Двигатели которые работают на твердом топливе

Как работают ракетные двигатели?

Освоение космоса — самое удивительное из мероприятий, когда-либо проводимых человечеством. И большую часть удивления составляет сложность. Освоение космоса осложняется массой проблем, которые нужно решить и преодолеть. Например, безвоздушное пространство, проблема с температурой, проблема повторного входа в атмосферу, орбитальная механика, микрометеориты и космический мусор, космическая и солнечная радиация, логистика в условиях невесомости и другое. Но самая сложная проблема — это просто оторвать космический корабль от земли. Здесь не обойтись без ракетного двигателя, поэтому в этой статье мы рассмотрим именно это изобретение человечества.

С одной стороны, ракетные двигатели настолько просто устроены, что за небольшую копейку вы сможете построить ракету самостоятельно. С другой стороны, ракетные двигатели (и их топливные системы) настолько сложны, что доставкой людей на орбиту, по сути, занимаются только три страны мира.

Когда люди задумываются о двигателе или моторе, они думают о вращении. К примеру, бензиновый двигатель автомобиля производит энергию вращения, чтобы двигать колеса. Электродвигатель производит энергию вращения для движения вентилятора или диска. Паровой двигатель делает то же самое, чтобы вращать паровую турбину.

Ракетные двигатели принципиально отличаются. Ракетные двигатели — это реактивные двигатели. Основной принцип движения ракетного двигателя — это знаменитый принцип Ньютона, «на каждое действие есть равное противодействие». Ракетный двигатель выбрасывает массу в одном направлении, а благодаря принципу Ньютона движется в противоположном направлении.

Понятие «выбрасывания массы и движения по принципу Ньютона» может быть сложно понять с первого раза, потому что ничего не разобрать. Ракетные двигатели, кажется, работают с огнем, шумом и давлением, а не «толкают вещи». Давайте рассмотрим несколько примеров, чтобы получить более полную картину реальности.

Если вы когда-нибудь стреляли из оружия, желательно из дробовика 12-го калибра, то вы знаете, что такое отдача. Когда вы стреляете из оружия, оно отдает вам в плечо, достаточно ощутимо. Этот толчок и есть реакция. Дробовик выпуливает около 30 грамм металла в одном направлении со скоростью больше 1000 км/ч, и ваше плечо чувствует отдачу. Если бы вы стояли на скейтборде или были в роликах, то выстрел из дробовика сработал бы как реактивный двигатель, и вы покатились бы в противоположном направлении.

Если вы когда-либо наблюдали за работой пожарного шлага, вы наверняка заметили, что его достаточно сложно удержать (иногда пожарные вдвоем и втроем его держат). Шланг работает как ракетный двигатель. Он выбрасывает воду в одном направлении, а пожарные используют свою силу, чтобы противостоять реакции. Если они упустят рукав, он будет метаться повсюду. Если бы пожарные стоял на скейтбордах, пожарный рукав разогнал бы их до приличной скорости.

Когда вы надуваете воздушный шарик и выпускаете его, он летает по всей комнате, испуская воздух, — так работает ракетный двигатель. В данном случае вы выпускаете молекулы воздуха из шара. Многие считают, что молекулы воздуха ничего не весят, но это не так. Когда вы выпускаете их из шарика, шарик летит в противоположном направлении.

Еще один сценарий, который поможет объяснить действие и противодействие, — это космический бейсбол. Представьте, что вы вышли в скафандре в космос недалеко от своего космического судна, и у вас в руке бейсбольный мяч. Если вы его бросите, ваше тело среагирует в противоположном направлении от мяча. Допустим, он весит 450 гр, а ваше тело вместе со скафандром весит 45 кг. Вы бросаете бейсбольный мяч весом почти в полкило со скоростью 34 км/ч. Таким образом, вы ускоряете полукилограммовый мяч своей рукой так, что он набирает скорость 34 км/ч. Ваше тело реагирует в противоположном направлении, но весит в 100 раз больше мяча. Таким образом, оно принимает одну сотую ускорения мяча, или 0,34 км/ч.

