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.

Из числа 14 концептуальных разработок грант NASA получил проект, который может совершить революцию в освоении далёких уголков Солнечной системы. Это проект ракетного двигателя, который теоретически позволит ракете за 5 лет преодолеть тот путь, который зонд «Вояджер-1» проделал за 35 лет. Полёты внутри системы перестанут быть событиями длиною в человеческую жизнь.

Источник изображения: Artur Davoyan

Сумму в размере $175 тыс. NASA выдало группе учёных из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «На первом этапе мы продемонстрируем осуществимость предложенной концепции двигательной установки путём детального моделирования различных подсистем предложенной двигательной установки и проведения экспериментальных исследований», — сказал руководитель проекта Артур Давоян (Artur Davoyan).

В основе предложенного решения pellet-beam (луч-пеллеты) лежит та же концепция, что и со звёздным парусом, питаемым внешней лазерной установкой. В своё время российский бизнесмен Юрий Мильнер и знаменитый британский ученый Стивен Хокинг инициировали проект Breakthrough Starshot, цель которого заключается в отправке мини-спутников к звездной системе Альфа Центавра. Небольшой зонд должен был приводиться в движение мощной лазерной установкой на орбите Земли, которая била бы в парус и разгоняла бы космический аппарат.

Концепция pellet-beam предполагает почти то же самое, но только вместо фотонов в парус или двигатель с мощным магнитным полем будут бить сгустки плазмы. Очевидным образом плазма будет сильнее взаимодействовать с парусом или магнитным полем двигателя корабля, чем не имеющие массы фотоны. Это позволит быстрее и сильнее разогнать корабль и, что более важно, намного более тяжёлый, чем лёгкий как пёрышко зонд под парусом. В конце концов, на зонде размером с обувную коробку много оборудования отправить нельзя по определению.

Согласно расчётам, для разгона корабля массой 1 т до скорости 120 км/с понадобится 10-МВт лазер на орбите. Двигатель pellet-beam позволит достичь внешних планет менее чем за год, а уйти на 100 а.е. примерно за 3 года. Выскочить из гравитационной линзы Солнца на удалении примерно 500 а.е. можно будет за 15 лет. На такой скорости пройденное за 35 лет зондом «Вояджер-1» расстояние в 122 а.е. будет преодолено за 5 лет.

Концепция pellet-beam предполагает, что топливо будет подаваться не из корабля, а в корабль. Гранулы топливного вещества будут выстреливаться в сторону корабля и облучаться мощным лазером. За счёт эффекта лазерной абляции вещество будет испаряться с поверхности гранул и ускоряться, превращаясь постепенно в облачко летящей на огромной скорости плазмы. Плазма будет бить в магнитное поле двигателя корабля и ускорять его. Звучит как фантастика, но NASA не пожалело на разработку концепции денег. Будет интересно узнать, что из этого получится.

Частная американская аэрокосмическая компания Blue Origin завершила расследование и установила причину неудачного запуска ракеты-носителя с кораблём New Shepard в рамках беспилотной миссии NS-23, которая была осуществлена в сентябре прошлого года.

Источник изображения: Blue Origin

Спустя 65 секунд после старта произошло аварийное отделение капсулы New Shepard с полезной нагрузкой от ракеты-носителя. Спустя некоторое время, капсула произвела успешную посадку на Землю на парашютах. Позднее Blue Origin подтвердила, что многоразовая ракета-носитель, запущенная до этого уже 8 раз, вышла из строя во время миссии NS-23 и разбилась при падении на землю.

Спустя полгода расследования Blue Origin озвучила официальную причину инцидента — «структурный износ сопла двигателя BE-3PM ракеты-носителя, что привело к аномалии в тяге [двигателя] и вызывало запуск аварийной системы спасения капсулы с полезной нагрузкой». Об этом сообщает издание Space.com со ссылкой на заявление компании от 24 марта 2023 года.

«Структурный износ был вызван рабочими температурами работы двигателя, которые оказались выше ожидаемых и привели к разрушению материала сопла [двигателя]. В ходе проверки двигателя BE-3PM, инициированной сразу же после инцидента, было установлено, что полётная конфигурация сопла испытала температуры, превышающие проектные показатели», — сообщила компания.

