NASA сообщило о проведении новых испытаний перспективного ракетного двигателя, построенного на принципах ротационной (вращающейся) детонации. Агрегат отработал 251 с и создал тягу до 2,63 тс (тонна-сила). Значительная часть деталей двигателя была напечатана на 3D-принтере, что обещает удешевить производство. Ротационные детонационные ракетные двигатели обещают стать эффективной заменой реактивным двигателям для полётов на Марс и дальше по Солнечной системе.

Источник изображения: NASA

В последние годы поступает достаточно много новостей о разработке детонационных двигателей. Впервые над ними всерьёз начали работать в СССР в разгар Холодной войны. До практического применения дело не дошло, а интерес к ним надолго угас. Сегодня космонавтике и гиперзвуковым летательным аппаратам нужны новые типы двигателей. Это требуется как для достижения нового уровня скоростей, так и для более экономного расходования топлива. Детонационное сгорание топлива переводит в энергию движения до 80 % энергии взрыва, тогда как обычное сгорание редко доходит по этому показателю до 30 %.

Первые огневые испытания детонационного ротационного двигателя нового поколения NASA провело летом 2022 года. Тогда прототип проработал на стенде в общем около 10 мин примерно по 1 мин на запуск. Максимальная тяга составляла 1,8 тс. Часть деталей было изготовлено методом аддитивного производства с порошковым напылением. Испытания проводились в Центре космических полётов им. Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама.

В новом пресс-релизе агентства сказано, что этой осенью прошли новые испытания детонационного ротационного двигателя. Задача испытаний заключалась в проверке работы на повышенных мощностях. В NASA намерены продумать систему масштабирования камер сгорания ротационных детонационных ракетных двигателей для целого спектра работ от использования в ускорителях до посадочных модулей и космических кораблей. Повышенный КПД позволит брать с собой меньше топлива и больше полезной нагрузки.

Испытания прошли успешно. Двигатель работал больше 4 мин и создал тягу до 2,63 тс. Видеоотчёт работы прототипа прилагается.

В NASA сообщили, что первый электроракетный двигатель нового поколения мощностью 12 кВт завершил квалификационные испытания. В своё время установка станет частью лунной орбитальной станции Gateway для удержания и коррекции орбиты. До этого самым мощным электроракетным двигателем была установка мощностью 4,5 кВт. Новый двигатель обеспечит полёты глубже в Солнечную систему и с более высокой скоростью.

Источник изображения: NASA

Двигатели AEPS разрабатывает и производит компания Aerojet Rocketdyne. Первый из них для станции «Лунные врата» компания доставила в испытательный центр NASA им. Гленна в Кливленде в июле этого года. Именно этот двигатель прошёл проверку в вибрационной и вакуумной камере центра. Второй двигатель будет доставлен для квалификационных испытаний в 2024 году. На нём, в частности, будут отрабатывать режимы тяги, эквивалентные выводу станции Gateway на орбиту вокруг Луны.

В испытательной камере огневой тест продлится около четырёх лет или 23 тыс. часов, что позволит проверить двигатель длительными нагрузками. На станции Gateway будет три таких двигателя. Питание им будет обеспечивать система солнечных панелей станции мощностью 60 кВт. Двигатели будут смонтированы на силовом модуле станции (PPE, Power and Propulsion Element). Модуль планируется вывести в космос в ноябре 2025 года на ракете SpaceX Falcon Heavy.

Главное преимущество электроракетных двигателей или, иначе, ионных двигателей на эффекте Холла, заключается в высочайшей эффективности. Они не могут похвастаться высокой тягой, но могут годами непрерывно работать на ограниченных запасах рабочего тела. В частности, двигатели AEPS работают на ксеноне. Одного бака на станции с 2 тоннами ксенона может хватить на 15 лет её эксплуатации. Впрочем, немецкая компания OHB сейчас занята разработкой системы дозаправки ксеноном — Xenon Transfer System (XTS). Вероятно, для продления сроков эксплуатации «Лунных врат» её будут время от времени заправлять.

Станция Gateway послужит базой для миссий на поверхность Луны и для сборки кораблей для полётов на Марс. Двигатели AEPS будут активно использоваться во всех этих миссиях, поскольку до появления атомных ракетных двигателей обещают наиболее экономичный и эффективный способ полётов вглубь Солнечной системы.