Если вы хотите создать большую тягу от своего бейсбольного мяча, у вас есть два варианта: увеличить его массу или увеличить ускорение. Вы можете бросить мячик потяжелее или бросать мячи один за другим, либо бросить мяч быстрее. Но на этом все.

Ракетный двигатель, как правило, выбрасывает массу в форме газа под высоким давлением. Двигатель выбрасывает массу газа в одном направлении, чтобы получить реактивное движение в противоположном направлении. Масса идет от веса топлива, которое сгорает в двигателе ракеты. Процесс горения ускоряет массы топлива так, что они выходят из сопла ракеты на высокой скорости. Тот факт, что топливо превращается из твердого тела или жидкости в процессе сгорания, никак не меняет его массу. Если вы сожжете килограмм ракетного топлива, вы получите килограмм выхлопа в виде горячих газов на высокой скорости. Процесс сжигания ускоряет массу.

«Сила» ракетного двигателя называется тягой. Тяга измеряется в ньютонах в метрической системе и «фунтах тяги» в США (4,45 ньютона тяги эквивалентны одному фунту тяги). Фунт тяги — это количество тяги, необходимое для удержания 1-фунтового объекта (0,454 кг) неподвижным относительно силы тяжести Земли. Ускорение земной гравитации составляет 9,8 м/с².

Одной из забавных проблем ракет является то, что топливный вес, как правило, в 36 раз больше полезной нагрузки. Потому что помимо того, что двигателю нужно поднимать вес, этот же вес и способствует собственному подъему. Чтобы вывести крошечного человека в космос, нужна огромная ракета и много-много топлива.

Обычная скорость для химических ракет составляет от 8000 до 16 000 км/ч. Топливо горит около двух минут и вырабатывает 3,3 миллиона фунтов тяги на старте. Три основных двигателя космического шаттла, например, сжигают топливо в течение восьми минут и вырабатывают около 375 000 фунтов тяги каждый в процессе горения.

Далее мы рассмотрим топливные смеси твердотопливных ракет.

Твердотопливные ракеты: топливная смесь

Ракетные двигатели на твердом топливе — это первые двигатели, созданные человеком. Они были изобретены сотни лет назад в Китае и используются до сих пор. О красных бликах ракет поется в национальном гимне (написанном в начале 1800-х) — имеются в виду небольшие боевые ракеты на твердом топливе, используемые для доставки бомб или зажигательных устройств. Как видите, такие ракеты существуют уже давненько.

Идея, которая лежит в основе ракеты на твердом топливе, довольно проста. Вам нужно создать нечто, что будет быстро гореть, но не взрываться. Как вы знаете, порох не подходит. Оружейный порох на 75 % состоит из нитрата (селитры), 15 % угля и 10 % серы. В ракетном двигателе взрывы не нужны — нужно, чтобы топливо горело. Можно изменить смесь до 72 % нитрата, 24 % угля и 4 % серы. Вместо пороха вы получите ракетное топливо. Эта смесь будет быстро гореть, но не взорвется, если правильно ее загрузить. Вот типичная схема:

Твердотопливные ракеты: конфигурации

Читая описание для современных твердотопливных ракет, часто можно найти вот такое:

«Ракетное топливо состоит из перхлората аммония (окислитель, 69,6 % по весу), алюминия (топливо, 16 %), оксида железа (катализатор, 0,4 %), полимера (связующей смеси, удерживающей топливо вместе, 12,04 %) и эпоксидный отверждающий агент (1,96 %). Перфорация выполнена в форме 11-конечной звезды в переднем сегменте двигателя и в форме дважды усеченного конуса в каждом из остальных сегментов, включая конечный. Такая конфигурация обеспечивает высокую тягу при розжиге, а затем уменьшает тягу примерно на треть спустя 50 секунд после старта, предотвращая перенапряжение аппарата во время максимального динамического давления». — NASA

