Британские ученые переизобрели двигатель Глушко и Цандера
Британский стартап Magdrive считает, что придумал, как одним выстрелом убить сразу двух зайцев: решить проблему орбитального мусора и обеспечить дозаправку космических аппаратов. И предложил сразу три версии космического двигателя, работающего на твердом металле — в том числе, потенциально, «пойманном» прямо на орбите. Осталось лишь дождаться полноценных испытаний «в полевых условиях», которые покажут, насколько этот смелый замысел сочетается с реальностью, и научиться ловить космический мусор прямо на орбите.
Любая попытка проектирования космических двигателей неизбежно сталкивается с фундаментальным противоречием: тяга или экономичность. Электрические (например, ионные или плазменные) могут работать годами, но их тяга исчезающе мала. А химические могут обеспечить взрывное ускорение, но их баки опустеют молниеносно. Но инженеры Magdrive уверены, что им удалось совместить в одном агрегате достоинства обеих концепций.
Они предлагают электротермический ракетный двигатель, который, как и большинство аналогов на действующих спутниках, работает на солнечной энергии (то есть относится к категории электрических). Но в качестве рабочего тела (которое, подвергаясь ионизации, выбрасывает через сопло поток заряженных частиц) британцы намерены использовать не сжатый газ, а твердый кусок металла.
Сотрудники Magdrive пока остановились на меди, но подчеркивают, что в принципе подойдет любой металл. В специальной камере через него подается напряжение, в результате чего металл взрывается, превращаясь в ту самую плазму. При этом твердая форма рабочего тела помогает экономить вес и объем на резервуарах, в которых под высоким давлением обычно хранятся сжатые газы или жидкости для электроракетных двигателей. Вместе с облегченной конструкцией это должно обеспечить приемлемый компромисс между тягой и экономичностью, увеличив (по заверениям разработчиков) «маневренность будущего аппарата в 10 раз». Но где брать топливо?
Британские инженеры придумали простое и изящное решение: прямо на орбите. Где, согласно самым оптимистичным подсчетам, находится никак не меньше 13 000 спутников (многие из которых уже вышли из эксплуатации), а также отработанные ступени ракет и прочий разнокалиберный мусор. Ведущие космические агентства и крупные частные компании не первое десятилетие пытаются предложить эффективное решение этой проблемы, представляющей все большую угрозу. Основатели стартапа просто решили: почему бы не заставить этот мусор приносить пользу?
«В настоящий момент каждый спутник должен брать топливо с Земли — а это все равно что строить для себя новый поезд каждый раз, когда вы покидаете железнодорожную станцию», — отметил Марк Стоукс, один из основателей Magdrive, которому и предложит идея использовать в качестве рабочего тела остатки других космических аппаратов.
Правда, есть и проблемы. Это не только загрязнение «выхлопом» (поскольку во время работы образуется металлическая плазма, она может легко оседать на поверхностях, влияя на характеристики космического аппарата), но и крайняя непредсказуемость поиска и использования такого топлива. Особенно в части космического мусора. Даже оставляя за скобками тот момент, что эффективных способов добычи («улавливания») космического мусора не существует, следует отметить, что химический состав его может оказаться любым.
Так или иначе, первый «твердотопливный» двигатель под названием Warlock компания намерена вывести в космос уже в июне этого года. Но возможность заправки орбитальным мусором на нем пока не предусмотрена — сотрудничающие с Magdrive инженеры подчеркивают, что это лишь красивая идея, которая возможна в теории, но пока далека от практической реализации.
Изобрели «велосипед»
Итак, англичане в очередной раз «изобрели» твердотельный электроракетный двигатель. Напомним, что первым его создателем (а не только изобретателем) был молодой Валентин Глушко, будущий основоположник отечественного ракетного двигателестроения. Вместе со своими коллегами из ленинградской Газодинамической лаборатории (ГДЛ) в 1929-1930 годах он изготовил и испытал на стенде первый в мире электротермический ракетный двигатель.
В ходе экспериментов посредством электрических импульсов большой мощности в камере двигателя взрывались «нити из углерода, проволоки из алюминия, никеля, вольфрама, свинца и других металлов, а также проводились взрывы струи электропроводящих жидкостей, таких как ртуть и электролиты, а продукты взрыва исткали через обычное сопло Лаваля. Исследовались как одиночные взрывы жидких и твердых проводников, так и серии взрывов при непрерывной подаче рабочего тела». Сначала взрывы проводились в открытом пространстве, а затем в камере с соплом. В 1932–1933 годах электротермический ракетный двигатель испытывался на баллистическом маятнике.
Теперь что касается использования металлического «космического мусора» в качестве рабочего тела таких двигателей. Начиная с 1911 года российский ученый Фридрих Цандер предлагал использовать определенные металлы, такие как алюминий или магний, в качестве топлива для ракетного двигателя. Согласно его идее, «по мере подъема космического корабля ненужные металлические детали (баки, крылья и т. д.) должны были втягиваться механизмом в специальное отделение, где измельчались, после чего направлялись в котел, где расплавлялись и в виде расплава подавались в реактивный двигатель. Там они должны были сгорать вместе с компонентами жидкого топлива».
В перспективе предполагалось получать металлы для такого двигателя непосредственно в космическом пространстве — на планетах и астероидах. Отсюда — прямой путь к утилизации металла, оставшегося на околоземных орбитах после окончания срока службы действующих спутников.
Самое популярное