Компания приняла во внимание результаты расследования и проводит все необходимые изменения в конфигурации двигателя для недопущения повторения подобных инцидентов. В частности, Blue Origin пересмотрит дизайн камеры сгорания и скорректирует некоторые рабочие параметры BE-3PM. «Дополнительные изменения в конструкции сопла повысили его конструкционные показатели при термических и динамических нагрузках», отметили в компании.

Blue Origin планирует вскоре возобновить свои суборбитальные запуски. Оставшаяся в целостности и сохранности полезная нагрузка миссии NS-23 будет выведена в рамках следующего запуска ракеты-носителя с кораблём New Shepard.

Японская компания Pale Blue провела первое испытание на орбите своих экспериментальных ионных двигателей, работающих на водяном паре. Размещённые в конструкции наноспутника двигатели на воде были запущены примерно на две минуты. На основе полученных данных инженеры заключили, что первое испытание прошло успешно.

Источник изображения: Sony

Двигательная система была испытана 3 марта на первом спутнике компании Sony, который был запущен в космос в рамках проекта Star Sphere, цель которого заключается в том, чтобы предоставить большему количеству людей доступ к качественным снимкам планеты Земля и других космических объектов. Спутник Star Sphere 1, также известный под названием EYE, был выведен в космическое пространство на ракете Falcon 9 аэрокосмической компании SpaceX 3 января. В его конструкции размещена камера, которую находящийся на высоте 500-600 км от Земли аппарат будет использовать для ведения съёмки. Успешное испытание двигательной системы позволит Pale Blue продолжить реализацию проекта, доставив спутник на целевую орбиту, где он должен приступить к работе в конце этого года.

«Pale Blue разработала и испытала свой двигатель на основе воды, и благодаря этому компания сделала огромный шаг вперёд на пути к выводу на орбиту других аппаратов проекта Star Sphere», — прокомментировали прошедшие испытания в Pale Blue.

Главная цель разработчиков водяного двигателя заключается в создании альтернативной технологии, позволяющей спутникам оставаться на околоземной орбите. Вода в двигательной системе Pale Blue играет роль экологичного топлива, использовать которое также выгодно с экономической точки зрения. Двигательная система просто расщепляет воду на водород и кислород, сжигая их в качестве топлива. Однако использование воды в качестве топлива имеет свои ограничения по размеру и весу космических аппаратов, которые могут приводиться в движение такими двигателями. Считается, что ионные двигатели на воде идеально подходят для использования в крошечных спутниках.

Традиционно рабочим телом для плазменных двигателей служит ксенон, однако значительный и быстрый рост цен на это вещество заставляет искать замену. «Роскосмос» сообщил, что в ОКБ «Факел» впервые испытали стационарный плазменный двигатель СПД-70М на криптоне как наиболее вероятной альтернативе ксенону.

Источник изображения: «Роскосмос»

Электроракетный двигатель СПД-70М создан в ОКБ «Факел» и имеет мощность от 300 до 1200 Вт. В ГНЦ «Центр Келдыша» для двигателя был разработан катод-компенсатор с эмиттером из пористого вольфрама, пропитанного соединениями бария. Двигатель хорошо зарекомендовал себя при работе на ксеноне, но значительное подорожание этого газа в прошлом году вынудило обратиться к другим вариантам рабочего тела.

Переход с ксенона на криптон обещает в 5–10 раз снизить стоимость «топлива» для спутников. В частности, для аппаратов проекта «Сфера», число которых на орбите будут достигать нескольких сотен. В масштабах проекта отказ от ксенона и переход на криптон позволит сэкономить впечатляющий объём средств.

«Испытания двигателя прошли в ОКБ "Факел", показав его стабильную работу и надежные параметры запуска. Двигатель полностью соответствует требованиям для космических аппаратов проекта «Сфера», — сообщается в пресс-релизе «Роскосмоса». Интересно отметить, что от начала связанной с этим испытанием научной работы до тестового запуска СПД-70М на криптоне прошло меньше трёх месяцев — проектные работы стартовали в декабре 2022 года.

Федеральный проект «Сфера» включает орбитальные группировки связи (с космическими аппаратами «Ямал», «Экспресс», «Экспресс-РВ», «Скиф» и «Марафон») и орбитальные группировки дистанционного зондирования Земли (с космическими аппаратами оптико-электронного и радиолокационного наблюдения «Беркут» и «Смотр»). Первый тестовый спутник проекта был запущен в октябре 2022 года.

