Компания Northrop Grumman сообщила об успешных статических огневых испытаниях двигателя ракеты для старта с поверхности Марса. Если NASA продолжит финансировать программу MSR по доставке образцов с Красной планеты на Землю, то испытанный на днях прототип воплотится в ракете для первого в истории старта с поверхности другой планеты. Успешные испытания двигателя на Земле стали новым шагом к этой мечте.

Источник изображений: Northrop Grumman

Следует уточнить, что компания Northrop Grumman провела огневые испытания двигателя второй ступени. Ракета MAV (Mars Ascent Vehicle) будет состоять из двух ступеней. Её длина составит 3 м, а масса — 450 кг. Отличительной особенностью двигателя второй ступени станет то, что в полёте в процессе работы он будет вращаться вокруг своей оси. Это повысит стабилизацию полёта ракеты в чрезвычайно разреженной атмосфере Марса. На видео испытаний ниже можно увидеть, как двигатель начинает вращаться после запуска и останавливается после окончания работы.

Устройство ракеты для старта с поверхности Марса достаточно необычное. Однако разработчик утверждает, что в конструкции ракеты и в твердотопливной смеси используются материалы и вещества, уже проверенные в условиях Марса. Вероятность отказа или разрушения очень мала, что находит подтверждение, например, во время огневых статических испытаний. Более того, двигатели первой ступени испытывались в криокамере, поскольку дюзы должны выдерживать работу на Марсе в условиях минусовых температур.

«Третьими успешными полномасштабными статическими [огневыми] испытаниями мы продемонстрировали конструкцию, близкую к готовой к полёту, с использованием проверенных космических материалов и топлива, — сказал Джефф Бемис (Jeff Bemis), руководитель программы Mars Ascent Propulsion System (MAPS) в Northrop Grumman. — Мы уже бывали на Марсе, используя подобные материалы и топливо. Наши материалы и топливо доказали свою надёжность и хорошо подходят для экстремальных условий космоса и требований к защите планет».

Художественная концепция

Проблема в другом: в новом бюджетном плане деньги на программу NASA MSR не предусмотрены. Возвращать образцы с Марса предварительно решили с началом пилотируемой космонавтики на Марс, что произойдёт после 40-х годов. Это сделает ракету Northrop Grumman ненужной, хотя её наработки могут пригодиться в будущем в каком-то виде. Но зато ракета будет готова к выполнению своей задачи, если на космические программы США вдруг найдутся деньги.

Зарегистрированная в 2023 году в Люксембурге ракетная компания Aspire Space объявила о переносе операций в Дубай, ОАЭ. Компания была основана Станиславом Руденко, получившим образование в Санкт-Петербурге. Техническим директором Aspire Space стал ветеран космической отрасли СССР Сергей Сопов, ранее возглавлявший космодром «Морской старт». Вместе с командой инженеров, выходцы из ракетно-космических организаций стран бывшего СССР, и ИИ они обещают создать многоразовую ракету, которой могут заинтересоваться в Европе и других странах в качестве альтернативы Falcon 9.

Источник изображения: Aspire Space

Переезд Aspire Space в Дубай может быть связан с тем, что стратегический партнёр компании — стартап LEAP 71, зарегистрирован в ОАЭ и ведет там свою деятельность. Компания LEAP 71 состоит всего из двух человек — Джозефин Лисснер, аэрокосмического инженера и управляющего директора, а также соучредителя Лина Кайзера. Они занимаются проектированием жидкостных ракетных двигателей. Точнее, компания разработала программный пакет Noyron, который представляет собой нейросеть, обученную для моделирования множества механических систем, но пока заточенную под проектирование ракетных двигателей.

Источник изображения: LEAP 71

В прошлом году компания сообщила о разработке с нуля искусственным интеллектом обычных и клиновоздушных ракетных жидкостных двигателей, на что у компьютера ушло не более трёх недель для каждого типа. Прототипирование моделей осуществляется подрядчиками из Германии с использованием 3D-печати металлами, а испытания проводились на полигоне в Великобритании. Однако для компании нет возможности проводить испытания в ОАЭ, что является для неё постоянной проблемой.

Основатели и единственные сотрудники LEAP 71. Источник изображения: LEAP 71

Совместно Aspire Space и LEAP 71 будут создавать многоразовую ракету. Финансирование проекта поступает из личных средств организаторов Aspire Space. По прогнозам Руденко, весь проект — ракета-носитель, способная выводить на низкую околоземную орбиту 15 тонн, многоразовый космический корабль для коммерческих космических станций, необходимая наземная инфраструктура и первый полёт — обойдётся более чем в $1 млрд. Но это позволит создать ещё одного конкурента SpaceX.

