Космічні подорожі знову стали центром повсякденного життя. Компанії все більше і більше складають плани космічного туризму, США через багато років повернуть американців назад у космос, місії SpaceX успішні, а їх тести особливо перспективні.

вибухна

  • Як працює новий двигун?
  • Чому краще, ніж нинішні передачі?
  • Як ми можемо перевірити його роботу?

Є ті, у кого вже немає питань, а є ті, хто читає Індекс.

Звичайно, з тих пір, як людина вперше пішла в космос, технологія космічних подорожей постійно розвивається, зараз вона набагато безпечніша, зручніша і точніша, ніж була 60 років тому. Одна велика біда полягає в тому, що вона все ще страшенно дорога, але дослідницька лабораторія руху та енергетики Університету Центральної Флориди та дослідники ВПС США близькі до реалізації давно мріяної технології, яка зробить ракети значно ефективнішими та дешевшими.

Директор дослідницької лабораторії Карім Ахмед роками працює над тим, щоб приборкати енергію вибуху і, таким чином, розробити двигун, який доставляв би майбутніх астронавтів і вантаж у космос з контрольованими вибухами. Це обертовий детонаційний двигун (RDE).

RDE працює аналогічно звичайній передачі:

паливо + кисень + тиск + тепло = вибух = рушій.

Паливо та окислювач запалюються і в міру швидкого розширення виходять на кінець труби, що штовхає ракету в протилежному напрямку.

Це вирішується на ракетах SpaceX, наприклад, шляхом зберігання палива та окислювача у стані, що знаходиться під тиском, та подачі їх у камеру згоряння за допомогою великих турбованих насосів. Ця технологія займає багато місця, тому RDE може бути революційним рішенням, оскільки цей тип не вимагає спеціального обладнання для генерування тиску, лише один вибух.

Ахмедек використовує водень та кисень у своїх двигунах. Після введення їх у камеру згоряння за ними через крихітну трубку надходить ударна хвиля, яка ініціює детонацію. Коли хвиля проходить через камеру, вона стикається з дедалі більшою кількістю водню та кисню, що впорскуються в передню частину двигуна. Коли вибух досягає свіжого палива (водню) та окислювача (кисню), температура та тиск газів швидко зростають, змушуючи їх спалахувати, що викидається в кінці двигуна.

Однак вибуху недостатньо для роботи RDE, необхідна безперервна детонація. Паливо потрапляє в двигун через спеціально розроблену інжекційну пластину, повну крихітних отворів, яка допомагає обертатися ударній хвилі вибуху в циліндрі. Свіже паливо постійно подає хвилю, поки у неї не закінчиться паливо. На початку травня Ахмед випустив своє дослідження на випробуванні свого першого двигуна з використанням водню та кисню.

Кількість хвиль, що генеруються в двигуні, визначається тим, скільки палива надходить в систему. У Ахмеда було п’ять хвиль, але є прототип, який мав вісім хвиль. Поки невідомо, як кількість хвиль впливає на роботу приводу, тому дослідники додали в привід контрастний матеріал, а потім сфотографували працюючий привід камерою з 200 000 кадрів в секунду (кадрів в секунду).

Якщо RDE виявиться успішним, він може бути на 30 відсотків легшим, ніж сучасні двигуни, і набагато більш економічним, не кажучи вже про те, що купу пристроїв можна опустити, роблячи його менш складним, ніж двигуни, що використовуються сьогодні. Що означає менший шанс помилки та меншу вартість.

Однак це вимагає від них безпечної роботи, але поки ми не зможемо краще зрозуміти, що відбувається всередині двигуна, цього буде важко досягти. Проблема полягає в тому, що реакція досить швидка (початкова ударна хвиля становить 6500 км/год на один сантиметр), тому її надзвичайно складно перевірити.

Суперкомп’ютер проти математика

Якщо це неможливо очима, залишаються сучасні технології. Дослідники можуть використовувати комп’ютерну динаміку рідини для створення детального моделювання процесу вибуху - те саме використовується для проектування літаків та підводних човнів. Однак у цьому моделюванні використовуються всі схеми суперкомп'ютера. Найкращому суперкомп’ютеру Міністерства оборони потрібно три-чотири тижні для запуску такого моделювання.

Джеймс Кох, дослідник прикладної математики з Вашингтонського університету, звернувся до спеціальної галузі математики (нелінійні хвилі та динаміка шаблонів), а не до суперкомп'ютерів, яка використовує математику для моделювання того, як формуються певні закономірності. Кохс увірвався в менший RDE у своїй лабораторії і зрозумів, що їм не потрібен суперкомп'ютер для моделювання його роботи, достатньо математики.

Я можу запустити симуляцію на своєму ноутбуці всього за півхвилини, яка видає результат, подібний до результату міністерської машини за 3 тижні

За словами дослідника, його техніка збудить великі хвилі в науковому світі, але навряд чи він скоро замінить суперкомп'ютери. Модель Коха ще не дуже сильно модифікується (наприклад, скільки отворів впорскується в паливо, що саме впорскується або який діаметр двигуна). Для регульованої моделі потрібні роки роботи.

Повітряні сили планують свій перший політ RDE до 2025 року, але Міністерство оборони США також розгорне цю технологію як електростанцію, а GE досліджуватиме реактивні двигуни. Ахмед сказав, що це майже напевно буде вперше розгорнуто на ракетах, оскільки це призведе до значної втрати ваги.