Институт передовых концепций NASA (NIAS) выдал компании Positron Dynamics грант на разработку ядерного ракетного двигателя нового типа — FFRE (fission fragment rocket engine) или двигателя на осколках деления. Для реализации проекта Positron Dynamics предложила новый и неожиданный вид топливной сборки в виде легчайшего аэрогеля с вкраплениями урана. Это лучшее, что можно предложить для космоса, где каждый грамм на вес золота.

Источник изображения: NASA

Двигатели на осколках деления — это давно предложенная концепция. Сегодня ядерные двигатели в целом выходят на передний план в качестве перспективных для освоения как далёких уголков Солнечной системы, так и для полётов в ближнем космосе, где они обеспечат манёвренность и постоянный контроль над пространством. В отличие от ядерных ракетных двигателей с нагревом реактивного вещества, двигатели на осколках деления создают реактивную тягу за счёт самих продуктов деления. Это означает, что дополнительной реактивной массы не нужно и её можно заменить полезной нагрузкой.

Фактически в двигателях FFRE происходят те же процессы, что в реакторах атомных электростанций на Земле. Но в ракетном двигателе продукты деления в виде плазмы необходимо направить строго в заданном направлении для создания тяги и для защиты компонентов двигателя и корабля от разрушения неуправляемыми потоками радиоактивного вещества. Тем самым разработчикам необходимо решить два вопроса: максимальное облегчение топливных сборок с сохранением удобства обращения и контроль контура плазмы в двигателе.

Задачу максимального облегчения топливных сборок компания Positron Dynamics обещает решить с помощью упаковки урана в аэрогелевую структуру. Что касается удержания плазмы, то здесь на выручку придут сверхпроводящие магниты. Развитие сверхпроводящих магнитов значительно подстегнули исследования в области термоядерных реакторов. Там тоже необходимо удерживать перегретую плазму во избежание разрушения стенок реакторов. В отрасли достаточно наработок, чтобы их можно было использовать для конструирования ракетного двигателя с управляемым контуром плазмы, уверены в Positron Dynamics и в NASA также придерживаются этого мнения.

Инженеры национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США разработали и испытали первый полномасштабный ротационный (вращающийся) детонационный ракетный двигатель (RDRE). В ведомстве не исключают, что эта разработка существенно изменит подход к созданию ракетных двигателей в будущем. Соответствующее сообщение опубликовано на официальном сайте NASA.

Источник изображения: NASA

От классического ротационный детонационный двигатель отличается тем, что в нём происходит взрывное сгорание топлива, продукты которого выбрасываются на огромных скоростях. Такой подход позволяет производить больше энергии при меньшем потреблении топлива, в сравнении со стандартными ракетными двигателями. В дальнейшем RDRE может стать перспективным вариантом для использования в посадочных модулях, а также при реализации миссий по освоению дальнего космоса, полётов на Луну или Марс.

В сообщении NASA сказано, что инженеры Центра космических полётов им. Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, провели свыше 10 огневых испытаний, в рамках которых новый двигатель проработал суммарно более 10 минут. В ходе прошедших испытания RDRE доказал, что его конструкция, изготовленная с использованием технологий аддитивного производства (3D-печать), способна обеспечивать длительный период функционирования, находясь под воздействием экстремальных температур и давления, возникающих при детонации топлива.

Работая на полную мощность, RDRE создал тягу свыше 1,8 т при давлении в камере более 42 атм (рекордный показатель давления для двигателя такой конструкции). Основой RDRE стал разработанный в NASA медный сплав GRCop-42, а также технологии аддитивного производства с порошковым напылением, благодаря чему двигатель может работать длительное время под воздействием экстремальных температур и не перегреваться при этом.

В дальнейшем инженеры NASA планируют создать полностью многоразовую версию RDRE, которая сможет выдавать до 4,5 т тяги. Это позволит показать преимущества в плане производства по сравнению с традиционными жидкостными ракетными двигателями, а также приблизит RDRE к началу использования в реальных миссиях, в том числе коммерческих.

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США и Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) объявили во вторник о сотрудничестве с целью создания и запуска на орбиту аппарата с ядерным двигателем к 2027 году.

NASA

В соответствии с заключённым соглашением, NASA присоединится к программе Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (DRACO) компании DARPA, запущенной в 2021 году с целью разработки ядерного теплового двигателя для космической ракеты.

«NASA будет работать с нашим давним партнёром DARPA с целью создания и демонстрации передовой технологии ядерных тепловых двигателей уже в 2027 году. С помощью новой технологии астронавты смогут путешествовать в дальний космос и возвращаться обратно быстрее, чем когда-либо, что является важным фактором для подготовки к пилотируемым полётам на Марс», — отметил директор NASA Билл Нельсон (Bill Nelson) во время презентации на научно-техническом форуме и выставке Американского института аэронавтики и астронавтики (AIAA) 2023 года, которые прошли в Национальной гавани (штат Мэриленд, США).

Как отмечено в пресс-релизе NASA, космические аппараты с ядерной тепловой установкой позволят сократить продолжительность полёта, снижая риски для астронавтов во время длительных миссий, таких как пилотируемых полёты на Марс. Более длительные полеты требуют транспортировки большего количества припасов и использования более надёжных систем.

Новые, более эффективные транспортные технологии помогут NASA в выполнении лунной и марсианской миссий. Благодаря более мощным ядерным двигателям можно будет иметь на борту корабля больше полезной нагрузки для научных исследований и использовать более мощные приборы и средства связи.

Сообщается что тепловой ядерный двигатель (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) может быть в три или более раз эффективнее обычных химических двигателей.

NASA и DARPA опубликовали межведомственное соглашение, определяющее роли и обязанности каждой из сторон. В соответствии с соглашением, Управление космических технологий NASA (Space Technology Mission Directorate, STMD) возглавит техническую разработку ядерного теплового двигателя для экспериментального космического корабля DARPA. Заказчиком разработки всей ступени и двигателя, включая реактор, выступает DARPA, которое возглавит общую программу, включая интеграцию и закупку ракетных систем, согласования, планирование, обеспечит безопасность и ответственность, а также общую сборку и интеграцию двигателя с космическим кораблём.

В пятницу Китай запустил на орбиту спутник связи Apstar 6-E с электрической двигательной установкой. Утверждается, что аппарат оснащён необычно мощным электрическим двигателем, который будет удерживать его на орбите не менее 15 лет. Подробности не сообщаются, но можно ожидать, что мощность двигателя попадает в диапазон от 10 до 100 кВт. В Китае активно разрабатывают электрические ракетные двигатели, что важно для полётов в пределах нашей системы.

Работа ионных двигателей. Источник изображения: scmp.com

Ожидается, что использование теоретического электрического двигателя на ионной тяге с мощностью 200 МВт позволит добраться до Марса всего за 39 дней. При этом топлива (реактивной массы) потребуется в десять раз меньше, что позволит взять на борт больше полезной нагрузки. Например, для удержания орбиты китайской орбитальной станции «Тяньгун» для её четырёх электрических двигательных установок требуется 400 кг топлива (ксенона или подобного газа), тогда как МКС за то же время израсходует 4 т топлива на ту же задачу.

Электрические ракетные двигатели на эффекте Холла для полётов в дальний космос разрабатывают все космические державы. Подобные двигатели малой мощности хорошо зарекомендовали себя в околоземном пространстве, включая самый массовый вывод подобных установок в лице группировки Starlink. Но для полётов дальше Луны нужны электрические двигатели мощностью от 5 до 500 МВт, что автоматически ведёт к переносу в космос ядерных силовых установок.

Возвращаясь к Китаю, отметим, что ещё летом 2021 года стало известно, что учёные этой страны провели на Земле почти годовые испытания электрического двигателя HET-3000 мощностью 50 кВт. Для запущенного вчера аппарата Apstar 6-E массой 1,3 т подобный двигатель стал бы перебором, но говорить о приближении к границе 10 кВт вполне допустимо.

Группа учёных инженерного факультета Корнеллского университета получила грант NASA на разработку керамических радиаторов для охлаждения силовых ядерных установок для космоса. Керамика обеспечит снижение веса радиаторов и работу агрессивных хладагентов, что невозможно в случае металлических тепловых трубок и радиаторов. Также керамика позволит 3D-печать радиаторов из пористых материалов, повышая их эффективность и облегчая производство.

Источник изображения: NASA

Согласно новой стратегии Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) и ООН, дальнейшее освоение космоса станет невозможным без переноса ядерных технологий в космические программы. В США оборонные исследовательские ведомства уже начали запускать соответствующие программы и выдавать гранты. Космические корабли с силовыми ядерными установками от электрических до использующих энергию деления ядер для реактивного выброса рабочего вещества смогут летать дальше и дольше, а без этого изучение и освоение Солнечной системы не имеет значимых перспектив.

Исследователи из Корнеллского университета получили деньги на работу в рамках программы AdVECT (Additive Vehicle-Embedded Cooling Technologies). Проект направлен на создание новых керамических теплоотводящих технологий, пригодных для ядерных энергетических систем, включая атомные реакторы для работы на поверхности планет (Fission Surface Power), которые однажды смогут обеспечить работу лунной базы, и ядерные электрические двигатели, которые смогут эффективно направлять ракеты к Марсу.

В рамках гранта учёные будут разрабатывать новые керамические смолы и методы аддитивного производства для 3D-печати таких компонентов, как пористые керамические радиаторы со встроенными теплопроводами. Для оптимизации механической прочности и других свойств керамики будут использоваться рентгеновская съёмка, термический анализ и испытания в вакуумной камере.

Перед учёными стоит задача преодолеть ограничения в технологиях охлаждения, которые сегодня используются для освоения космоса, а это относительно тяжёлые радиаторы с металлическими тепловыми трубками, что ограничивает будущие миссии. Более лёгкая по весу альтернатива в виде углеродно-композитных материалов также не подходит для решения таких задач, поскольку такие материалы плохо переносят космические условия. Зато керамика открывает небывалые перспективы в космических системах охлаждения, что учёные берутся доказать на практике.

Компания Gilmour Space Technologies занимается разработкой сверхлёгкой ракеты-носителя, которая будет полностью спроектирована в Австралии. Исторический запуск планируется совершить в апреле 2023 года. Пять двигателей ракеты Eris будут работать на твёрдом топливе и жидком окислителе. Австралийцы обещают кое-что новое в космосе: прокачивать окислитель будет не имеющий аналогов сверхлёгкий электрический двигатель с защитой для работы в вакууме.

Источник изображения: Gilmour Space Technologies

Диаметр первой ступени 25-м ракеты Eris составляет 2 м. Диаметр второй ступени — 1,5 м. Ракета сможет доставлять до 305 кг полезной нагрузки на высоту до 500 км на солнечно-синхронную или экваториальную орбиту. Это станет первым полностью национальным проектом Австралии. Но главной фишкой проекта будет сверхлёгкий электрический двигатель и инвертор для его питания, которые смогут выдерживать работу в полном вакууме.

Инвертор строится на базе силовых элементов из карбида кремния. Это позволяет кратно увеличить эффективность и мощность силовых узлов не принося в жертву малый вес. Для гарантированной работы инвертора в вакууме его пришлось поместить в герметичный бокс из углепластика, который мог бы поддерживать внутри нормальное атмосферное давление даже в глубоком вакууме. Двигатель также оптимизирован для работы в условиях вакуума.

Источник изображения: Equipmake

Разработку электродвигателя и помпы для прокачки окислителя доверили британской компании Equipmake. Она утверждает, что создаёт самые мощные и самые лёгкие электродвигатели на рынке. Для установки Sirius компания Equipmake создаст особенный двигатель, который обеспечит достаточную тягу и надёжность.

Недавно компания Gilmour Space Technologies провела статические огневые испытания двигателя Sirius с новым электрическим двигателем. До разрушения двигатель работал свыше 90 с и выработал 115 килоньютонов тяги.

«Это самый мощный ракетный двигатель, когда-либо разработанный в Австралии, — сказал генеральный директор и соучредитель Gilmour Space Адам Гилмур, — и он выполнил свое требование по продолжительности миссии до отказа».

В будущем разработчик намерен создать по аналогичной схеме более мощные ракеты вплоть до отправки пилотируемых миссий. Но у специалистов возникают законные вопросы о диапазоне возможностей работы такой схемы. В частности, их смущает использование электрических двигателей, помп, инверторов и аккумуляторов в системах подачи окислителя и топлива. А лишняя сложность всегда снижает шансы на успех.

