потенциал Средство правовой защиты
Ракета падение закончилось вскоре после запуска

Ракета нестабильна
Сделать ракету устойчивой, выполнив одно или несколько последующий:
  • Добавь вес к носу [1]
  • Увеличить размер ребра
  • Удлиненная ракета
  • Переместить ребра дальше назад
  • Прикрепите плавники правильно.Ребра должны быть максимально жесткими. Oни не должен плюхаться
  • Сделайте плавники из более легкого материала
Ракета летит прямо, но вращается вокруг его ось

Выровненные ребра, один или несколько ребер не выровнен с осью ракеты Используйте зажим для выравнивания ребер, чтобы обеспечить ориентации.
искривленных плавников Используйте материалы, которые не деформируются при воздействии влага или тепло.
Неравномерного размера или ласты неправильной формы Сделайте плавники, используя шаблон, чтобы обеспечить тот же размер и форма всех плавников
Ребра неравномерно распределены по корпусу ракеты Точно измерить расстояние между плавниками ракета.Используйте приспособление для выравнивания плавников.
Асимметричные выступы от корпуса ракеты, такие как корпуса камеры или компоненты систем восстановления такие как воздушные клапаны. Попробуйте сделать любые выступы симметричными. Выступ может привести к тому, что ракета будет вращаться и летать в дуге.
Ракета летит по дуге

Поперечный ветер

Летайте в менее ветреные дни или ждите более спокойного условия между порывами ветра.Ракета будет «флюгер» на ветер, если это причина.

Неуравновешенный по оси Баланс внутренних компонентов ракеты. компоненты восстановления и полезной нагрузки должны быть распределены вокруг оси ракеты, чтобы держать ее в равновесии. [2]
Неровное сопло / препятствие в сопле
Убедитесь, что сопло выровнено с ракетой ось.[3]
Неравномерный воздушный поток над ракетой из-за таких выступов как корпуса камеры, воздушные заслонки и т. д. Сделать выступы от ракеты симметричными и равномерно распределены вокруг ракеты.
Корпус ракеты изогнут Практика хороших методов строительства, чтобы предотвратить построение изогнутой ракеты.Ракета также может изгибаться из-за давлению.
Ракета летит по дуге, но когда заканчивается вода летит прямо

Ракета незначительно стабильна Улучшение устойчивости ракеты. Ракета незначительно устойчив во время водной фазы.
Сопло слишком маленькое Увеличьте размер сопла, если это возможно.
Слишком много воды Уменьшите количество воды в ракете.
Недостаточно давления Если это безопасно Итак, увеличьте давление.
Ракета выполняет 'S' или рыбий хвост в полете

Ракета незначительно стабильна Ракета может быть немного стабильной до воды заканчивается.Попробуйте улучшить стабильность.
Водяная каша из-за ракета не направлена ​​вертикально на стартовую площадку Вода может выплескиваться в ракете, как ее запускается, вызывая боковое движение, а затем качается назад, когда внутренняя волна отражается от другого сторона ракеты. Это может быть вызвано, когда пусковая установка не выровнена должным образом и вода сидя на стороне ракеты.
Ракета летит прямо, но отклоняется курс на старте

Нет или слишком короткая направляющая Увеличьте длину направляющей шины. это позволит ракете быстрее достичь стабильного полета указывая в правильном направлении.
Поперечный ветер Ждите более спокойных условий.
Нестабильная пусковая установка Закрепить пусковую установку на земле. Пусковая установка может двигаться, когда стартовая строка вытягивается, вызывая движение качки на ракете, когда она выпускает.
Низкое ускорение при взлете потенциально из-за:
Слишком много воды Уменьшите количество воды в ракете.
Недостаточно давления Увеличьте давление, но оставайтесь в безопасных пределах.
Сопло слишком маленькое Увеличьте размер сопла, если это возможно.
Ракета слишком тяжелая Уменьшить вес ракеты
Ракета летит прямо для первой части полета но опрокидывается вскоре после

Потеря мощности из-за удара эффект
Эта траектория полета более неясна, но была наблюдается в ракетах, которые используют узкий Робинсон муфты и большие насадки.В этом случае некоторые из воздуха уходит, оставляя немного воды в ракете.