В NASA сообщили, что на днях провели масштабные статические огневые испытания модернизированных ракетных двигателей RS-25 для будущих лунных миссий. Новые двигатели начнут использоваться в ракетах SLS с миссии Artemis-5 ближе к концу текущего десятилетия. Для этого они должны пройти сертификационные испытания, которые успешно начались со статического огневого теста с превышением нагрузки.

Источник изображения: NASA

В среду 17 октября на полигоне NASA в Космическом центре им. Джона Стенниса (штат Миссисипи) прототип модернизированного двигателя RS-25 был запущен и проработал 550 секунд. В составе ракеты SLA четыре таких двигателя должны будут отработать по 500 секунд, чтобы миссия стала успешной. Успешная работа опытного двигателя с превышением нагрузки стала первым испытанием из 12 этапов, которые необходимо пройти для получения сертификата соответствия.

Ожидалось, что модернизированные двигатели RS-25, которые достались лунной программе «Артемида» от программы «Спейс шаттл», помогут сэкономить значительные средства в ходе полётов на Луну и, затем, на Марс. Но на практике оказалось, что затраты на двигатели и ракету в целом грозят в два, а то и больше раз превысить установленный для лунных ракет бюджет. Остаётся надеяться, что NASA получит необходимые средства и продолжит программу «Артемида».

Испытания модернизированных двигателей RS-25 продолжатся в 2024 году. Производитель двигателей — компания Aerojet Rocketdyne — должна собрать полный пакет данных о работе нескольких новых ключевых компонентов двигателя, включая сопло, гидравлические приводы, гибкие каналы и турбонасосы.

Отдельно проходят испытания прототипов новых ускорителей ракеты SLS. Их изготавливает компания Northrop Grumman. Последние такие испытания прошли в сентябре этого года. Новые ускорители из композитных материалов и с возросшей тягой будут внедрены, начиная с миссии Artemis-9. На каждой ракете будет по два таких ускорителя. Но это уже другая история.

Китай перешёл от стендовых испытаний ротационных детонационных двигателей к тестированию их на летающих прототипах. Это позволит создать самые разнообразные гиперзвуковые воздушные транспортные средства, от самолётов до ракет, которые к тому же будут потреблять меньше топлива.

Источник изображения: Bilibili

По сообщению издания South China Morning Post, двигатель FB-1 Rotating Detonation Engine (FB-1 RDE) был разработан совместно Научно-исследовательским институтом промышленных технологий Чунцинского университета и частной компанией Thrust-to-Weight Ratio Engine (TWR), расположенной в Шэньчжэне. Испытания на беспилотном самолёте длиной 5 метров прошли на неизвестном аэродроме в провинции Ганьсу.

В местных социальных сетях распространяется фотография зажжённого двигателя во время рулёжки беспилотника по полосе. Был ли двигатель FB-1 RDE испытан в полёте, не уточняется. Но сам факт создания прототипа двигателя, который разместили на летающем средстве — это настоящее событие. До сих пор было известно только о стендовых испытаниях в крайне громоздких декорациях.

Россия сообщала об испытаниях импульсных детонационных ракетных двигателей ещё в 2016 году. Китай приступил к испытаниям детонационных двигателей около пяти лет назад, а в США добились определённого успеха в испытаниях подобных двигателей в начале этого года. За столь короткое время Китай успел очень и очень удивить, начав испытывать детонационный двигатель на угле. Точнее, на смеси угольной пыли и этилена. Удивил он и сейчас, первым заявив о начале лётных испытаний воздушного судна с детонационным двигателем на борту.

Топливо в детонационном двигателе подаётся либо непрерывно, либо порциями. Российские институты, например, говорили о разработке импульсных детонационных ракетных двигателей. В США и Китае работают над ротационными детонационными двигателями, которые удобны для постоянной подачи топлива, а его детонация порождает кольцевую и закрученную как торнадо взрывную волну, фронт которой начинает распространяться в двигателе со скоростью, значительно превышающей скорость газов, образующихся при сгорании топлива в обычных реактивных двигателях.

По оценкам специалистов, детонационные двигатели смогут также экономить до 30 % топлива, развивая при этом гиперзвуковые скорости. Их другим важным преимуществом также считается способностью гибко управлять тягой от нуля до максимального уровня, что не является сильной стороной реактивных двигателей. Наконец, ротационные детонационные двигатели обещают оказаться проще в эксплуатации и обслуживании.