Компания LEAP 71 будет проектировать двигатели первой, второй и третьей ступеней для будущей ракеты, а Aspire Space займётся интеграцией и созданием всей необходимой инфраструктуры. Опыт для этого у главного технолога компании, Сергея Сопова, более чем достаточен.

Сергей Алексеевич Сопов. Источник изображения: Википедия

Компания LEAP 71 планирует провести первые испытания двигателей второй ступени в третьем квартале 2026 года. Ракета Aspire Space должна полететь к 2030 году. Эти амбициозные планы ставят перед компанией важную цель. Однако не мешает вспомнить судьбу основателя компании Firefly Aerospace — украинского предпринимателя Максима Полякова. Как только в его разработке наметился прорыв, власти США заставили его продать компанию и покинуть её. Это наталкивает на размышления о возможных причинах переезда Aspire Space из Европы в ОАЭ.

Официальный представитель Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов США (DARPA) заявил, что агентство отменило проект по созданию космического теплового ядерного двигателя (NTP), который оно разрабатывало совместно с NASA. Это решение было принято в связи с достижениями в современном ракетостроении, включая успехи компании SpaceX, а также после нового анализа перспектив атомных ракетных двигателей.

Источник изображения: DARPA

Программа DARPA DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations) по созданию демонстрационной ракеты с атомным ракетным двигателем для полётов в пространстве Земля-Луна была анонсирована в начале 2020 года. Позже в том же году первый контракт стоимостью $14 млн на черновое проектирование двигательной установки выиграла компания Gryphon Technologies. Это должен был быть тепловой ядерный двигатель, в котором реакция деления разогревала бы рабочее тело — сжиженный водород — и создавалась тяга за счёт выброса раскалённых газов в космос (что важно — радиоактивных газов).

В 2021 году DARPA по программе DRACO заключило контракты с компаниями General Atomics ($22 млн), Blue Origin ($2,5 млн) и Lockheed Martin ($2,9 млн). Первая компания должна была разработать концепцию ядерного реактора, второй — разработать концепцию операционной системы и демонстрационного космического аппарата, а третьей — создать операционную и демонстрационную системы.

Следует уточнить, что атомные двигатели обещали впечатляющую дальность полёта и длительность манёвров в космосе. К 40-м годам окололунное пространство обещает стать достаточно оживлённым. Проект DRACO должен был привести к созданию космического рейдера с большим запасом хода и высокой манёвренностью для операций патрулирования в этом пространстве. Как пояснили в Пентагоне, это необходимо для защиты бизнеса и научных программ в окололунном пространстве.

Среди американских специалистов в то время тепловой ядерный ракетный двигатель считался наиболее перспективным. Поэтому в DARPA остановились на этом типе двигательной установки. Она обещала оказаться в 10 000 раз мощнее по тяге, чем электрические (ионные) двигатели, и в пять раз эффективнее ракетных двигателей на химическом топливе. В общем, тогда выбор казался очевидным.

В 2023 году к программе DRACO присоединилось NASA, которое стало отвечать за подготовку к изготовлению двигателя и демонстрационной ракеты. Контракт на разработку двигателя был заключён с компанией BWX Technologies, а Lockheed Martin взялась изготовить ракету и интегрировать в неё силовую часть, а также провести испытание в космосе. Стоимость общего контракта составила $499 млн.

Деньги на развитие проекта были выделены из бюджета NASA. Запуск демонстратора был запланирован на 2027 год. Сегодня у NASA сложное положение с финансами. В проекте бюджета на 2026 год средства на программу DRACO уже не предусмотрены. В NASA прокомментировали этот момент так: «Запрос также отражает решение нашего партнёра отменить демонстрационный проект Rocket for Agile Cislunar Operations (DRACO)».

Представитель DARPA позже пояснил, что развитие в области средств доставки демонстрирует такой прогресс, что необходимость в атомных двигателях уже не так актуальна, как раньше. Так, стоимость запуска существенно снизилась, а новый анализ атомных двигателей показал, что на первое место выходят электроракетные ядерные двигатели. К слову, именно такой ядерный электроракетный или электроплазменный двигатель будет использоваться на российском ядерном буксире «Зевс». Таким образом, программа DRACO больше не актуальна, и её решено закрыть, несмотря на значительные суммы, потраченные на неё.

Хотя с квалификационных испытаний действующего ракетного двигателя P120C для носителей Ariane 6 и Vega C прошло всего четыре года, ему уже подготовили замену: более мощный двигатель P160C. Новая разработка впервые прошла квалификационные испытания 24 апреля 2025 года и теперь готова к производству. Благодаря P160C европейские ракеты смогут выводить на орбиту на 20 % больше полезной нагрузки за каждый запуск.