Попробуйте подобрать размер сопла к размеру Соединения Робинсона.

Используйте перегородку над муфтой Робинсона, чтобы предотвратить прорваться

Сломанный плавник (и) плавник может оторваться во время запуска или ослабнуть что приводит к потере стабильности.
Air Command Water Rockets - 30 советов, как заставить вашу водяную ракету летать выше

  • Используйте более высокое давление. Пока камера давления ракеты остается в пределах безопасные пределы, повышение давления может иметь значительное влияние на увеличение высоты. Это может быть возможно укрепить ракету, чтобы держать более высокие давления без добавив слишком много лишнего веса.

  • Сохраняйте вес до минимума. каждый ракета имеет оптимальный вес. Маленький и простой сингл бутылочные ракеты иногда могут быть ниже их оптимального вес, и добавление небольшого веса к ракете может увеличить высоту Из-за методов строительства, большие ракеты обычно выходят за рамки своего оптимального вес и, как следствие, должны быть такими же легкими, как возможно. Использовать симулятор для расчета оптимального веса для конкретная ракета.Также держите любой вес полезной нагрузки на минимум.

  • Увеличить объем ракеты. Вообще увеличение объема ракеты также увеличит высоту. Лучший способ увеличить громкость - сделать камера давления дольше. Это не увеличивает сопротивление значительно, хотя есть соответствующий вес штраф. Увеличение диаметра ракеты для увеличения объем не только приведет к увеличению веса, но и больше перетаскивать, и, как правило, снизить максимальное давление сосуд под давлением может держать.

  • оптимизировать корпус ракеты до уменьшить сопротивление. Избегайте ненужных выступов в воздушный поток. Держите тело ракеты так гладко, как возможно, избегая резких переходов. Идеальная форма удлиненная слеза. В зависимости от конструкции доступные материалы, минимальный диаметр ракеты значительно уменьшить сопротивление, за счет объема. ракета меньшего диаметра также может удерживать более высокий максимум давление.

  • Используйте пусковую трубу на пусковой установке. Пусковая труба может иметь значительные влияние на апогей ракеты. Чем дольше запуск трубка тем лучше. Диаметр пусковой трубы должен быть настолько большим, насколько это возможно, и должно быть размером примерно сопло, чтобы уменьшить количество потери воды, как ракета разгоняется по трубе. Обратите внимание, что максимум Размер сопла может быть не самым оптимальным после ракета покидает пусковую трубу.Рассмотрите возможность использования Т-сопло для лучшей эффективности.

  • Используйте правильное количество воды. Хотя треть объема может быть хорошим приближением, каждая конкретная ракета будет иметь оптимальное наполнение водой в зависимости от ее веса, сопротивление коэффициент, давление, размер сопла и т. д. Используйте симулятор, чтобы предсказать наилучшее количество воды для использования для каждой конфигурации ракеты.

  • Используйте форсунку оптимального размера. диаметр сопла должен быть оптимизирован в зависимости от различных параметры ракеты. Использовать симулятор, чтобы выяснить оптимальный размер сопла. При изменении размера сопла могут быть ограничения к типу пусковой установки и пусковой трубы.

  • Используйте несколько этапов. правильно разработанные многоступенчатые ракеты могут увеличить высоту опоры над одноступенчатыми конструкциями.Рассматривать ваша высоко оптимизированная ракета сидит на вершине ракета-носитель.

  • Оптимизация сроков выпуска. Выпуск следующего этапа многоступенчатой ​​ракеты критически важно для достижения максимальной высоты. Использование измеренные в полете параметры в реальном времени для инициирование постановки может достичь лучших результатов. Лучший время выхода следующего этапа сразу после бустера сгореть так же, как ускоритель начинает замедляться.