«Это событие стало важным шагом в реализации комплексной стратегии TWR по развитию технологий детонационных двигателей и полётов с использованием детонационных двигателей», — сообщила компания TWR в сети WeChat.

Ранее в этом году TWR сообщала, что её ротационный двигатель достиг тяги в 1000 Н. В производство он должен быть запущен в течение двух лет. Грубо говоря, это тяга в 100 кг, что не позволяет говорить о каких-либо тяжёлых воздушных аппаратах, но для беспилотников этого будет достаточно.

Учёные из Имперского колледжа Лондона разработали крошечный ракетный двигатель ICE-Cube Thruster (Iridium Catalysed Electrolysis CubeSat Thruster) на катализируемом иридием электролизе. Он настолько мал, что для его изготовления используется метод, который применяется при выпуске полупроводниковых чипов. Двигатель предназначен для компактных спутников — кубсатов (CubeSat).

Источник изображения: Imperial College / ESA

Как пишет портал New Atlas, поскольку до 90 % космических запусков приходятся на вывод на околоземную орбиту кубсатов весом до 10 кг, многие из них имеют размеры не больше обычного смартфона. Для таких космических аппаратов очень сложно создавать компоненты нужного размера. И одной из таких проблем является создание ракетных двигателей с учётом физических ограничений таких спутников. В этом случае двигатели должны быть не только маленькими, но также максимально простыми, не вакуумными, маломощными и в них не должны применяться токсичные материалы.

Длина всего двигателя ICE-Cube Thruster, разработка которого была профинансирована Европейским космическим агентством, составляет примерно 2 сантиметра, а длина его камеры сгорания и сопла составляет всего 1 мм. Для работы ему требуется всего 20 Вт электрического тока. В ходе испытаний двигатель генерировал тягу в 1,25 миллиньютон при удельном импульсе 185 секунд на постоянной основе. Для сравнения, это в полмиллиарда раз меньше тяги двигателей, использовавшихся в космических шаттлах.

Однако уникальность этого микродвигателя не в силе тяги, а в том, что в качестве топлива он использует обычную воду, которая настолько невзрывоопасна и негорюча, насколько это возможно. С помощью электрического тока проходит электролиз, вода расщепляется на водород и кислород, которые подаются в камеру сгорания для воспламенения, создавая тягу для маневрирования спутника.

Использование воды не только очень экологично, но и снижает общую массу аппарата, поскольку для её хранения и подачи не требуется использования сложных систем. Однако изготовление камеры сгорания и сопла для двигателя, по существу, в двух измерениях, потребовало обращения к микроэлектронике и методу микроэлектромеханических систем (MEMS), который обычно используется для обработки кремниевых пластин для производства чипов с точностью меньше микрометра.

NASA сообщило о первых огневых испытаниях ракетных двигателей, предназначенных для пуска с другой планеты. В районе 2030 года вооружённая этими двигателями двухступенчатая ракета будет стартовать с поверхности Марса, чтобы впервые доставить на Землю образцы грунта иной планеты. Изучение образцов на Земле поможет ответить на главную загадку Марса: была ли на нём жизнь, и что с ней могло произойти?

Источник изображений: NASA

Запуск миссии Mars Sample Return запланирован на июнь 2028 года. Генеральная защита проекта ракеты состоится летом следующего года. На сегодня испытаны отдельные элементы программы, включая конструкции двигателей первой и второй ступени.

Проектированием твердотопливных двигателей SRM1 и SRM2 по контракту с NASA занимается компания Northrop Grumman Systems. Саму возвращаемую ракету Mars Ascent Vehicle (MAV) проектирует и будет изготавливать компания Lockheed Martin. Ракета прибудет на Марс на посадочном модуле. Полёт займёт около двух лет. Загрузка образцов с ровера в ракету Perseverance будет продолжаться около года. Если марсоход к этому времени сгинет в песках Красной планеты, образцы к ракете из хранилища на открытом воздухе доставит вертолёт (раньше для этого хотели использовать ровер).

К двигателям ракеты для возвращения образцов с Марса предъявляются особые требования. Так, двигатель первой ступени должен нести морозоустойчивые дюзы, что ещё не было испытано на практике. Первые огневые испытания двигателя и дюз при температуре -20 °C в вакуумной камере показали, что инженеры на правильном пути.

Двигатель второй ступени тоже будет необычным. Для стабилизации полёта и для вывода ракеты на нужную орбиту он будет вращаться вокруг своей оси. Очень нетривиальное решение! И испытания подтвердили выбранные для его изготовления конструкторские решения.