Здесь объясняется не только состав топлива, но и форма канала, пробуренного в центре топлива. «Перфорация в виде 11-конечной звезды» может выглядеть вот так:

Твердотопливные двигатели обладают тремя важными преимуществами:

• простота
• низкая стоимость
• безопасность

Но есть и два недостатка:

• тягу невозможно контролировать
• после зажигания двигатель нельзя отключить или запустить повторно

Недостатки означают, что твердотопливные ракеты полезны для непродолжительных задач (ракеты) или систем ускорения. Если вам понадобится управлять двигателем, вам придется обратиться к системе жидкого топлива.

Жидкотопливные ракеты

В 1926 году Роберт Годдард испытал первый двигатель на основе жидкого топлива. Его двигатель использовал бензин и жидкий кислород. Также он пытался решить и решил ряд фундаментальных проблем в конструкции ракетного двигателя, включая механизмы накачки, стратегии охлаждения и рулевые механизмы. Именно эти проблемы делают ракеты с жидким топливом такими сложными.

Основная идея проста. В большинстве жидкотопливных ракетных двигателях топливо и окислитель (например, бензин и жидкий кислород) закачиваются в камеру сгорания. Там они сгорают, чтобы создать поток горячих газов с высокой скоростью и давлением. Эти газы проходят через сопло, которое еще больше их ускоряет (от 8000 до 16 000 км/ч, как правило), а после выходят. Ниже вы найдете простую схему.

• Жидкий водород и жидкий кислород (основные двигатели космических шаттлов).
• Бензин и жидкий кислород (первые ракеты Годдарда).
• Керосин и жидкий кислород (использовались на первой ступени «Сатурна-5» в программе «Аполлон»).
• Спирт и жидкий кислород (использовались в немецких ракетах V2).
• Четырехокись азота/монометилгидразин (использовались в двигателях «Кассини»).

Будущее ракетных двигателей

Мы привыкли видеть химические ракетные двигатели, которые сжигают топливо для производства тяги. Но есть масса других способов для получения тяги. Любая система, которая способна толкать массу. Если вы хотите ускорить бейсбольный мячик до невероятной скорости, вам нужен жизнеспособный ракетный двигатель. Единственная проблема при таком подходе — это выхлоп, который будет тянуться через пространство. Именно эта небольшая проблема приводит к тому, что ракетные инженеры предпочитают газы горящим продуктам.

Многие ракетные двигатели крайне малы. К примеру, двигатели ориентации на спутниках вообще не создают большую тягу. Иногда на спутниках практически не используется топливо — газообразный азот под давлением выбрасывается из резервуара через сопло.

Новые конструкции должны найти способ ускорить ионы или атомные частицы до высокой скорости, чтобы сделать тягу более эффективной. А пока будем пытаться делать электромагнитные двигатели и ждать, что там еще выкинет Элон Маск со своим SpaceX.

Твердотопливные ракетные двигатели

История твердотопливных двигателей

Первой работой КБ «Южное» в области создания твердотопливных ракетных двигателей (РДТТ) является начатая в 1963 г. опытно-конструкторская разработка маршевого РДТТ первой ступени 15Д15 для комбинированной ракеты 8К99.

Первый пуск двигателя был проведен в апреле 1965 г.

Однако в октябре 1969 г., несмотря на серию полностью успешных пусков ракеты 8К99, ее разработка была прекращена. Опыт создания РДТТ позволил выработать новые прогрессивные подходы к определению наиболее оптимального облика будущих маршевых РДТТ.

В 1969 г. в КБ «Южное» была начата разработка МБР 15Ж43 и, в том числе, РДТТ первой ступени – 15Д122.