Недавно японское аэрокосмическое агентство JAXA провело в космосе эксперимент с ракетными двигателями, работающими на водяном паре. Но воду можно расходовать намного эффективнее, если использовать её в качестве реактивной массы для электрических ионных ракетных двигателей. Это как перейти с паровозов на электровозы, чем обещают вместе заняться JAXA и компания Pale Blue.

Источник изображения: JAXA

Компанию Pale Blue создали учёные-выходцы из Токийского университета. Они разработали и создали электрическую спутниковую двигательную установку мощностью класса 30 Вт на основе воды как топлива. Традиционно электрические ионные двигатели использовали в качестве топлива сжатый под высоким давлением газ ксенон. Газ на катоде двигателя превращался в поток ионов и приводил космический аппарат в движение. Например, на этом типе топлива работали первый и второй японские зонды «Хаябуса», которые доставили на Землю образцы породы с астероида Рюгу.

Как показала практика, эксплуатация электрических двигательных установок с использованием сильно сжатого газа с давлением более 10 атмосфер сопряжена с трудностями, которых можно избежать, если использовать баки низкого давления и другое топливо. Вода и водяной пар, например, могут считаться идеальным топливом для таких двигателей — это экологически чисто и экономически выгодно.

Благодаря опыту JAXA и новым разработкам Pale Blue партнёры обещают разработать новые электрические двигатели на воде в качестве топлива. Агентство JAXA предоставит не только технологию катодных микроволновых ионных двигателей, но также технологию создания баков низкого давления для топлива (для воды). Это будет не просто бак в обычном понимании, а сильнопористое вещество на основе так называемых металлоорганических каркасов (MOF). Топливо будет храниться в порах вещества, структура которого сможет выдерживать в вакууме внутреннее давление до 10 атмосфер.

В рамках совместной работы Pale Blue и JAXA представят два класса двигательных ионных установок: 30 Вт и 300 Вт. Двигатели класса 30 Вт будут служить для поддержания орбит научных зондов и для дальних миссий (как наиболее экономичные), а 300-Вт двигатели смогут поддерживать спутники на низких орбитах вокруг Земли.

Китайские СМИ распространили информацию об успешных испытаниях нового ракетного двигателя, который заложит основу национальной лунной программы Китая. Ожидается, что первый испытательный полёт новой ракеты-носителя для отправки грузов к Луне состоится в 2027 году. По крайней мере, двигатель для первой ступени и ускорителей уже подтвердил свою работоспособность, что открывает путь для дальнейшего продвижения к заветной цели.

Источник изображения: Xian Aerospace Propulsion Institute

Согласно последним обнародованным планам Китайской аэрокосмической научно-технической корпорации (не факт, что их в очередной раз не изменят), для лунных миссий готовятся две ракеты-носителя: «Чанчжэн-5G» и «Чанчжэн-9». Сверхтяжёлая ракета «Чанчжэн-9» высотой 110 м сможет доставлять на лунную орбиту до 50 т груза, но произойдёт это не раньше 2030 года. Ракета «Чанчжэн-5G» высотой 90 м появится гораздо раньше — в 2026 или 2027 году, хотя и обещает доставлять к Луне не более 27 т полезной нагрузки.

Успешные испытания многоразового двигателя состоялись в рамках проекта «Чанчжэн-5G». Первую ступень и пару ускорителей будут приводить в движение по семь модернизированных двигателей YF-100N (ранее упоминались двигатели YF-100K) — всего 21 двигатель для первой ступени и ускорителей. Тяга каждого из них будет достигать 130 т. Для сравнения, для первой ступени ракеты «Чанчжэн-9» испытываются двигатели YF-130 с тягой 500 т.

На прошлой неделе китайские разработчики испытали не просто двигатель YF-100N, а сделали это с повторным запуском, что необходимо для плавного спуска первой ступени и ускорителей на землю. Двигатель и первая ступень с укорителями смогут летать не менее 10 раз каждый. Садиться они будут на морские баржи с системой тросового подхвата за «плавники» по подобию посадочных мачт компании SpaceX для ракеты Starship.