На очереди испытания других узлов и компонентов программы. Остаётся надеяться, что финансовые проблемы NASA не остановят этот проект.

NASA объявило, что генеральным подрядчиком по проектированию, созданию и испытаниям демонстрационной ракеты с атомным двигателем выбрана компания Lockheed Martin. Кроме неё в проекте участвует целый ряд компаний, включая BWX Technologies, которая проектирует атомный тепловой двигатель. Задачей Lockheed Martin станет собрать всё это в виде демонстрационной ракеты и запустить в космос уже через четыре года.

Источник изображения: DARPA

Атомный тепловой двигатель подразумевает разогрев рабочего тела энергией деления ядер. Чаще всего рассматривается разогрев водорода, который может быть в жидком или газообразном состоянии. Атомные тепловые двигатели обещают оказаться от двух до пяти раз лучше по тяге, чем современные химические ракетные двигатели, и они в десятки тысяч раз мощнее, чем электрические двигатели на ионной тяге. Например, с помощью ракеты на атомном двигателе NASA рассчитывает в два раза сократить доставку астронавтов на Марс, что сохранит им здоровье во время полёта в пустоте с сильнейшей радиацией.

Компания Lockheed Martin будет отвечать за интеграцию двигателя и других компонентов в ракету, за проектирование ракеты и изготовление демонстратора, а также за запуск демонстратора в 2027 году. Проектированием атомного теплового двигателя занимается компания BWX Technologies. Ранее для этих целей NASA и DARPA заключали контракты с компаниями Blue Origin, Gryphon Technologies и General Atomics.

Добавим, все контракты и проекты ведутся в целях программы DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations), представленной DARPA в 2020 году. У военных США большие планы относительно атомных ракетных двигателей. В частности, такие «долгоиграющие» двигатели необходимы для постоянного патрулирования военными США пространства Земля-Луна. К 2030 году и позже ожидается оживлённое движение кораблей в области до и за Луной, и армия США надеется присутствовать там в полном объёме, чтобы гарантировать безопасность научных и коммерческих миссий.

«Сотрудничество с DARPA и компаниями коммерческой космической отрасли позволит нам ускорить разработку технологий, необходимых для отправки людей на Марс, — сказала заместитель администратора NASA Пэм Мелрой (Pam Melroy). — Эта демонстрация станет важнейшим шагом на пути к достижению наших целей по доставке экипажа в дальний космос с Луны на Марс».

NASA выделяет до $300 млн на реализацию проектов по программе DRACO. В эту сумму входят затраты на проектирование и разработку ядерного двигателя в размере до $250 млн, а также технический надзор и экспертиза со стороны сотрудников агентства.

Британская компания Pulsar Fusion сообщила, что запустит крупнейший, а по совместительству и первый в истории человечества термоядерный ракетный двигатель в 2027 году. Это будет 8-метровый привод прямого синтеза (DFD), который будет выбрасывать из ракетных дюз непосредственно продукты реакции и этим двигать ракету. Это позволит ракете разгоняться до скорости свыше 800 тыс. км/ч, что, например, сократит полёт к Сатурну с восьми до двух лет.

Источник изображений: Pulsar Fusion

Смелое заявление руководства Pulsar Fusion базируется на уверенности, что их совместная работа с американской компанией Princeton Satellite Systems принесёт плоды скорее раньше, чем позже. Для этого партнёры привлекут к разработкам термоядерного двигателя искусственный интеллект. В целом концепция двигателя разработана в Принстонской лаборатории физики плазмы и передана в компанию Princeton Satellite Systems для отработки на прототипах. Два прототипа уже созданы, и готовится основа для создания ещё двух, после чего можно будет приступать к изготовлению лётного экземпляра.

Исследователям предстоит ещё много научной работы, чтобы подойти к изготовлению рабочего термоядерного двигателя. Облегчит задачу то, что ракетные двигатели на термоядерном топливе будут работать в космосе в условиях вакуума, а это позволит хорошо сэкономить на средствах для изолирования плазмы в рабочем объёме камеры сгорания.

«Сложность заключается в том, чтобы научиться удерживать и ограничивать сверхгорячую плазму внутри электромагнитного поля, — сказал Джеймс Ламберт (James Lambert), финансовый директор компании Pulsar Fusion. — Поведение плазмы сродни поведению погоды, поскольку поведение последней также невероятно трудно предсказать с помощью обычных методов». Собственно, для этой части работы партнёры будут задействовать алгоритмы машинного обучения (ИИ).