Эволюция ракеты Vega. Источник изображения: ESA

Квалификационные испытания двигателя P160C прошли на стенде твердотопливных ускорителей (BEAP) на Европейском космодроме во Французской Гвиане, которым управляет Французское космическое агентство (CNES). Двигатели заправляются топливом в ангарах космодрома, хотя его компоненты производятся в Европе. Разработкой нового двигателя, а также его производством совместно занимаются компании ArianeGroup и Avio в рамках их совместного предприятия Europropulsion.

Новый двигатель отличается увеличенным запасом топлива — 156 тонн, что на 14 тонн больше, чем у P120C. За счёт этого его длина возросла на метр и теперь составляет 14,5 м. Как и его предшественник, P160C будет использоваться в первой ступени лёгкой ракеты-носителя Vega C, а также в качестве боковых ускорителей тяжёлой ракеты Ariane 6. Первые запуски с использованием нового двигателя ожидаются в 2027 году. P160C станет одним из крупнейших в мире цельнокомпозитных твердотопливных ракетных двигателей.

Двигатель состоит из трёх основных компонентов. Основной корпус производится компанией Avio в Коллеферро (Италия) методом намотки нитей и автоматизированного наложения углеродно-эпоксидных слоёв. Сопло, изготовленное ArianeGroup на заводе в Ле-Эйяне близ Бордо (Франция), выполнено из композитных материалов и выдерживает температуру до 3000 °C. Оно оснащено шарниром для управления полётом ракеты. Топливная загрузка и финальная сборка двигателя осуществляются дочерними компаниями Regulus и Europropulsion во Французской Гвиане.

Третьим элементом P160C является алюминиевый воспламенитель из углеродного волокна, который обеспечивает правильное зажигание двигателя. Он производится под контролем Avio компанией Nammo в Рауфоссе, Норвегия.

Через два-три года в рамках программы NASA Artemis может состояться возвращение человека на Луну. На этот раз будут использоваться более тяжёлые посадочные модули, чем в программе «Аполлон». Поэтому накопленный ранее опыт взаимодействия двигателей модулей и лунной поверхности необходимо адаптировать к новым условиям. Бесконтрольно разлетающийся под действием реактивных струй лунный реголит представляет опасность, и это следует учесть.

Источник изображения: NASA

Специалисты NASA будут тестировать поведение имитатора реголита под действием реактивных струй от экспериментального двигателя в вакуумной камере — в частности, в 18-метровой камере Исследовательского центра NASA им. Лэнгли в Хэмптоне, штат Вирджиния. До отправки в Вирджинию двигатель был собран и более 30 раз испытан в вакууме и дважды при атмосферном давлении в другом центре NASA — Центре космических полётов им. Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама.

Сам двигатель был спроектирован и изготовлен в Университете штата Юта (Utah State University). Его конструкция довольно интересна: это гибридный ракетный двигатель, работающий на комбинации твёрдого топлива и газообразного кислорода. Во многом он изготовлен с применением 3D-печати. Конструкция была создана специально для проведения испытаний по воздействию реактивной струи на имитатор лунной поверхности.

«Запуск гибридного ракетного двигателя с целью воздействия на имитатор лунного реголита в вакуумной камере не осуществлялся на протяжении десятилетий», — поясняют специалисты NASA. Похоже, в последний раз это происходило в ходе разработки программы «Аполлон».

«NASA сможет использовать данные, полученные в ходе испытаний, и масштабировать их в соответствии с условиями полёта, чтобы лучше понять физику процесса, уточнить наши модели и в конечном итоге сделать посадку на Луну более безопасной для астронавтов миссии Artemis», — добавляют в агентстве.

Лунный реголит под действием реактивных струй посадочного модуля может проседать, разлетаться и, в конечном итоге, образовывать неровности на поверхности Луны. Это приведёт к нестабильной работе двигателей посадочного модуля и увеличит вероятность аварии. Также разлетающийся реголит может повредить сам модуль, полезную нагрузку или элементы инфраструктуры на Луне. Все эти риски необходимо предусмотреть и быть к ним готовыми, чем NASA и займётся в ближайшие месяцы.

Британский стартап Pulsar Fusion представил концепцию космического буксира Sunbird на термоядерной тяге. Небольшая ракета на линейном приводе прямого синтеза должна будет очень быстро доставлять грузы в пределах Солнечной системы. Испытания в космосе концепции двигателя на термоядерной тяге запланированы на 2027 год. При достаточном финансировании прототип буксира будет создан к 2030 году. Источник финансирования пока не определён.

Источник изображений: Pulsar Fusion

Сегодня все космические агентства и ряд компаний ведут разработки ракетных двигателей на ядерной тяге. Используя энергию ядерного деления (распада), предлагается либо вырабатывать электричество для питания ионных ракетных двигателей, либо испарять рабочее тело — например, воду — для создания реактивной тяги. В любом случае ядерные двигатели обеспечивают значительно более длительный цикл непрерывной работы с меньшими затратами топлива, чем ракеты на химическом топливе.