  • Используйте хвост лодки на ракете. А плавный переход от диаметра корпуса ракеты к сопло поможет с снижение базового сопротивления.

  • Позвольте воздуху остыть внутри барокамера Как воздух сжимается внутри ракета греется. По мере охлаждения воздуха давление будет падение пропорционально снижению температуры.Ты можешь струйка заполнить ракету перед запуском убедитесь, что оптимальное давление достигается.

  • Оптимизировать ведущий и трейлинг края твоих плавников. Для уменьшения сопротивления профиля Ваши плавники должны иметь профиль аэродинамического профиля. Видеть этот документ для более подробной информации.

  • Используйте 3 плавника вместо 4 или более. Если пусковая установка позволяет это, а ракета в противном случае чтобы быть устойчивым, использование меньшего количества плавников должно приведет к меньшему сопротивлению и меньшему весу на ракете.

  • Используйте плавники оптимальной формы. плавники должны иметь оптимальную форму. Видеть этот документ для более подробной информации. Оптимальная форма будет варьироваться в зависимости от конструкции ракеты и ракеты Профиль полета.

  • Используйте плавники оптимального размера. Пока важно иметь правильный профиль и форму плавника, также важно не делать плавники слишком большими.Плавники больше, чем нужно добавить сопротивление и вес ракеты. Большие плавники могут также вызвать чрезмерную стабильность ракеты.

  • Обеспечить плавный внутренний поток воды через сопло. Увеличьте эффективность форсунки на обеспечение нетурбулентного потока воды и воздуха из барокамера и через сопло. Там должен быть резких переходов в потоке нет.Польский внутри сопло.

  • Летите в безветренный день. Ветер будет заставить ракету взлететь на ветер, вызывая это лететь по дуге и достижения меньшей высоты, чем если это пошло прямо вверх. Количество погодного взвода будет зависеть от стабильности конструкции ракеты и скорость ветра. Ракета, которая чрезмерно стабильный, как правило, погода-петух больше.

  • Используйте закругленный нонсекон. Параболический носовые конусы являются наиболее эффективными для водных ракет, так как они хорошо путешествуют в дозвуковом диапазоне. Вот несравненное сравнение форм документ с подробным описанием распространенных носовых конусов, используемых моделью ракеты.

  • Используйте менее плотную жидкость. Нижняя плотность жидкости может оказать положительное влияние на повышение апогей ракеты.Тем не менее, используя жидкость, кроме вода может означать, что ракета не может рассматриваться как вода ракета. Изменение плотности воды может быть достигнуто путем аэрация воды, например, в пене. Использовать симулятор для прогнозирования высоты ракеты с жидкость меньшей плотности.

  • Используйте более тяжелый газ. Некоторые газы как CO2 может обеспечить лучшую производительность из-за их более тяжелый молекулярный вес и, следовательно, обеспечивают большую реактивную масса.

  • Правильно совместите плавники. Выровненные плавники могут стать причиной большего сопротивления и потенциально чрезмерное вращение ракеты. Ракета теряет энергия из-за сопротивления и часть энергии уходит во вращение ракеты. Ребра также должны быть максимально жесткими для предотвращения трепетания плавников.

  • Сделать ракету устойчивой. An неустойчивая ракета не будет лететь прямо и достичь меньшая высота.Ракеты должны быть спроектированы так, чтобы стабильны, когда они сухие. Фаза повышения как правило, очень короткие с большими соплами и поэтому Ракета проводит большую часть своего подъема в сухом состоянии. При использовании меньшего сопла, ракета должна быть рассчитана на слегка более стабильным для учета большей продолжительности вода в хвосте ракеты.

  • Удалить внутренние препятствия. Оптимизация внутреннего потока воды и воздуха добавляет к КПД ракеты. Если строительные методы разрешить, рассмотрите возможность удаления ограничений потока, таких как муфты / перегородки для обеспечения наиболее эффективного потока и предотвратить удержание воды во время фазы тяги.

