В России испытан первый в мире детонационный ракетный двигатель

В НПО «Энергомаш» были проведены испытания первого в мире детонационного жидкостного ракетного двигателя. Лаборатория «Детонационные ЖРД» на базе НПО «Энергомаш» осуществила несколько пусков полноразмерного демонстратора детонационного жидкостного ракетного двигателя на топливной паре кислород - керосин, сообщает ТАСС.

В обычном двигателе топливо и окислитель горят путём так называемой дефлаграции с дозвуковой скоростью. Горение топлива при помощи взрыва более эффективно, так как взрыв быстрее сжимает и нагревает горючую смесь практически без изменения объёма.

Детонационные двигатели изучаются уже более семидесяти лет, но пока никому не удавалось создать рабочий образец, который мог быть использован в ракетостроении. Специалисты "Энергомаша" утверждают, что им удалось добиться работоспособности полноразмерных макетов двигателя в течение нескольких пусков. Правда, никаких технических деталей проведенных испытаний не приводится.

Справка:

Дефлаграция — процесс дозвукового горения, при котором образуется быстро перемещающаяся зона (фронт) химических превращений. Передача энергии от зоны реакции в направлении движения фронта происходит преимущественно за счет конвективной теплопередачи. Принципиально отличается от детонации, при которой зона превращений распространяется со сверхзвуковой скоростью и передача энергии происходит за счет разогрева от внутреннего трения в веществе при прохождении через него продольной волны (ударная волна в детонационном процессе).

Первые подобные работы были начаты в Германии в 1940-х годах. Вернеру фон Брауну не удалось создать работающего прототипа детонационного двигателя, но под его руководством были разработаны пульсирующие воздушно-реактивные двигатели, которые ставились на ракеты «Фау-1».

В пульсирующих воздушно-реактивных двигателях топливо сгорало с дозвуковой скоростью, то есть в режиме дефлаграции. Топливо и окислитель подавались в камеру сгорания небольшими порциями через равные промежутки времени.

Коренное отличие «Фау-1» от испытанного энергомашевцами двигателя состоит в том, что двигатель ракеты фон Брауна был не жидкостным, а воздушно-реактивным. В отличие от ЖРД двигатель «Фау-1» не вез окислитель, а использовал кислород воздуха. Для случая массовых одноразовых ракет важны именно простота и легкость конструкции.

Что же касается жидкостных ракетных двигателей, то в течение долгих десятков лет их создатели боролись с детонацией, даже ценой ухудшения параметров двигателя, использования ядовитых компонентов (например, гептила) и т.д. Это в какой-то степени очевидно, так как любые детонации, то есть взрывы, если и не разрушают, но неприемлемо изнашивают двигатель.

Разработчики ракет вернулись к детонационным системам в силу того, что были исчерпаны практически все способы незатратного увеличения КПД их двигателей. Скажем, увеличение КПД ракетного двигателя на 3-4 процента повышает его стоимость на 30-40 процентов.

Поэтому конструкторы стали исследовать двигатели, использующие термодинамический цикл детонационного горения, который гораздо эффективней циклов Брайтона (горение при постоянном давлении) и Хамфри (горение при постоянном объеме). А главным преимуществом импульсно-детонационного двигателя является конструктивная простота.

Вопрос об использовании детонационного горения в энергетике и реактивных двигателях впервые был поставлен советским академиком Я. Зельдовичем еще в 1940 году. Он доказал, что прямоточные воздушно-реактивные двигатели, использующие детонационное сгорание топлива, должны иметь максимально возможную термодинамическую эффективность.

Оценки Я.Зельдовича подтвердились - детонационный двигатель действительно один из лучших в плане термодинамики. Благодаря тому, что в нем сжигание топлива происходит в ударных волнах примерно в 100 раз быстрее, чем при обычном медленном горении, он имеет теоретически рекордную мощность с единицы объема камеры сгорания по сравнению со всеми другими типами тепловых двигателей.

Следует отметить, что реализация термодинамического превосходства цикла детонационного горения требует увеличения частоты следования ударных волн или перехода от импульсного к непрерывному детонационному горению. Из чего следует, что конструкторы «Энергомаша» находятся пока что в самом начале своего творческого пути, так как на показанном Фондом перспективных исследований видеоролике видно, что промежутки между детонациями довольно велики и ни о каком непрерывном детонационном горении речь пока не идет.

Работы по созданию детонационного двигателя ведутся и в США, но не НАСА, а Научно-исследовательской лабораторией ВМС. Американцы предполагают использовать их на надводных кораблях вместо газотурбинных двигателей.

Независимо от предназначения разрабатываемых детонационных двигателей их конструкторам придется решать проблему гашения вибрации. В свое время Сергей Королев и Валентин Глушко нашли способы борьбы с колоссальной тряской двигателей космических кораблей. Представляется, что путь к решению этой проблемы лежит по большей части в использовании новых конструкционных материалов. Хотя и без оригинальных технологических решений не обойтись. Все это требует максимальной кооперации со множеством смежных КБ и НИИ (и не только российских), так как разработки такой сложности не под силу одиночному НПО, даже столь востребованному и авторитетному, как «Энергомаш». Если такую кооперацию удастся наладить, то полеты в дальний космос станут реальностью и отечественная космонавтика сделает большой шаг вперед, чего в постсоветские годы пока что не наблюдалось.

Автор: Владимир Прохватилов, президент Фонда реальной политики (Realpolitik), эксперт Академии военных наук

Добавляйте CСб в свои источники дзен