Umetnik upodablja integrirani demonstrator moči. Kreditna slika: NASA. Kliknite za povečavo.
Ko razmišljate o prihodnji raketni tehnologiji, verjetno pomislite na ionski pogon, antimaterijske motorje in druge eksotične koncepte.
Ne tako hitro! Zadnje poglavje o tradicionalnih raketah na tekoče gorivo še ni napisano. V teku so raziskave nove generacije raket na tekoče gorivo, ki bi lahko podvojile zmogljivosti glede na današnje zasnove, hkrati pa izboljšale zanesljivost.
Rakete na tekoče gorivo že dolgo obstajajo: prvo splavitev na tekoči pogon je leta 1926 izvedel Robert H. Goddard. Ta preprosta raketa je ustvarila približno 20 kilogramov potiska, dovolj, da jo je nosil približno 40 čevljev v zrak. Od takrat so dizajni postali prefinjeni in močni. Na primer trije motorji na vesoljskem letalu s tekočim gorivom lahko na Zemlji pokažejo več kot 1,5 milijona funtov kombiniranega potiska.
Lahko bi domnevali, da je bila do zdaj že izvedena vsa možna izboljšava modelov raket na tekoče gorivo. Motili bi se Izkazalo se je, da obstaja prostor za izboljšave.
Vodili so ameriške zračne sile, skupina, ki jo sestavljajo NASA, ministrstvo za obrambo in več industrijskih partnerjev, ki delajo na boljši zasnovi motorjev. Njihov program se imenuje Integrirane raketne tehnologije z visokim izplačilom in iščejo številne možne izboljšave. Ena najbolj obetavnih do zdaj je nova shema pretoka goriva:
Osnovna ideja rakete s tekočim gorivom je precej preprosta. Gorivo in oksidant, ki sta v tekoči obliki, se dovajata v zgorevalno komoro in vžgeta. Na primer, shuttle uporablja tekoči vodik kot svoje gorivo in tekoči kisik kot oksidant. Vroči plini, ki nastanejo pri zgorevanju, hitro skočijo skozi stožčasto šobo in tako ustvarijo potisk.
Podrobnosti so seveda veliko bolj zapletene. V enem primeru je treba tako tekoče gorivo kot oksidant dovajati v komoro zelo hitro in pod velikim pritiskom. Glavni motorji shuttlea bi izpraznili bazen, poln goriva v samo 25 sekundah!
Ta hudourniški hudournik goriva poganja turbo črpalka. Za napajanje turbo črpalke se majhna količina goriva "zgore", kar ustvarja vroče pline, ki poganjajo turbo črpalko, ki natoči preostalo gorivo v glavno zgorevalno komoro. Podoben postopek se uporablja za črpanje oksidanta.
Današnje rakete s tekočim gorivom pošiljajo le majhno količino goriva in oksidanta skozi predgorevalnike. Količina teče neposredno v glavno zgorevalno komoro in v celoti preskoči predgorevalnike.
Ena od številnih novosti, ki jo preizkušajo zračne sile in NASA, je, da pošljejo vse gorivo in oksidant skozi svoja predhodna gorilnika. Tam porabijo le majhno količino - ravno toliko, da poganjajo turbo; ostalo teče skozi zgorevalno komoro.
Ta zasnova "faznega cikla s polnim tokom" ima pomembno prednost: z večjo maso, ki gre skozi turbino, ki poganja turbo črpalko, se turbo črpalka poganja močneje in tako dosega višje tlake. Višji tlaki so enaki večji zmogljivosti rakete.
Takšen dizajn še nikoli ni bil uporabljen v raketi na tekoče gorivo v ZDA, je povedal Gary Genge iz Nasinega vesoljskega letališkega centra Marshall. Genge je namestnik vodje projekta za integrirani demonstrator moči (IPD) - testni motor za te koncepte.
"Ti modeli, ki jih raziskujemo, bi lahko izboljšali delovanje na več načinov," pravi Genge. "Upamo na boljši izkoristek goriva, večje razmerje med potiskom in težo, izboljšano zanesljivost - in vse z nižjimi stroški."
"V tej fazi projekta pa samo poskušamo pravilno nadomestiti ta vzorec pretoka," ugotavlja.
Že dosegli so en ključni cilj: hladilnejši motor. "Turbo črpalke, ki uporabljajo tradicionalne vzorce pretoka, se lahko segrejejo do 1800 C," pravi Genge. To je veliko toplotnega stresa na motorju. Turbo črpalka s polnim tokom je hladnejša, saj z večjo maso, ki teče skozi njo, je mogoče uporabiti nižje temperature in še vedno doseči dobre zmogljivosti. "Znižali smo temperaturo za nekaj sto stopinj," pravi.
IPD je mišljen le kot preizkusna plošča za nove ideje, ugotavlja Genge. Sam demonstrator ne bo nikoli poletel v vesolje. Če pa je projekt uspešen, bi lahko nekatere izboljšave IPD našle pot v lansirna vozila prihodnosti.
Skoraj sto let in na tisoče izstrelkov po Goddardu bodo morda še najboljše rakete na tekoče gorivo.
Izvirni vir: NASA Science Article