  • Вылет с высоты места. Старт с большой высоты означает, что воздух менее плотный и, следовательно, ракета будет испытывать меньше тянутьНапример, в среднем воздух в Денвере, Колорадо на 15% менее плотный, чем на уровне моря. Смотрите здесь для высота против графиков плотности воздуха.

  • Запуск ракет в термики. Полет ракеты в термике может добавить дополнительный попутный ветер ракета, уменьшающая сопротивление. Вот обширный документ о термиках, как они работают и как их найти. Термические также полезны для увеличивая эфирное время вашей ракеты.

  • Направьте пусковую установку вертикально возможно. При прочих равных, ракета, которая улетит на 2 градуса от вертикали, улетит примерно на 0,5% ниже, и ракета, которая летит на 5 градусов от вертикаль будет летать примерно на 2-3% ниже.

  • Оптимизация направления второго этапа после постановки. Обеспечение следующего этапа многоступенчатая ракета уходит как можно ближе к вертикали возможно может быть сложно, но важно достичь максимальная высота

  • Запуск ракет во влажный день. Влажный воздух менее плотный, чем сухой воздух Воздух низкой плотности будет уменьшить сопротивление на ракете. При стандартной температуре и давление на уровне моря, 100% влажный воздух примерно на 1% менее плотный, чем сухой воздух. Увидеть калькуляторы плотности воздуха для получения дополнительной информации.

  • Запуск ракет в жаркий день. Более высокая температура воздуха означает меньшую плотность. Вот документ, касающийся давления воздуха, плотности воздуха и температура. Увидеть калькуляторы плотности воздуха для получения дополнительной информации.

  • Смажьте трубку запуска меньше трение. Если вы используете пусковую трубу с вашим пусковая установка, которая имеет относительно плотную посадку на сопле, убедитесь, что трение уменьшено, слегка смазывая пусковая труба.Меньшее трение приведет к повышению Скорость взлета.

  • ,

    BBC - взрыв идет по теории

    Видеогид Яна

    Чтобы увидеть этот контент, вам нужно включить как Javascript, так и установить Flash. Посетите BBC Webwise для полных инструкций

    Доктор Ян показывает вам, как безопасно построить и запустить ракету с бутылкой с водой.

    Контрольный список

    Сложность: умеренная Нужна помощь взрослого
    Время / усилие: умеренное Примерно полчаса, чтобы сделать.Запуск занимает секунды
    Уровень опасности: небольшой Острые инструменты при сборке. Берегите себя при запуске

    БЕЗОПАСНОСТЬ: Эта ракета использует давление воздуха, чтобы бросить бутылку на высокой скорости 20–50 метров.

    Бутылка должна быть полностью изготовлена ​​из пластика, у нее не должно быть острых предметов, и она должна быть для газированного напитка, чтобы пластик выдерживал давление внутри.

    Проделать отверстие в пробке, используя дрель, пунш или шило - это работа для взрослого.

    Ракета запускается практически без предупреждения и может летать в произвольном направлении. Никогда не стреляйте в кого-либо

    Перед тем, как приступить к прокачке, убедитесь, что в зоне стрельбы нет людей, животных и хрупких предметов.

    Вам нужно

    • Одна 2-х литровая пластиковая бутылка для газированных напитков

    • Винная пробка, плотно прилегающая к носику бутылки

    • Клапан из внутренней трубки велосипеда, чем длиннее клапан, тем лучше.Веломагазины часто отдают старые проколотые

    • Насос, который подходит к клапану. Ручные насосы или ножные насосы в порядке

    • Нечто, способное удерживать бутылку, горлышко вниз, под углом к ​​земле - ручка садовой вилки работает хорошо, но ветви, кусочки дерева или горшки с растениями будут работать как стартовая площадка

    • Несколько литров водопроводной воды

    Альтернатива: см. Метод Футбольного насоса ниже

    Что вы делаете

    Если клапан слишком короткий, обрежьте пробку.Оберните ленту вокруг пробки, если она не плотно прилегает к бутылке.

