Молодая канадская компания Duxion Motors сообщила об успешных наземных испытаниях перспективного авиационного электродвигателя, который обещает заменить керосиновые реактивные двигатели на самолётах всех типов. Двигатель eJet Motor запатентован и подходит для масштабирования в широких пределах, а также удобен в обслуживании и эксплуатации.

Пример реактивной гражданской авиации

Испытания прототипа прошли в Саммерсайде (остров Принца Эдуарда, Канада) и включали в себя работу как на низких оборотах, так и на высоких. Не обошлось без вездесущей светодиодной подсветки, что придало особый шарм испытаниям двигателя в темноте. О влиянии подсветки на мощность не сообщается.

Представленный канадцами двигатель относится к классу кольцевых (Rim-Driven Propulsor, RDP). Если мы не ошибаемся, первыми данный тип двигателя, правда, для гребных винтов судов, запатентовала компания General Dynamics Electric Boat. Постоянные магниты в таком двигателе расположены по ободу, к которому крепятся концы крыльчатки. Двигатель также имеет крыльчатку на обратной стороне, что делает его работу менее шумной и более эффективной.

Канадцы не сообщили характеристик прототипа, отметив, что испытания прошли успешно. Компания Duxion Motors имеет предварительную договорённость на сумму $500 млн с компанией Dymond Aerospace на поставку 200 двигателей eJet Motor для оснащения 100 беспилотных грузовых самолётов. Ожидается, что двигатели eJet Motor обеспечат тягу 38,84 кН, равную тяге керосиновых реактивных двигателей для 50-местных региональных самолётов CRJ100.

Двигатели eJet Motor могут также работать в гибридных силовых схемах и обладают целым спектром характеристик, выгодно отличающих их от двигателей на ископаемом топливе. Сегодня мировой авиационный парк насчитывает свыше 30 000 реактивных самолетов, на которые приходится 2,5 % глобальных выбросов CO₂. В компании намерены с этим покончить, когда двигатели eJet Motor перейдут к массовому производству.

Компания Duxion Motors не одинока в своём стремлении дать новое чистое сердце гражданской авиации и не только. Похожие электрические двигатели создают компании Wright, RogersEV, H3x и другие менее известные. Все они демонстрируют тот или иной успех, что со временем приведёт к результату.

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.

Серьёзная проблема водородных ДВС кроется в слишком бедной топливной смеси, которая не позволяет создавать мощные двигатели, например, для гоночных автомобилей. Похоже, разработчики из Австрии смогли её обойти, предложив водородный двигатель с прямым впрыском воды в камеру сгорания. Испытания показали, что новый двигатель выдаёт более 200 л.с. на литр и этим рвёт все шаблоны.

Источник изображений: AVL

Водородные двигатели внутреннего сгорания менее экологичны, чем платформы на водородных топливных ячейках. Но у них есть важное преимущество — они могут выдавать большую мощность. Правда, на уровень мощности влияет степень обогащения топливной смеси воздухом. Традиционно в водородных ДВС топливная смесь бедная — там слишком много воздуха. Чтобы довести соотношение воздуха и водорода в камере сгорания до идеальной инженеры из компании AVL создали систему контролируемого прямого впрыска воды в камеру наряду с использованием турбокомпрессора для замедления горения.

Моделирование на компьютере подтвердило работоспособность идеи, и инженеры создали прототип 2-литрового четырёхцилиндрового двигателя. На стенде прототип выдал мощность 410 л.с. (302 кВт) при 6500 об/мин и крутящем моменте 500 Н·м в диапазоне от 3000 до 4000 об/мин. Позже двигатель будет испытан на гоночном автомобиле на трассе.

По словам представителей компании, интеллектуальная система впрыска воды PFI подает воду в канал подачи воздуха в камеру сгорания, предотвращая возможность преждевременного воспламенения и изменяя соотношение воздух-топливо от обедненного до стехиометрического (идеального для водородного топлива) уровня. Воздух подается системой турбонаддува. С такими двигателями гоночные авто станут экологически чистыми, не потеряв в мощности и оставаясь ревущими монстрами — всё, как мы любим.

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.

Входящее в госкорпорацию «Роскосмос» НПО «Энергомаш» успешно изготовило двигатель РД-171МВ, предназначенный для перспективной ракеты-носителя среднего класса «Союз-5», которая сможет доставлять на орбиту до 17 т полезного груза.

Источник изображений: roscosmos.ru

«В июне в НПО „Энергомаш” завершилось изготовление жидкостного ракетного двигателя РД-171МВ для первых лётных испытаний новой ракеты "Союз-5". В этом году планируется закончить сборку РД-171МВ для второго носителя и произвести двигатель для третьего», — сообщили в «Роскосмосе».

Работа над проектом началась в 2017 году — с тех пор были изготовлены и продефектованы два экземпляра РД-171МВ для доводочных и завершающих доводочных испытаний. В общей сложности к настоящему моменту проведено более двадцати огневых испытаний нового двигателя. Далее запланированы межведомственные испытания двигателя, за которыми последуют серийные поставки РД-171МВ для ракет «Союз-5».