Термоядерные реакции синтеза выделяют в четыре раза больше энергии, чем реакции ядерного деления. Благодаря этому ракеты на термоядерной тяге смогут разгоняться до впечатляющих скоростей — до 800 000 км/ч, используя минимальное количество топлива. До Марса ракета с таким двигателем может добраться за два–три месяца, а путь к Сатурну или Юпитеру сократится до пары лет.

В своём видении будущего компания Pulsar Fusion представляет сеть заправочных станций в Солнечной системе, к которым время от времени будут причаливать термоядерные буксиры. Затем они будут захватывать обычные ракеты и перемещать их по системе. Ближе к месту назначения ракеты будут отцепляться от буксиров, запускать свои химические двигатели и завершать полёт самостоятельно.

Разработку концепции термоядерного буксира Sunbird финансирует Космическое агентство Великобритании. В этом году компания Pulsar Fusion намерена отправить в космос элементы будущей электроники для ракеты, чтобы убедиться в её работоспособности в условиях невесомости. Элементы привода прямого синтеза (DFD) планируется отправить в космос в 2027 году. Разработчик отмечает, что термоядерный синтез «естественен» для вакуума, тогда как для Земли — нет. В любом случае, в отличие от термоядерных реакторов на Земле, предназначенных для выработки электричества, термоядерный реактор в основе ракетного двигателя должен оказаться значительно проще.

Ракетный термоядерный двигатель не потребует длительного удержания плазмы — все продукты синтеза будут сразу же превращены в реактивную струю и покидать двигатель, создавая тягу. Это значительно упростит конструкцию двигателя, что всё ещё технически сложно для токамаков и стеллаторов. Кроме того, ракетный двигатель будет иметь линейную рабочую камеру, что упрощает конфигурацию магнитного поля для удержания плазмы на расстоянии от стенок камеры. Наконец, для работы термоядерного ракетного двигателя необязательно добиваться положительного энергетического выхода термоядерной реакции — любая реакция, даже с энергетическим дефицитом, может использоваться для создания тяги.

В качестве топлива компания Pulsar Fusion рассматривает использование дейтерия и гелия-3. В процессе синтеза будут возникать не нейтроны, как в случае реакций на термоядерных электростанциях на Земле, а протоны. Протоны позволяют создавать более мощную тягу, практически не образуя при этом радиоактивных отходов.

Американская компания Miles Space рассекретила данные о работе созданного ею электроплазменного ракетного двигателя. Параметры тяги, удельного импульса и потребляемой двигателем мощности побили все возможные рекорды, поразив своей высочайшей эффективностью. Двигатель впервые испытали в космосе в сентябре 2024 года на европейском кубсате, но подробности всплыли только сейчас.

Подготовка к статическим огневым испытаниям двигателя. Источник изображения: Miles Space

Обычно в качестве рабочего тела в электроплазменных ракетных двигателях используются нейтральные газы, например, ксенон. Переход на водяное топливо обещает удешевить эксплуатацию подобных двигателей и, что более важно, позволит обеспечивать дозаправку ракет в космосе вдали от центров производства топлива.

«У нас есть плазменный двигатель на основе водяного пара, который работает на такой низкой мощности, что люди в это не верят», — пояснил SpaceNews генеральный директор Miles Space Брэд Берксон (Brad Berkson).

Во время испытаний на европейском кубсате формата 1U в сентябре 2024 года двигатель Miles Space Poseidon M1.5 продемонстрировал свою эффективность для таких задач, как сведение спутников с низкой околоземной орбиты, когда двигатели работают в течение длительного времени, пояснил инженер, изучивший телеметрию демонстратора.

Двигатель M1.5 объёмом 10 см³ создавал тягу в 37,5 мН в течение 5 минут при удельном импульсе в 4800 секунд и потребляемой мощности 1,5 Вт. Для сравнения, гидразиновый двигатель обеспечивает в десять раз большую тягу, но работает с меньшим удельным импульсом (200–300 с), а двигатели на эффекте Холла могут обеспечивать аналогичную силу тяги при меньшем удельном импульсе, но для этого может потребоваться в сотни раз большая мощность. Таким образом, двигатель Miles Space на воде способен обеспечить лучшую манёвренность при прочих равных условиях.

Интересно отметить, что двигатель Poseidon M1.5 был разработан всего за два года с помощью нейронных сетей. Инженеры задали начальные условия, включая объёмы рабочих камер, расположение выходных отверстий и другие параметры, а затем отбирали лучшие варианты. В результате получился эффективный электроплазменный ракетный двигатель, в котором вода превращается в водяной пар, затем пар ионизируется, а ионы разгоняются в электрическом поле, создавая тягу.