    Убедитесь, что пробка будет плотно прилегать к бутылке. Вы можете обернуть ленту вокруг него, чтобы сделать его немного больше.

    Убедитесь, что клапан достаточно длинный, чтобы проткнуть пробку, и все же позволить вам присоединить насос. Вы можете укоротить пробку, разрезая ее, если вам нужно.

    Безопасность: Требуется помощь взрослого для следующего шага.

    Сделайте отверстие по всей длине пробки, чтобы клапан мог впустить воздух.Используйте дрель, или удар, и маленькую отвертку. Отверстие должно быть настолько маленьким, насколько это возможно, при этом позволяя клапану проходить через него.

    Безопасность: Тщательно выбирайте зону запуска, чтобы не было опасности ни для вас, ни для кого-либо еще.

    Ручка садовой вилки - хороший держатель для запуска.

    Сделайте стартовую площадку, которая удерживает бутылку горлышком вниз, позволяет установить насос и стоять за бутылкой. Один хороший метод - посадить лопату или садовую вилку в землю под небольшим углом и проткнуть бутылку через ручку.

    В бутылку поместите примерно 500 мл воды (четверть ее вместимости). Запечатайте бутылку пробкой и клапаном. Откройте клапан и установите насос.

    Безопасность: Проверьте, свободна ли зона запуска, прежде чем начинать прокачку. Пусть кто-нибудь наблюдает за тем, чтобы стоять на расстоянии не менее 3 метров назад.

    Начните прокачивать аккуратно и стабильно, сохраняя бутылку выровненной как можно лучше.

    Продолжайте качать, пока пробка не лопнет, и бутылка не улетит.

    Футбольный насос метод

    Вот более простая конструкция, в которой используется насос с иглой для надувания таких предметов, как регби или футбольные мячи.Вам не нужен клапан для внутренней трубки велосипеда, и вам не нужно делать отверстие в пробке. Вместо этого осторожно пропустите иглу насоса через пробку, чтобы добавить воздуха. Вы, вероятно, будете еще более влажными, используя эту технику.

    Что должно произойти

    Когда вы качаете, вы можете видеть пузырьки воздуха в бутылке. Когда давление слишком велико для пробки, пробка выталкивается наружу.

    Бутылка взлетает, оставляя за собой след воды и, вероятно, замачивая человека, который качает.

    Как только бутылка опустеет, ее полет начнет замедляться.

    Если это не работает для вас

    Если ракета вообще не летит, проверьте две вещи:

    • Вода вытекает из бутылки? Осмотрите пробку, чтобы проверить, достаточно ли она герметична.

    • Воздух попадает в бутылку? Ищите пузырьки воздуха в воде, когда вы качаете. Если нет, убедитесь, что клапан может открыться, чтобы пропустить воздух из насоса. Он может быть поврежден или закручен.

    Если ракета летит, но не очень хорошо, есть вещи, которые вы можете отрегулировать.

    • Количество воды имеет большое значение. Начните с наполнения бутылки на четверть (500 мл воды в бутылке объемом 2 л) и отрегулируйте ее вверх или вниз для достижения наилучшего расстояния полета.

    • Убедитесь, что ваша панель запуска позволяет бутылке отлетать. Возможно, вам придется попробовать несколько методов в зависимости от вашего насоса и формы вашей бутылки.

    Полет дальше

    Этот дизайн является основным, чтобы показать, как работает принцип.Использование только трения пробки для удержания в воздухе и воде означает, что давление не может быть очень высоким. И большинство бутылок не идеальная форма для плавного полета.

    Существует множество других, более совершенных ракетных конструкций. Некоторые люди соревнуются в национальных соревнованиях.

    • Изучите Интернет для вдохновения и узнайте, как вы можете улучшить свою ракету. Справа на этой странице есть несколько ссылок.

    • Имейте в виду, что если вы измените дизайн, вам также необходимо учесть дополнительные меры предосторожности.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *