Германия заказала разработку клиновоздушных ракетных двигателей — они нужны для космических самолётов

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.