Как сообщил «Росатом», учёные корпорации совместно с коллегами создали и испытали лабораторный прототип плазменного электрореактивного ракетного двигателя на базе магнитно-плазменного ускорителя. Отличительной чертой разработки стали повышенные параметры тяги (не менее 6 Н) и удельного импульса (не менее 100 км/с). Промышленная реализация подобной установки позволит доставить ракету на Марс за 30–60 дней, что значительно снизит опасность полётов на Красную планету.

Источник изображений: «Росатом»

«Сейчас полет на Марс на обычных двигателях может занимать почти год в одну сторону, что опасно для космонавтов из-за космического излучения и воздействия радиации. Использование же плазменных двигателей может сократить миссию до 30–60 дней, то есть можно будет отправить космонавта к Марсу и обратно. Создание прототипа — один из наиболее важных этапов проекта, поскольку он определяет, будет ли в дальнейшем такой двигатель пригоден для космических “ядерных буксиров”, возможно ли будет снизить затраты на их производство в целом», — прокомментировал сообщение первый заместитель генерального директора по науке научного института «Росатома» в Троицке Алексей Воронов.

На площадке в Троицке создаётся испытательная установка для проверки данного прототипа и других перспективных моделей в условиях, приближённых к космическому пространству. Вакуумная камера стенда имеет диаметр 4 м и длину 14 м. Для испытаний двигателей предусмотрена эффективная система отведения тепла из камеры.

Средняя мощность такого двигателя в импульсно-периодическом режиме достигает 300 кВт. Плазменные электрореактивные ракетные двигатели уступают по тяге химическим двигателям, но благодаря намного более экономному расходу топлива — рабочего тела, которое превращается в ионы и с ускорением вылетает из дюз ракеты — они способны разгоняться до значительно более высоких скоростей. Их главное преимущество — высочайшая эффективность, а для полётов в дальние уголки Солнечной системы это ключевой фактор.

General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) сообщила, что стала первой, кто испытал ядерное ракетное топливо в условиях максимально приближённых к эксплуатационным. Топливные сборки подверглись на стенде воздействию агрессивной водородной среды при нагреве до 2326 °C в течение 20 мин. Такое время ядерный ракетный двигатель работает при разгоне и соответственно создаёт максимальную нагрузку на топливо. Сборки GA-EMS не расплавились и остались неповреждёнными.

Источник изображения: GA-EMS

Известно, что военные США в рамках программы DARPA DRACO заключили контракт с компанией Lockheed Martin на сумму $499 млн на разработку ракеты на тепловом ядерном двигателе (NTP). Такой двигатель работает на нагреве рабочего тела, подаваемого в активную камеру реактора. В качестве рабочего тела выбран водород. Ядерная реакция распада будет нагревать водород, и использовать его выброс из сопла для создания реактивной тяги. Ядерное топливо в таких условиях будет подвергаться агрессивному воздействию перегретого водорода и необходимо заранее знать, как долго оно сможет оставаться рабочим.

Тестирование проводилось на установке CFEET в Центре космических полетов NASA имени Маршалла (MSFC). Как утверждают в GA-EMS, компании неизвестно о других случаях подобной проверки — они были первыми. На стенде топливо было подвергнуто шести 20-минутным термическим циклам. Каждый из циклов соответствует режиму полной тяги теплового ядерного двигателя. При этом в камеру с топливом подавался нагретый до 2326 °C водород. Проверка показала, что после всех испытаний топливные сборки оказались неповреждёнными и не получили дефектов.

«Недавние результаты испытаний являются важной вехой в успешной демонстрации конструкции топлива для реакторов NTP, — сказал Скотт Форни (Scott Forney), президент GA-EMS. — Топливо должно выдерживать экстремально высокие температуры и воздействие горячего газообразного водорода, с которыми обычно сталкивается реактор NTP, работающий в космосе. Мы очень воодушевлены положительными результатами испытаний, доказывающими, что топливо способно выдерживать такие условия эксплуатации, что приближает нас к реализации потенциала безопасных и надёжных ядерных тепловых двигателей для полётов к Луне и в дальний космос».

Потенциал ядерных ракетных двигателей таков, что он позволит долететь до Марса за 45 суток, тогда как ракета на классическом жидкостном ракетном двигателе будет добираться до Красной планеты 6–7 месяцев, что, скажем прямо, крайне опасно для здоровья экипажа. Сокращение времени в пути обещает в принципе изменить подход к осуществлению космических миссий.