В компании Pulsar Fusion абсолютно уверены в том, что они справятся с задачей. В противном случае человечеству нечего мечтать о путешествиях в космосе.

«Если же мы сможем, а мы сможем, то термоядерные двигатели станут совершенно неизбежными. Это необходимо для эволюции человечества в космосе, — сказал глава Pulsar Fusion Ричард Динан (Richard Dinan). — Если мы не сможем, то всё это не имеет никакого значения».

В NASA сообщили, что совместно с компанией Aerojet Rocketdyne приступили к квалификационным испытаниям электрического ракетного двигателя AEPS, предназначенного для системы маневрирования окололунной станции Lunar Gateway («Лунные врата»). Это самый мощный электроракетный двигатель на данный момент — его мощность составляет 12 кВт, что в четыре раза больше ранее созданных установок.

Ракетный ионный двигатель AEPS на стенде. Источник изображения: NASA

На станции «Лунные врата» будет три таких двигателя, которые не менее 15 лет будут удерживать её на заданной орбите. Их установят на электродвигательный модуль PPE (Power and Propulsion Element) с питанием от солнечных батарей суммарной мощностью около 60 кВт. Рабочим телом для электроракетных (ионных) двигателей будет ксенон, бак которого на борту модуля будет вмещать до 2 т газа.

С учётом всех задержек планируется, что станция Gateway отправится в полёт в 2025 году. Она обеспечит поддержку лунным миссиям, включая высадку людей на поверхность спутника, а также станет базой для сборки корабля для отправки экипажей на Марс. Включение в состав станции ионных двигателей AEPS компании Aerojet Rocketdyne станет первым практическим испытанием силовых установок, которые в будущем должны обеспечить полёты в дальний космос и транспортные маршруты в пределах системы Земля-Луна. Ионные двигатели маломощны, но могут длительное время работать непрерывно на скромных запасах топлива. Одного бака ксенона на станции должно хватить минимум на 15 лет её эксплуатации, включая манёвры по выводу на рабочую орбиту.

Первая установка AEPS отправлена в NASA и установлена для испытаний в начале июля. Вторая установка будет доставлена в 2024 году. Запланированы непрерывные четырёхгодичные испытания одного из двигателей в вакуумной камере, чтобы выяснить все нюансы работы, расхода топлива на разных режимах и его общей эффективности. Очевидно, что до запуска Gateway двигатель не успеет завершить полномасштабные тесты, которые продлятся 23 тыс. часов. Но NASA это не смущает. Завершение тестов необходимо для будущих космических программ, а для запуска «Лунных врат» хватит и того, что успеют.

Пример выхлопа электроракетного (ионного) двигателя

Первые испытания двигателя AEPS будут включать вибрационные и другие механические тесты установки, которые будут имитировать взлёт ракеты и последующие манёвры. К огневым испытаниям, судя по всему, перейдут только в следующем году.

Компания ArianeGroup на площадке в Верноне (Франция) провела успешные огневые испытания перспективного многоразового двигателя «Прометей» (Prometheus), установленного на прототип многоразовой первой ступени «Фемида» (Themis). Двигатель с тягой 100-т класса работал 12 с, что можно считать успехом для ранних огневых испытаний.

Источник изображений: ArianeGroup

Европейский союз, как все мировые космические державы, понимает, что будущее космонавтики — это многоразовые ракеты и общее удешевление производства ракет и их компонентов. В частности, двигатель «Прометей» обещает оказаться в десять раз дешевле аналогичного по уровню тяги двигателя «Вулкан 2», который поднимал в небо ракеты-носители Ariane 5. Достигаться это будет как за счёт перехода на другое топливо, что удешевит предполётную подготовку и эксплуатацию двигателей и ракет, а также за счёт широкого использования 3D-печати при производстве.

Топливом для «Прометея» станут кислород и метан. Баки и обвязку для транспорта топлива ArianeGroup испытала в составе прототипа в 2021 году. Огневые испытания установленного на прототип ступени двигателя планировались в 2022 году, но, судя по всему, прошли только сейчас, точнее — 22 июня этого года. Подобная задержка означает отставание от программы минимум на один год, хотя если компания сможет начать прыжковые испытания прототипа до конца текущего года, то график будет навёрстан.

Прыжковые испытания — подъём ракеты на несколько метров и мягкая посадка обратно — будут проводиться на той же испытательной площадке под Верноном, где компания проводит первые испытания прототипа. Подъём прототипа на большую высоту будет проверяться на космодроме во Французской Гвиане, что запланировано на 2025 год. Так Европа без «шума и пыли» — без эффектных подрывов топливных баков и прототипов, что свойственно испытаниям в компании SpaceX — движется в сторону многоразовых ракет. И рано или поздно она к этому придёт.

Сообщается, что шотландский стартап Skyrora украинского предпринимателя Владимира Левыкина начал испытания нового напечатанного на 3D-принтере ракетного двигателя с тягой 70 кН. Попытка запустить ракету Skylark L осенью прошлого года закончилась её падением в море в полукилометре от стартовой площадки. Новый двигатель даёт надежду, что следующий запуск будет успешным.

Источник изображения: Skyrora

Владимир Левыкин создал стартап Skyrora в Эдинбурге в 2017 году. Несмотря на молодость компании, её работу поддержали деньгами космические агентства Европы и Великобритании. Skyrora намеревалась принести Великобритании статус космической державы, осуществив первый в истории островов вертикальный старт ракеты. Ещё раньше первый воздушный старт ракеты над Великобританией обещала провести компания Virgin Orbit, но после первой неудачной попытки обанкротилась.

Кстати, часть оборудования и имущества Virgin Orbit приобрёл другой космический стартап, тоже созданный украинцем — компания Firefly Aerospace. Правда, сделал он это уже без своего основателя. Как только ракеты Firefly начали демонстрировать многообещающие возможности, владельца компании — Максима Полякова — власти США вынудили продать свою долю за $1.

Опыт предыдущих работ позволил Skyrora оптимизировать процесс 3D-печати двигателя. Сообщается, что создание нового двигателя заняло на 66 % меньше времени и обошлось на 20 % дешевле по затратам. Также ряд узлов двигателя были улучшены. Например, он получил улучшенную камеру охлаждения для повышения эффективности этого процесса, что в свою очередь продлит срок службы двигателя.

Испытания двигателя начались на площадке компании в Шотландии в испытательном центре в Мидлотиане. Двигатель запускается циклами по 250 секунд. Этого времени достаточно для вывода будущей ракеты на орбиту. Видео испытаний представлено выше. Добавим, компания использует для изготовления фирменного ракетного топлива Ecosene отходы пластмасс. В целом двигатель работает на смеси перекиси водорода и керосина.

«После тестирования обновленный двигатель на 70 кН станет первым в истории коммерческим двигателем с замкнутым циклом ступенчатой системы сгорания на топливе, состоящем из перекиси водорода и керосина. Хотя эта система не использовалась исторически из-за её сложности, более высокий удельный импульс, создаваемый этой конструкцией, повысит общую эффективность двигателя», — сказано в пресс-релизе компании.

Испытания двигателей второй ступени

Испытания нового двигателя будут проводиться регулярно в течение нескольких недель. В итоге он станет базой для первой ступени новой ракеты компании — Skyrora XL. Вторая её ступень была испытана запуском статичных огневых тестов в августе прошлого года. Испытания интегрированной ступени проводила компания Discover Space UK на авиабазе Мачриханиш на полуострове Кинтайр. Третья ступень также прошла испытание с запуском двигателя.

Первый орбитальный запуск ракеты Skyrora XL высотой 23 м и с полезной нагрузкой до 315 кг запланирован на 2023 год из космического центра SaxaVord на Шетландских островах (Ламба Несс, Унст).

Британская компания Pulsar Fusion заключила партнёрское соглашение с американской компанией Princeton Satellite Systems с целью создания термоядерного ракетного двигателя и ракеты, способной долететь до Марса за 30 дней. Главным инструментом в работе станет искусственный интеллект, который будет изучать физику плазмы в двигателе и помогать оптимизировать его конструкцию.

Источник изображений: Pulsar Fusion

Британская Pulsar Fusion известна своей тягой к «зелёным» технологиям — она разрабатывает ракетный двигатель на горючем из отходов пластика. Но второй целью для себя компания поставила создание термоядерного ракетного двигателя. В общем, это тоже «зелёное» направление в ракетостроении и, в целом, в энергетике. Однако вместе с Princeton Satellite Systems британцы будут заниматься совершенствованием американских разработок, а не своих собственных. В частности, они будут анализировать физику плазмы в установке Princeton field-reversed configuration версии 2 (PFRC-2).