При создании двигателя был предложен ряд прогрессивных решений:

• комбинированный корпус со стеклопластиковой трубой продольно-поперечной намотки и металлическими днищами;
• моноблочный заряд из смесевого твердого топлива на основе бутилового каучука, прочноскрепленный с корпусом;
• центральное частично утопленное в камеру сгорания стационарное сопло с системой управления вектором тяги вдувом горячего камерного газа в утопленную сверхзвуковую часть сопла.

Проведенные огневые испытания двигателя 15Д122 подтвердили его работоспособность и требуемые характеристики системы управления вектором тяги на основе «горячего» вдува.

В этот период в КБ были разработаны управляющие твердотопливные двигатели для разведения космических объектов с увеличенным временем работы и управляющими усилиями (15Д161, 15Д171, 15Д221). В двигателях использовались заряды торцевого горения из безметального смесевого топлива с оригинальной конструкцией скрепления с корпусом и уникальной конструкцией уплотнения в подшипниках вращающихся сопел.

Следующей работой КБ «Южное» по созданию РДТТ стала разработка маршевого двигателя 3Д65 для первой ступени ракеты морского базирования 3М65 (разработки конструкторского бюро им. Макеева), в конструкции которого были применены самые передовые инженерные решения:

• цельномотанный корпус типа «кокон» с силовой оболочкой из высокопрочного органоволокна и закладными элементами из титанового сплава;
• прочноскрепленный с корпусом заряд из высокоэнергетического смесевого топлива на основе бутилкаучука;
• стационарное сопло с системой управления вектором тяги по трем каналам на основе «горячего» вдува;
• ряд конструкторских решений, обусловленных спецификой применения двигателя в составе ракеты морского базирования (старт, как из надводного, так и подводного положения).

В 1982 г. двигатель 3Д65 был допущен к серийному производству.

В середине 1970-х годов КБ «Южное» приступило к разработке маршевых РДТТ первой ступени – 15Д206 и второй ступени – 15Д207 для шахтной МБР 15Ж44 и мобильной МБР 15Ж52.

С целью сокращения объема и сроков экспериментальной отработки двигатель 15Д206 был спроектирован как полный аналог двигателя 3Д65, изменения состояли в повышении уровня расходно-тяговых характеристик, увеличении диаметра критического сечения и величины давления в камере сгорания.

При разработке двигателя 15Д207 были применены следующие новые технические решения:

• стационарное сопло с выдвижным высотным насадком;
• углерод-углеродные композиционные материалы для вкладыша критического сечения;
• рецептуры топлива с повышенным уровнем энергетических характеристик;
• моноблочный заряд с высоким коэффициентом заполнения камеры сгорания.

Наземная отработка двигателей была начата в 1979 г.

Однако в 1983 г. было принято решение о прекращении разработки ракет 15Ж44 и 15Ж52 и о создании на их базе МБР 15Ж60 и 15Ж61 с улучшенными тактико-техническими характеристиками и повышенным уровнем стойкости к поражающим факторам ядерного оружия.

Для мобильных ракет 15Ж61 был создан новый двигатель второй ступени – 15Д290, улучшенные характеристики которого были получены за счет применения нового высокоэнергетического смесевого топлива и внедрения ряда конструкторских решений, повышающих стойкость двигателя к воздействию поражающих факторов ядерного оружия.

Для ракеты 15Ж60 предъявленные требования к маршевым РДТТ первой и второй ступеней привели к необходимости создания принципиально нового двигателя первой ступени и модернизации двигателя второй ступени (15Д305 и 15Д339 соответственно).

При разработке двигателя 15Д305 были заложены следующие уникальные решения:

• высокоэнергетическое топливо на основе октогена;
• корпус типа «кокон»;
• центральное поворотное сопло на эластичном опорном шарнире с моноблочным вкладышем критического сечения из объемно-армированного углерод-углеродного материала.

Для двигателя 15Д339 было создано многофункциональное покрытие, защищающее корпус от всех поражающих факторов ядерного оружия, а также улучшено массовое совершенство конструкции и повышена эрозионная стойкость сопла.

В результате проведенных работ в 1986-1988 гг. была завершена отработка РДТТ 15Д290, 15Д305 и 15Д339 и начато их серийное производство.

В 1988 г. КБ «Южное» была поручена разработка двигательной установки первой ступени (15Д365) МБР 15Ж65.

Особенностями конструкции двигателя 15Д365 являются:

• моноблочный заряд с поворотным управляющим соплом на эластичном опорном шарнире, с качанием по круговой диаграмме;
• органопластиковый корпус типа «кокон»;
• прочноскрепленный заряд из смесевого топлива, на основе октогена.

Было проведено пять огневых испытаний с выпуском заключения о допуске двигателя 15Д365 к летным испытаниям. Однако из-за распада СССР все работы по теме в КБ «Южное» были прекращены.

Наряду с маршевыми и управляющими РДТТ в КБ «Южное» разработана большая группа (82 типа) малогабаритных твердотопливных двигателей, аккумуляторов давления и газогенераторов.

С их помощью решен широкий круг технических задач:

• минометный старт ракеты;
• минометное разделение ступеней ракеты;
• заклон ракеты при минометном старте;
• изменение геометрии надувного наконечника головного обтекателя;
• увеличение высотности сопла маршевого двигателя;
• отделение и увод с траектории ракеты различных объектов;
• управление полетом частей ракеты;
• выброс с ракеты объектов и обеспечение их полета с заданной скоростью;
• стабилизация объектов вращением.

Многолетний опыт успешной эксплуатации ракет подтвердил высокую надежность и высокую стойкость разработанных РДТТ к воздействию внешних эксплуатационных факторов.

Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова

В свободное от работы время Алберт занимается наукой, а именно работой по созданию многотопливного двигателя с внешним подводом тепла, способного работать, в том числе, и на твёрдом топливе. Свой проект он представил в финале конкурса по программе «УМНИК» и выиграл грант в размере 400 тыс. рублей.

В нашей беседе он рассказал немного о себе и чуть больше – о своей разработке. Альберт приехал в Ижевск из Ростовской области, собирается перебираться сюда на постоянное место жительства.

— Как тебя занесло в Ижевск?

— Ижевск мне понравился как промышленный город, где я увидел для себя перспективы. Когда я, будучи выпускником школы в 2005 году, гостил у близкого друга моего отца, его сын учился в ИжГТУ. Вуз мне понравился, и я решил попробовать свои силы, ведь «попытка – не пытка».

Всегда хотел быть инженером-конструктором автомобилей. Я интересовался автомобилями с детства: начиная с проектирования маленьких машинок, заканчивая походами на картинги, состоял также в Клубе юных техников в родном городе Сальске Ростовской области. К сожалению, у нас нет вузов, готовящих конструкторов в области автомобилестроения.

В Ижевске мне удалось исполнить свою первую мечту – в 2010 году я получил диплом инженера-конструктора. Научный руководитель, доктор технических наук, профессор Николай Михайлович Филькин предложил мне остаться в университете — поступить в аспирантуру, заведующий кафедрой, к.т.н., профессор Раис Салихович Музафаров предложил мне должность лаборанта. У меня была небольшая зарплата, но зато был доступ к лабораториям, где имелось оборудование, также удалось наладить связь с лабораториями соседних кафедр. Это позволило мне начать практическую реализацию своей идеи. Пока я этим занимался, три года аспирантуры пролетели незаметно. Судя по всему, я не успею вовремя защититься. Как только доведу до ума диссертацию, буду защищаться.

— С чего всё началось?

— Теоретическую проработку я начал на третьем курсе (в 2007 году). Изначально это была просто модернизация обычного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Чтобы объяснить, что такое ДВС, достаточно вспомнить про «сердце» автомобиля. В ДВС топливо сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри). Классические варианты использования «внешников» на транспорте – паровоз и пароход.

Когда пришел к альтернативным видам источников энергии, продолжает Альберт, — понял, что нужен двигатель с внешним подводом тепла. Начал просто работать над модернизацией парового двигателя, потом перешел на двигатель Стирлинга, в итоге понял, что нужно что-то принципиально иное, объединяющее преимущества обоих двигателей.

Свой двигатель я начал создавать с первых эскизов около четырёх лет назад, но лишь в последние полгода появилась возможность купить многие измерительные приборы. Если все остальное я мог достать и сделать из подручных материалов, то измерительные приборы достаточно дорогие – та же трубопроводная арматура с манометрами и термометрами. Основной проблемой пока остается недостаток специализированных площадей и измерительного оборудования, плюс финансовые моменты.

В принципе, на данном этапе осталось завершить эксперименты. Для этого необходимо закупить некоторое измерительное оборудование – на сумму порядка 15-20 тысяч. Думаю, к концу года я бы смог показать характеристики и утвердиться в своих расчётах. Если мои формулы подтвердятся, буду выходить на промышленный образец. Это будет что-то лёгкое, компактное с высокой энергоэффективностью с использованием современных материалов – сплавов на основе алюминия и принципиально нового вида теплообменников. Для выхода на промышленный образец мне понадобится минимум год и большие финансовые вложения. Без последнего – процесс растянется на годы.

— То есть ты создал двигатель нового поколения?

— Не то чтобы нового… Но очень перспективный. Существующие альтернативы — паровой двигатель и двигатель Стирлинга, имеют ряд недостатков: паровой двигатель — низкий коэффициент полезного действия (КПД), двигатель Стирлинга дорог в использовании, имеет очень большую рабочую температуру и, соответственно, требует жаропрочных материалов. Последний сопровождает много технологических проблем, значительно снижающих срок и удобство эксплуатации.

Моя разработка представляет из себя некий гибрид. Здесь то же объёмное расширение, только имеется жидкая фаза как у парового двигателя, т.е. мы получаем пар, он расширяется в объёме и получается какая-то мощность – преобразование тепловой энергии в механическую. Здесь я получил двустороннее преимущество: низкую температуру работы и дешевизну, достаточно высокий коэффициент полезного действия. Согласно расчетам на стенде, мы ожидаем КПД минимум 18%. Т.к. конструкция имеет закрытый цикл, а в системе будет применено специальное «ноу-хау», так что КПД можно довести до уровня современных дизельных двигателей.

— Насколько перспективна твоя разработка?

— Моя разработка сможет работать от любого источника тепла, может использоваться в качестве многотопливного двигателя для любой мобильной машины в прямом понимании, и как генератор в том числе. Почему не рассматриваем ДВС, для того, чтобы будущий двигатель смог работать на твердом топливе, таком как щепа или топливные пеллеты. Для этого потребуется очень много конструктивных преобразований, после которых он станет очень громоздким с низким КПД. В дальнейшем вместо роторного двигателя планируем использовать турбину для получения большего ресурса. Если техника сможет работать на твердом топливе, у неё будет очень большой экономический эффект. Вообще это большая перспектива не только с точки зрения экономики, мы смотрим и в будущее – нефть же может закончиться.

— А теперь расскажи, как работает твой двигатель

См. фото: «Стенд для оптимизации двигателя с внешним подводом тепла».

— Главной проблемой в работе двигателя с внешним подводом тепла заключается в оптимизации параметров рабочего тела. Основная конструкция состоит из роторного двигателя, питательного насоса, теплообменника-парогенератора, конденсатора, и системы контроля и регулировки.

В теплообменнике происходит нагрев рабочего тела. Само собой, для получения требуемой мощности, нагрев должен достигать определенной температуры и давления. Этот процесс реализуется при помощи изменения температуры и давления на «входе» и «выходе». Эти параметры и надо оптимизировать. Чтобы сделать это, необходимо знать зависимость температуры и давления от момента на валу. Для этого нужны датчики, система циркуляции и подвода тепла, для нагрева до определенной температуры, вспомогательные приборы для обеспечения циркуляции и охлаждения, и, самое главное, – это измерительные приборы и регулировка. На основе данных от этого стенда я получил кривую изменения мощности, кривую изменения вращающего момента и зависимость температуры и давления от входной мощности. Полученные экспериментальные данные позволят оптимизировать рабочие параметры и создать методику расчёта двигателя.

Двигатель предназначен для работы от любого источника тепла — хоть к горячему водопроводу подключи. Я специально старался сделать его низкотемпературным. Его рабочая температура от 60⁰С до 100⁰С в данной конструкции. Это конструктивное решение позволит получить прирост мощности обычного автомобиля, если присоединить данный двигатель к системе охлаждения стандартного ДВС. Но главная перспектива — в возобновляемых источниках энергии (ВИЭ), таких как топливные пеллеты (или евродрова).

— В чем их преимущество?

— У них очень малая зольность, большая теплотворная способность и экологичность в сравнении с обычным топливом. Вдобавок, повторюсь, — это ВИЭ. В Европе, к примеру выращивают специальные растения, которые потом обрабатывают и переделывают в пеллеты. В нашем случае всё на много проще. В Удмуртии, скапливается очень много «отходов» производства: солома, жмых, щепа, опил, горбыль, т.е. различные пиломатериалы и отходы сельского хозяйства. Всё это сейчас прессуют в пеллеты и используют в качестве альтернативы дровам. Отсюда самый главный плюс — это дешевизна.

— А что будет на «выходе»?

— Зола и чистый пар. Если сравнивать с обычной печкой, то это печка, которая работает на пеллетах. Т.е. зола в виде трухи и пыли, её можно в огород или на поле, хоть куда – для окружающей среды, как обычная дровяная зола, является удобрением.

— А как быть с паром?

— Парниковый эффект образуется как раз из-за недогоревших углеводородов. Получается «чистое горение»: при невысоких температурах, без избыточного давления и без запаха. Максимум – запах костра при запуске. Процесс горения будет напоминать работу обычного газового котла или камина на пеллетах. Единственное, чего я боюсь, что «умные» умы начнут в промышленных масштабах резать наш лес только для того, чтобы его потом сжечь. Надеюсь, что этот двигатель войдет в жизнь в качестве альтернативы и займет свою нишу, но не станет «основным» как ДВС, – иначе весь лес сожгут.

— У крупных предприятий есть интерес?

— Рынок я, разумеется, исследовал. Очень много предложений по топливным пеллетам. По теплотворной способности одну тонну пеллет примерно можно прировнять к тонне бензина, но за тонну бензина вы отдадите более 30 тыс. рублей, а за тонну пеллет – порядка 5-7 тыс. рублей – экономическая составляющая видна невооруженным взглядом. Пусть КПД будет ниже, чем у дизельного двигателя или бензинового. Но это уже вопрос другой, решаемый при помощи экспериментов. Далее – экологичность. Желающих употреблять пеллеты – тоже много: есть автономные котлы с автоматами загрузки. Не хватает только двигателя, который это потребляет. Не только Россия, но и весь мир нуждается в этом.Особенно это перспективно для тех стран, у которых нет нефти, жидкого или газообразного топлива, но есть твёрдое. Например, Канада – у них есть большие запасы древесины, или та же Белоруссия, поскольку и мощностей у них хватает, и трактора производят, да и с нефтью проблемы.

— Не боишься за то, что в России не примут разработку – у нас же есть нефть?

— Да, от нефти и газа мы очень сильно зависим. Но я являюсь патриотом своей страны, поэтому постараюсь для России, в первую очередь для военной и сельскохозяйственной техники. Военные будут заинтересованы иметь многотопливный двигатель, в который, на крайний случай, можно и угля насыпать. Для военной техники самое главное, чтобы подручным кормом «питался» тот же самый танк, у которого вспомогательный генератор или основной двигатель работал бы по такому принципу. В крайнем случае, заливаешь любое топливо – вплоть до отработанного масла, солярки, дизельного мазута – всего, «что горит».

Как работает электрическая ракета на твердом топливе?

Я видел в Википедии раздел о твердом топливе, но не могу понять, что это такое на самом деле и как работает. Это похоже на твердотопливную ракету, которую можно запускать и останавливать несколько раз, включая и выключая ее — перезапускаемая твердотопливная ракета.

Есть ли примеры использования ракет этого типа? ( за пределами самоутверждения )

Дэвид Хаммен

Во-первых, концепция не нова; это постепенное исследование импульсных плазменных двигателей, которые были впервые использованы на советских Zond 2 и Zond 3, начиная с 1964 года. В импульсных плазменных двигателях вся энергия сгорания поступает от электрического разряда, который испаряет небольшую часть инертного (негорючего) твердое ракетное топливо (обычно тефлон), процесс создания «клубка» заряженной плазмы (движущейся с относительно низкой скоростью), которая впоследствии продвигается с помощью принципов ионного двигателя.

В электрическом твердом топливе (ESP) отсутствует часть ионного двигателя, но вместо этого используется почти горючее (почти самозатухающее) топливо, которое испаряется достаточно быстро, чтобы обеспечить разумную скорость выхлопа. Он также заменяет движущийся стержень метательного взрывчатого вещества и фиксированный электрод «свечи зажигания» на неподвижную структуру электродов, проводящего (но достаточно резистивного для создания плазмы) метательного топлива и абляционного изолятора, при абляции которого (во время сгорания топлива) обнажается больше энергии. электрод, позволяющий электрическому импульсу перемещаться по передней части метательного взрывчатого вещества.

Существует ряд различных ESP, различающихся по свойствам.

• ОСИНА — ранний препарат; время отклика порядка 0,1 с, может быть трудно погасить после достижения более высокого давления
• HIPEP — минимальная дымность, неметаллизированный, хорошая скорость горения и воспламеняемость, широкий диапазон температур.
• ESP ANAV — высокое содержание алюминия, высокая нечувствительность к опасностям (пламя, искра, удары, трение), может самоподдерживаться после воспламенения (хотя электричество по-прежнему регулирует скорость горения).
• BADB — аналогично, может работать самостоятельно и обеспечивать лучшую производительность, но требует дополнительной обработки для пассивирования поверхностно-активных характеристик для сохранения приемлемого хранения и срока службы.

Удельный импульс у всех них находится на уровне или несколько ниже, чем у классических SRB — порядка 200–230 с. Основные различия заключаются в дымовой сигнатуре, уязвимости окружающей среды и характеристиках воспламеняемости.

Благодаря пластизолевому процессу их можно приготовить с помощью стандартного лабораторного оборудования и просто «отлить», как смолы и тому подобное — просто залить в подготовленное подруливающее устройство при комнатной температуре. «Отверждение» происходит при температуре порядка 35 ° C в течение 7 дней. Таким образом, например, подготавливаются модули микродвигателей. Такие модули можно устанавливать прямо в наноспутники.

Микродвигатели, подобные изображенным выше, могут работать в течение 1,5 с, обеспечивая тягу 5-10 миллиньютон (x6 в шести модулях). Микродвигатели можно активировать очень короткими импульсами — порядка 0,02 с или меньше, чтобы обеспечить точную регулировку импульса.

Конечно, топливо можно использовать и в более крупных сборках.

В настоящее время 28 ноября 2014 года с МКС запущен тестовый образец микроспутника «СпинСат» с использованием микродвигателей. Результаты еще не опубликованы .