Искусственный интеллект взял новую высоту — за три недели с нуля спроектировал работающий клиновоздушный ракетный двигатель, вокруг которого ракетостроители ходят кругами уже более 70 лет. Отпечатанная затем на 3D-принтере модель жидкостного ракетного двигателя проработала 11 секунд в огневом тесте, развив тягу 5 кН.

Источник изображений: LEAP 71

За проектирование двигателя отвечает компания LEAP 71, зарегистрированная в Дубае (ОАЭ). Изготовлением его частей из медного сплава CuCrZr методом аддитивной печати и лазерного плавления занимается немецкая компания AMCM. Испытания проводятся на полигоне Airborne Engineering в Уэскотте, Великобритания. Ранее в этом году LEAP 71 показала прототип обычного жидкостного ракетного двигателя, также разработанного ИИ и изготовленного на 3D-принтере. Над клиновоздушным ракетным двигателем ИИ пришлось попотеть. Если обычный двигатель он проектировал за две недели, то на проект клиновоздушного ушло целых три.

Клиновоздушные ракетные двигатели (aerospike) были предложены в 50-х годах прошлого века. Они интересны частично открытым соплом, что даёт возможность обтекающего ракеты потоку встречного воздуха служить виртуальной второй половинкой сопла. Это означает, что кривизна сопла будет изменяться по мере подъёма ракеты из-за постепенного разрежения воздуха. Из этого следует, что клиновоздушный ракетный двигатель будет одинаково эффективен на всех высотах, тогда как двигатели с обычным соплом эффективны лишь на отдельных участках полёта, поэтому у ракеты несколько ступеней с разными двигателями.

Интерес к двигателям типа aerospike вернулся на фоне проектирования многоразовых ракет и космических самолётов. По-хорошему, самолёт не должен быть многоступенчатым. Наконец, клиновоздушные ракетные двигатели в целом должны потреблять меньше топлива на доставку грузов в космос. В свете борьбы с потеплением и позиций экономии в космосе — это тоже важно.

Компания LEAP 71 создала нейронную сеть Noyron, которая научена проектировать механизмы и любые конструкторские решения без использования программ CAD. Компания успешно показала работу ИИ в сфере проектирования ракетных двигателей, но также утверждает, что Noyron способна проектировать не только ракетные двигатели, но и игрушки, а также тяжёлую технику. Программе задаются входные параметры, а на выходе получается готовое устройство. Похоже, под давлением ИИ ещё одну профессию ждёт трансформация. На этот раз это работа инженера-конструктора, хотя люди пока сами неплохо справляются даже с проектированием клиновоздушных двигателей, если это нужно.

Китайская компания Space Transportation опубликовала видео первого лётного испытания прямоточного воздушно-реактивного двигателя с детонацией. Он предназначен для самолётов, которые будут летать со скоростью около 4 Махов, что в два раза быстрее сверхзвуковых Ту-144 и «Конкордов». Двигатель был испытан в составе ракеты. Первые лётные испытания на самолёте запланированы на 2027 год.

Двигатель JinDou400. Источник изображения: Space Transportation

Двигатель JinDou400 (Jindouyun) длиной 3 м и диаметром 30 см обеспечил тягу 400 кг и разогнался до скорости 5000 км/ч на высоте более 20 км. Испытания прототипа двигателя состоялись в конце октября. Окончательная конструкция двигателя была испытана в полёте 9 декабря.

В процессе работы двигателя возникает серия взрывов в камере сгорания, которые создают фронт ударной волны. Это обеспечивает увеличенную тягу при сохранении расхода топлива. Воздух для сжатия топлива и последующей детонации поступает прямо в двигатель в процессе движения, что устраняет необходимость в компрессорах и турбинных компонентах. Это упрощает конструкцию, улучшает соотношение тяги к весу и снижает затраты.

Рендер будущего самолёта

Первый полноценный пассажирский маршрут на гиперзвуковом самолёте с представленными двигателями компания Space Transportation обещает открыть в 2030 году. Маршрут будет прямым: самолёт, например, сможет преодолеть расстояние между Пекином и Нью-Йорком за 2 часа. Сейчас на это уходит 15,5 часов в случае рейса без пересадок.

Испытания подтвердили надёжность и управляемость прямоточного детонационного реактивного двигателя. Двигатель выполнен модульным и частично изготовлен с помощью 3D-печати. Простая конструкция, немногочисленные компоненты и отсутствие механических узлов делают изделие высоконадёжным и относительно недорогим. Помимо полётов между различными точками мира, будущий гиперзвуковой самолёт сможет доставлять туристов в космос на суборбитальные высоты по цене, на порядок ниже текущей.