Установка PFRC предложена в начале нулевых годов в Принстонской лаборатории физики плазмы. Она реализует идею обращённой магнитной конфигурации. Термоядерная плазма высокого давления удерживается внутри двигателя с помощью магнитной ловушки, а холодное топливо в виде той же плазмы (ионов и электронов) обтекает горячее ядро и напитывается его энергией, после чего вырывается с огромной скоростью через электромагнитные дюзы.

Компания Princeton Satellite Systems за 20 лет освоила ряд государственных грантов, включая финансирование NASA. В перспективе намечено создание установок PFRC-3 и PFRC-4 к 2025 году. Последняя должна получить реакцию синтеза, после чего будет запущен процесс создания лётного прототипа. Судя по всему, они будут создаваться по материалам совместных исследований с Pulsar Fusion.

«Мы считаем, что термоядерные двигатели будут продемонстрированы в космосе за десятилетия до того, как мы сможем использовать термоядерный синтез для получения энергии на Земле», — уверен основатель и генеральный директор компании Pulsar Fusion Ричард Динан (Richard Dinan).

Разрабатываемый компаниями термоядерный двигатель размерами с микроавтобус сможет разгонять 10-т космический корабль до 500 тыс. миль в час или 223,5 км/с. С такой скоростью до Марса можно было добраться примерно за трое суток, во время его максимального сближения с Землёй, или до Титана (спутник Сатурна) за два месяца. Однако это максимальная скорость, и к тому же нужно время на разгон и торможение.

Термоядерная установка также сможет генерировать электричество для бортовых систем, а рабочее топливо можно брать в космосе из пыли, газа и едва ли не любого вещества. Для запуска и поддержания термоядерной реакции в двигателе понадобятся небольшие объёмы гелия-3 и дейтерия, которые не займут много места.

Сообщается, что власти Германии заключили контракт на разработку клиновоздушного ракетного двигателя (aerospike engine). Деньги получил аэрокосмический стартап Polaris Raumflugzeuge. Компания обязуется довести дело до изготовления полномасштабного прототипа двигателя и космического самолёта на его основе.

Источник изображения: Polaris Raumflugzeuge

Заказ разместило Федеральное ведомство по оборудованию, информационным технологиям и технической поддержке бундесвера (BAAINBw). В некотором плане это вынужденная мера. Традиционные двигатели с дюзами в виде колокола почти исчерпали свои возможности. Значительным минусом таких двигателей считается то, что для каждой высоты нужен свой профиль сопла и своя обвязка. В противном случае двигатели резко теряют эффективность по причине разного атмосферного давления на уровне моря и высоко над ним вплоть до полного его отсутствия в вакууме.

Клиновоздушные ракетные двигатели лишены этого недостатка. Они одинаково эффективны на всех высотах и могут заменить все двигатели ракеты (ступени) одним. В конечном итоге это обещает экономить топливо и оставлять больше места под полезную нагрузку. Это идеальное решение для космических самолётов. Собственно, всерьёз клиновоздушные ракетные двигатели начали разрабатывать для многоразовых кораблей «Спейс шаттл», хотя проект и не был доведён до конца.

Огневые испытания плоского клиновоздушного двигателя XRS-2200 по программе X-33. Источник изображения: NASA

Конструкция клиновоздушных ракетных двигателей (КВРД) заметно сложнее обычных ЖРД с колоколообразным соплом. КВРД представляют собой клин из двух половинок рассечённого колокола. Фактически это две соприкасающихся дюзы, у каждой из которых нет половины. Роль недостающих половинок играет набегающий поток воздуха. За счёт этого, а также благодаря регулировке поступающего горючего клиновоздушный ракетный двигатель близок к оптимальной работе на любой высоте над уровнем моря и в вакууме, хотя по максимальному уровню тяги он будет уступать классическим двигателям с дюзами-колоколами на тех высотах, для которых они спроектированы.

В то же время у двигателей КВРД свои проблемы. Прежде всего, это большая площадь «клина» — стенки, оставшейся от обрезанной дюзы-колокола. Она подвергается сильнейшему нагреву и требует более чем интенсивного охлаждения. Управление таким двигателем тоже намного сложнее, поскольку точек впрыскивания топлива намного больше — целый ряд с каждой стороны вдоль стенки.