Первый запуск «Союза-5» с кораблём и экипажем на борту запланирован на 2024 год, сообщил в январе глава РКЦ «Прогресс» (входит в «Роскосмос») Дмитрий Баранов. Бывший глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин в феврале 2019 года назвал РД-171МВ «царь-двигателем» и сравнил его мощность с мощностью крупной электростанции.

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).

У электрической авиации проблемы не только с аккумуляторами. Мощные и лёгкие электрические двигатели тоже остаются предметом мечтаний авиационных конструкторов. Свой вариант решения этой проблемы предложили инженеры из Массачусетского технологического института. Электродвигатель MIT обещает мощность 1 МВт при собственном весе около 58 кг. С таким решением электрическая авиация взлетит в прямом и в переносном смысле этого слова.

Источник изображения: Airbus

Согласно расчётам NASA, удельная мощность электрических двигателей для среднемагистральных самолётов и, в целом, для самолётов большой грузоподъёмности должна быть не ниже 13 кВт/кг. Представленный инженерами MIT двигатель обещает удельную мощность 17 кВт/кг, что существенно лучше рекомендаций NASA. К сожалению, в готовом собранном виде нового двигателя пока нет. Разработчики пока испытали лишь отдельные его компоненты.

Конструктивно новый двигатель — это как бы вывернутый наизнанку классический электрический двигатель. Его ротор находится не внутри статора, а окружает его. В основе ротора лежит барабан из титана, по внутренним стенкам которого закреплены постоянные магниты. Статор у нового двигателя — это стальной цилиндр с шипованной поверхностью. Он помещается внутрь ротора, а обмотка ложится на шипы особенным образом.

Токами в обмотке управляет сложная силовая электроника из 30 изготовленных на заказ «печатных плат». Синхронизированная с вращением барабана подача токов в обмотки позволит разгонять двигатель до рекордных оборотов. Подобная конструкция позволила избежать изготовления массивных ротора и статора и кратно облегчила вес двигателя.

Источник изображения: MIT

Также оригинально спроектирована система отвода тепла от статора. Статор закреплён на теплоотводе со множеством сквозных отверстий. С торца они выглядят как соты и лучше всего такой узел напечатать на 3D-принтере. Вращение ротора создаёт поток воздуха в объёме двигателя и выбрасывает его наружу. Представленный двигатель будет выделять на полной мощности 1 МВт около 50 кВт тепла. Утверждается, что предложенное решение сможет отводить от двигателя столько же тепла, как «от 500 100-Вт ламп накаливания в объёме небольшого пивного бочонка».

Если подобные электрические двигатели будут доступны авиационным конструкторам, то это изменит ландшафт авиации будущего. Полностью электрические самолёты могут получить совершенно иной дизайн. Например, вместо пары больших и мощных двигателей они смогут опираться в полёте на несколько небольших двигателей на передних кромках крыльев или даже на фюзеляже. Более того, это время может наступить гораздо раньше появления сверхъёмких аккумуляторов. В этом помогут гибридные системы с питанием от водородных или аммиачных ячеек. Для реализации этой истории не хватало электрического двигателя и теперь он очень близок к появлению.

Японская компания Nidec на компьютерном рынке известна в качестве крупнейшего поставщика электродвигателей для различных приводов, включая жёсткие диски на магнитных пластинах. Меняющийся рынок транспортных средств Nidec отслеживает самым тщательным образом, а потому собирается создать в США совместное предприятие с Embraer, которое будет выпускать электродвигатели для летательных аппаратов.

Источник изображения: Eve Air Mobility

Выбор штата Миссури в качестве места расположения профильного предприятия нельзя назвать случайным, ведь именно в США будет развивать свой бизнес дочерняя компания бразильского производителя летательных аппаратов — Eve Air Mobility, транспортным средствам которой с 2026 года будет разрешена перевозка пассажиров по воздуху в Сан-Франциско. «Воздушные такси» с функцией вертикального взлёта и посадки будут предсказуемо оснащаться тяговыми электродвигателями, выпускаемыми на совместном предприятии Nidec и Embraer, в капитале которого первая будет иметь 51 % акций.

Партнёры намереваются совместными усилиями производить готовые силовые установки для летательных аппаратов, сочетающие тяговые электродвигатели и системы управления. Nidec собирается вложить в совместное предприятие не менее $141 млн на протяжении последующих пяти лет. Японская компания также откроет производство тяговых электродвигателей в Мексике. Nidec будет сотрудничать и с другими производителями летательных аппаратов на электротяге.

В целом, японские производители комплектующих активно вовлечены в профильную деятельность. Denso при поддержке Honeywell снабжает немецкого производителя летательных аппаратов Lilium тяговыми электродвигателями, Toyota Motor готовится начать сотрудничество с американским стартапом Joby Aviation. Компания Nidec в этом контексте просто старается не отставать от конкурентов.