Компании Ad Astra и Space Nuclear Power Corporation объединили усилия по созданию комбинированной ядерно-электрической силовой установки для ускорения полётов по Солнечной системе. Плазменной двигательной установкой занимается Ad Astra, а источником энергии на распаде ядер — SpaceNukes. Испытания прототипа ожидаются в конце десятилетия с началом коммерциализации к середине 30-х годов, что позволит резко сократить время полёта к Марсу и дальше.

Источник изображений: techspot.com

Проектированием систем электрического (плазменного) ракетного двигателя VASIMR компания Ad Astra занимается более 20 лет. Двигатель VASIMR или магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом (variable specific impulse magnetoplasma rocket) как и любой другой ионный ракетный двигатель работает за счёт использования мощных электромагнитных полей для ионизации и ускорения топлива (рабочего тела), создавая высокоскоростной плазменный выброс.

Плазменные или ионные двигатели экономичны, но их тяга очень низкая. Проблему со слабой тягой может решить мощный источник питания от выбора которого, кстати, ионные двигатели не зависят — подойдёт любой. Для двигателя VASIMR требуются источники питания мощностью в несколько сотен киловатт. Прототип VASIMR VX-200, например, требует 200 кВт входной мощности. Подобную и более высокую мощность не смогут обеспечить ни радиоизотопные источники питания, ни солнечные батареи — энергетическая основа современной космонавтики.

Теперь поддержку Ad Astra решает оказать компания SpaceNukes. В 2018 году она показала прототип портативного космического ядерного реактора мощность 1 кВт и пообещала представить 10-кВт источник электричества с продолжительностью работы не менее 10 лет. Объединение усилий позволит создать интегрированную силовую ядерно-электрическую установку для космических кораблей. Если планы компаний будут воплощены в жизнь, то появится возможность достичь Марса и вернуться обратно за считанные месяцы, вместо примерно двух лет, как это возможно с использованием современных двигателей на химическом топливе.

Американский стартап Astro Mechanica провёл первые испытания революционного реактивного двигателя, который одинаково эффективно ведёт себя как на дозвуковых скоростях, так и на скоростях много выше скорости звука. Если бы такие двигатели стояли на «Конкордах», они могли бы летать на 61 % дальше, заявляют разработчики. В планах создать оснащённый такими двигателями самолёт и совершить на нём перелёт из Сан-Франциско в Токио.

Источник изображений: Astro Mechanica

Традиционные турбовентиляторные и турбореактивные авиационные двигатели оптимизированы каждый для своей области. Первые эффективны для полётов на дозвуковых скоростях, а вторые — на сверхзвуковых. Но в каждом из них есть система подачи воздуха через компрессор для создания условий эффективного сгорания топлива и образования реактивной струи. И в каждом случае компрессия создаётся за счёт набегающего потока воздуха и работы соответствующих механизмов двигателей.

На разных скоростях объёмы потока воздуха разные — для турбовентиляторного двигателя избыточные на сверхзвуковых скоростях, а для турбореактивного двигателя недостаточные на дозвуковых. Идея Astro Mechanica в том, чтобы поручить работу по накачке гибридного двигателя воздухом компрессору на отдельных электрических двигателях, подобных тем, которые устанавливаются в электромобили (такие электродвигатели сегодня самые эффективные из выпускаемых промышленностью). В схеме Astro Mechanica адаптивный гибридный двигатель работает с участием двух независимых электродвигателей: для вентилятора в турбовентиляторном блоке и для компрессора для турбореактивной части двигателя.

Как нетрудно понять, электродвигатели могут создавать оптимальные режимы работы для турбовентиляторного блока и турбореактивного вне зависимости от развиваемой самолётом скорости. За счёт этого двигатели могут работать в трёх режимах: на дозвуковой скорости, на сверхзвуковой и даже на гиперзвуковой, когда они фактически становятся прямоточными реактивными двигателями. Недостаток или избыток воздуха компенсируются работой электродвигателей. Такая адаптивная схема подстройки режимов позволит эффективно использовать топливо на протяжении всего полёта от рулёжки к ВПП до взлёта и приземления. «Конкорды» тратили по две тонны топлива только на перемещение от места посадки к полосе для взлёта.

Некоторое время назад Astro Mechanica провела тестовый запуск третьего поколения своего адаптивного реактивного двигателя с увеличением мощности до 30 % от номинальной. В перспективе компания намерена создать прототип реактивного самолёта с четырьмя двигателями собственной разработки и двумя двигателями GE CT7 для совершения беспосадочного сверхзвукового перелёта из Сан-Франциско в Токио. Компания создана всего три года назад и насчитывает восемь сотрудников, но её амбициям позавидуют даже матёрые разработчики авиационных двигателей.