Компания Polaris Raumflugzeuge отметилась разработкой и созданием моделей космических самолётов. Она уже запускает 2–3 м прототипы и намерена в начале следующего года запустить 6,7-м демонстратор NOVA — последний пред запуском космического самолёта. Не исключено, что контракт с властями Германии подтолкнёт компанию к установке на этот демонстратор клиновоздушного ракетного двигателя. Будем следить за новостями. Если у них всё получится, это будет первый в мире демонстрационный полёт с КВРД.

Официальные источники из китайской космической корпорации сообщили, что запущенная ещё в апреле ракета «Тяньлун-2» (Tianlong-2) частной компании Space Pioneer работала на авиационном керосине, полученном из угля. Это стало первым подобного рода испытанием жидкого топлива, полученного не из нефти. Тем самым Китай пытается снизить зависимость от импортных энергоресурсов и обеспечить себе топливную безопасность в аэрокосмической отрасли.

Источник изображения: Xinhua

В Китае мало собственной нефти (и она в основном ненадлежащего качества) и много угля. Технологию сжижения угля придумали не сегодня, и она стала ответом на вызовы в цепочках поставок нефтепродуктов. Вероятный конфликт с Тайванем гарантированно приведёт к морской блокаде Китая и к блокированию поставок нефти в страну по основному морскому маршруту. Дефицит частично придётся закрывать собственными ресурсами. Поэтому в Китае озаботились созданием линий по превращению угля в авиационный керосин высочайшего качества.

Ракета-носитель «Тяньлун-2» оснащена двигателями YF-102 на жидкой топливной паре керосин-кислород. Это перспективный двигатель для новых китайских ракет и он будет использоваться также в носителях других компаний (двигатель разработан 6-й Академией аэрокосмической науки и техники). Успешный запуск предваряли более чем 300 огневых испытаний двигателя продолжительностью свыше 60 000 с. Старт был успешным с выводом в космос полезной нагрузки, что доказало практическую ценность «угольного» топлива.

Успешная демонстрация полётом также открыла дорогу к топливу из угля для других китайских ракет-носителей, включая «государственные» «Чанчжэн-5», «Чанчжэн-6» и «Чанчжэн-7».

Производственные линии в Китае по производству авиационного керосина из угля выпускают до 5000 т горючего в год, что можно расценивать как каплю в море для потребностей Китая. К 2025 году объёмы вырастут до 30 000 т в год, что несколько лучше, но тоже проблему дефицита нефтепродуктов не решает. Но как основа для создания полномасштабной отрасли этого достаточно, ведь в данном случае важны были разработка техпроцесса и доказательство принципиальной возможности заменить дефицитные энергоносители.

Сообщается, что лаборатория ракетных двигателей Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ приступила к огневым испытаниям первого прототипа нового плазменного ракетного двигателя LENA (Linear Electromagnetic Nonstationary Accelerator). Разработка опирается на опыт создания плазменных ракетных двигателей VERA пониженной мощности для кубсатов. Новые двигатели будут приводить в движение на порядок более тяжёлые спутники массой до 100 кг.

Источник изображения: МИФИ

Плазменные ракетные двигатели VERA приводят в движение кубстаты массой до 4 кг. Их испытания были завершены весной 2022 года, а уже в августе на орбиту были отправлены первые наноспутники на двигателях VERA. Плазменные ракетные двигатели не отличаются значительным удельным импульсом, но зато могут долго создавать стабильную тягу, позволяя спутникам совершать длительные манёвры на орбите, включая финальный аккорд — сведение отслуживших своё аппаратов с орбиты, чтобы не множить космический мусор.

Плазменный двигатель LENA призван перемещать ещё более тяжёлые спутники — массой от 10 до 100 кг. Его мощность будет достигать нескольких десятков ватт против нескольких ватт, доступных двигателям VERA. Также двигатели LENA будут характеризоваться повышенным удельным импульсом, и более высокой тягой, как и возросшим запасом рабочего тела.

От двигателей подобного типа (абляционных импульсных плазменных двигателей рельсовой геометрии) двигатель LENA отличается наличием магнитной системы. В настоящий момент специалисты проводят работы по её оптимизации. Ряд её конфигураций уже испытан и настала очередь новых испытаний.

Плазменные двигатели также имеют перспективу для экспедиций в дальние уголки Солнечной системы особенно в сочетании с силовыми ядерными установками. Поэтому их разработкой заняты специалисты всех ведущих космических держав.