Что такое криогенный двигатель?

Криогенный двигатель, как правило, представляет собой ракетный двигатель, предназначенный для того, чтобы либо избежать гравитации Земли, чтобы отправить зонды в космос или поднять спутники на орбиту. Они используют жидкое топливо, которое охлаждается до очень низких температур и в противном случае находилось бы в газообразном состоянии при нормальном атмосферном давлении и температуре, таких как водород и кислород. Это топливо используется в одной из двух основных конструкций для создания движущей силы. Либо водород испаряется в качестве топлива и воспламеняется окислителем кислорода для создания стандартной тяги горячей ракеты, либо они смешиваются для создания очень горячего пара, который выходит из сопла двигателя и создает тягу.

Пять стран в настоящее время имеют успешно испытанные криогенные двигательные двигатели с 2011 года. К ним относятся Соединенные Штаты, Россия и Китай, а также Франция и Япония. В Немецком аэрокосмическом центре в Лампольдсхаузене, Германия, ведутся работы по разработке криогенных силовых установок. Индия также провела полевые испытания конструкции криогенной ракеты, выпущенной в Индийской организации космических исследований (ISRO), которая в 2009 году привела к катастрофическому отказу испытательного аппарата.

Криогенная инженерия для ракетного топлива была разработана, по крайней мере, с тех пор, как в 1960-х годах была разработана ракета Сатурн V, используемая миссиями США «Аполлон-Мун». Главные двигатели космического челнока США также используют топливо, хранящееся в криогенных условиях, а также несколько ранних моделей межконтинентальных баллистических ракет (МБР), которые использовались в качестве ядерного сдерживания Россией и Китаем. Ракеты, работающие на жидком топливе, имеют большую тягу и, следовательно, скорость, чем их твердотопливные аналоги, но хранятся с пустыми топливными баками, поскольку топливо может быть сложным в обслуживании, что со временем приводит к повреждению клапанов и фитингов двигателя. Использование криогенного топлива в качестве топлива требует наличия хранилищ для топлива, чтобы при необходимости его можно было перекачивать в резервуары ракетного двигателя. Поскольку время запуска ракет, приводимых в действие криогенным двигателем, может быть отсрочено до нескольких часов, а хранение топлива рискованно, США перешли на все ядерные МБР на твердом топливе в 1980-х годах.

Жидкий водород и жидкий кислород хранятся при температуре -423 ° по Фаренгейту (-253 ° по Цельсию) и -297 ° по Фаренгейту (-183 ° по Цельсию) соответственно. Эти элементы легко получить и обеспечивают один из самых высоких показателей преобразования энергии жидкого топлива для ракетных двигателей, поэтому они стали предпочтительным топливом для каждой страны, работающей над проектами криогенных двигателей. Они также производят один из самых известных удельных удельных импульсов для реактивного движения химического реактора до 450 секунд. Удельный импульс - это мера изменения импульса на единицу потребленного топлива. Ракета, генерирующая удельный импульс 440, такая как криогенный двигатель космического челнока в вакууме, будет развивать скорость около 9 900 миль в час (15 840 км в час), чего достаточно, чтобы удерживать ее на затухающей орбите вокруг Земли в течение некоторого времени. длительный период времени.

Новый вариант криогенных двигателей - Общий расширяемый криогенный двигатель (CECE), который разрабатывается Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) в США. Он использует типичное жидкое кислородное и водородное топливо, но сам двигатель также переохлаждается. Топливные смеси смешиваются, создавая перегретый пар с температурой 5000 ° по Фаренгейту (2760 ° по Цельсию) в виде тяги ракеты, которую можно регулировать вверх и вниз от чуть более 100% до 10% уровней тяги, для маневрирования в условиях посадки, таких как на поверхности Луна. Двигатель прошел успешные испытания еще в 2006 году и может быть использован в будущих пилотируемых полетах на Марс и Луну.