29 октября 2024 года над Балтийским морем немецкий стартап Polaris Raumflugzeuge провёл испытательный полет масштабного прототипа самолёта MIRA II с клиновидным ракетным двигателем на борту. Двигатель включался всего на 3 секунды, но это было первое в мире испытание КРД в воздухе, а не в лаборатории. И оно было успешным.

Источник изображений: Polaris Raumflugzeuge

Клиновоздушные ракетные двигатели (aerospike) были предложены около 70 лет назад. Они представляют собой две соединённые половинки колокола — дюзы, тогда как вторая половина дюз отсутствует и её роль играет набегающий поток воздуха. За счёт этого достигается средняя эффективность ракетных двигателей (дюз) на всех высотах. В противном случае кривизна сопел должна быть своя для каждой высоты, что означает многоступенчатую конструкцию ракеты, где своё сопло для атмосферы и своё — для безвоздушного пространства. КРД идеальны для космопланов, которым ступенчатая конструкция не подходит.

Стартап Polaris Raumflugzeuge смог заключить контракт с Федеральным ведомством по оборудованию, информационным технологиям и технической поддержке бундесвера (BAAINBw) на разработку и создание космопланов с клиновоздушными ракетными двигателями. До 2000-х годов было несколько попыток создать работающие прототипы, но все они потерпели крах. КРД более сложны в производстве, управлении и охлаждении. До появления современных материалов и систем управления они уступали традиционным ракетным двигателям как по стоимости, так и по надёжности.

Немецкий стартап Polaris Raumflugzeuge попытался провести первый испытательный полёт маломасштабного прототипа MIRA I длиной 4,5 м с двигателем КРД летом этого года, но прототип опрокинулся и сгорел, даже не взлетев. Взамен компания изготовила два 5-м прототипа: MIRA II и MIRA III. В двадцатых числах октября MIRA II совершил несколько пробных полётов на четырёх керосиновых турбореактивных двигателях, которые пока являются для модели основными. А 29 октября впервые в воздухе на 3 секунды был запущен линейный клиновоздушный ракетный двигатель на топливной смеси из жидкого кислорода и керосина. Это испытание стало первым в мире запуском КРД в воздухе.

Прототип MIRA I

Вслед за 5-м прототипами MIRA II и III компания обещает построить 8-м прототип Nova. После испытаний Nova начнётся создание полноразмерного многоразового космоплана Aurora.

Современные гиперзвуковые ракеты достигают максимальных скоростей лишь на этапе снижения, что для настоящей гиперзвуковой авиации и ракетной техники неприемлемо. Проблема тут в отсутствии подходящих двигателей, поскольку классические турбины для гиперзвуковых самолётов не годятся. Выход может быть в прямоточных реактивных двигателях в комбинации с эффектом ротационной детонации. В США представили такой и готовы испытать на беспилотнике в 2025 году.

Рендер самолёта на двигателях VDR2. Источник изображений: Venus Aerospace

Разработка инновационного двигателя проведена совместно компаниями Velontra и Venus Aerospace. Последняя работает с DARPA по программе создания ротационного детонационного двигателя для ракет и уже добилась определённых успехов. Например, ещё в феврале был испытан беспилотник с прототипом двигателя RDRE (rotating detonation rocket engine), а в марте стало известно о стендовых статических огневых испытаниях соответствующей силовой установки.

Вместе с Velontra специалисты Venus Aerospace создали прототип прямоточного воздушно-реактивного ротационного детонационного двигателя VDR2 с малым лобовым сопротивлением для гиперзвуковых самолётов. Запуск демонстратора с двигателем VDR2 запланирован на 2025 год. Проект был показан недавно на мероприятии Up.Summit в Бентонвилле, штат Арканзас. Заявлено о создании двигателем тяги 2000 фунтов (0,907 т).

Двигатель VDR2 в разрезе

На этапе разгона до гиперзвуковой скорости VDR2 работает как прямоточный реактивный двигатель. У него нет никаких подвижных частей, что делает конструкцию простой и недорогой в изготовлении и обслуживании. То же самое относится к ротационно-детонационной части двигателя. Она представлена двумя соосными цилиндрами один в другом. Топливо впрыскивается в простенок и поджигается. Возникает взрыв и ударная волна, движущаяся по простенку подобно торнадо. Такое решение повышает КПД — увеличивает плотность газов и фактически переводит в тягу больше энергии топлива. Подобные двигатели, помимо разгона до гиперзвуковых скоростей, обещают экономить до 15 % горючего.

Хотя принципиально VDR2 очень простой, сложной его частью является система регулирования подачи топлива. Подобные двигатели должны вывести авиацию и ракетостроение на новый уровень и разрабатываются также в России, Китае и в других развитых странах. На самолётах с такими двигателями, которые будут разгонять их до скоростей от 6 до 9 Маха, можно будет долететь в любую точку Земли всего за час.