​Прошли успешные испытания так называемых детонационных ракетных двигателей, давшие очень интересные результаты. Опытно-конструкторские работы в этом направлении будут продолжены.

Детонация - это взрыв. Можно ли ее сделать управляемой? Можно ли на базе таких двигателей создать гиперзвуковое оружие? Какие ракетные двигатели будут выводить необитаемые и пилотируемые аппараты в ближний космос? Об этом разговор с заместителем гендиректора - главным конструктором "НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко" Петром Левочкиным.

Петр Сергеевич, какие возможности открывают новые двигатели?

Петр Левочкин: Если говорить о ближайшей перспективе, то сегодня мы работаем над двигателями для таких ракет, как "Ангара А5В" и "Союз-5", а также другими, которые находятся на предпроектной стадии и неизвестны широкой публике. Вообще наши двигатели предназначены для отрыва ракеты от поверхности небесного тела. И она может быть любой - земной, лунной, марсианской. Так что, если будут реализовываться лунная или марсианская программы, мы обязательно примем в них участие.

Какова эффективность современных ракетных двигателей и есть ли пути их совершенствования?

Петр Левочкин: Если говорить об энергетических и термодинамических параметрах двигателей, то можно сказать, что наши, как, впрочем, и лучшие зарубежные химические ракетные двигатели на сегодняшний день достигли определенного совершенства. Например, полнота сгорания топлива достигает 98,5 процента. То есть практически вся химическая энергия топлива в двигателе преобразуется в тепловую энергию истекающей струи газа из сопла.

Совершенствовать двигатели можно по разным направлениям. Это и применение более энергоемких компонентов топлива, введение новых схемных решений, увеличение давления в камере сгорания. Другим направлением является применение новых, в том числе аддитивных, технологий с целью снижения трудоемкости и, как следствие, снижение стоимости ракетного двигателя. Все это ведет к снижению стоимости выводимой полезной нагрузки.

Однако при более детальном рассмотрении становится ясно, что повышение энергетических характеристик двигателей традиционным способом малоэффективно.

Использование управляемого взрыва топлива может дать ракете скорость в восемь раз выше скорости звука

Почему?

Петр Левочкин: Увеличение давления и расхода топлива в камере сгорания, естественно, увеличит тягу двигателя. Но это потребует увеличение толщины стенок камеры и насосов. В результате сложность конструкции и ее масса возрастают, энергетический выигрыш оказывается не таким уж и большим. Овчинка выделки стоить не будет.

То есть ракетные двигатели исчерпали ресурс своего развития?

 
 
 
 
 

Петр Левочкин: Не совсем так. Выражаясь техническим языком, их можно совершенствовать через повышение эффективности внутридвигательных процессов. Существуют циклы термодинамического преобразования химической энергии в энергию истекающей струи, которые гораздо эффективнее классического горения ракетного топлива. Это цикл детонационного горения и близкий к нему цикл Хамфри.

Сам эффект топливной детонации открыл наш соотечественник - впоследствии академик Яков Борисович Зельдович еще в 1940 году. Реализация этого эффекта на практике сулила очень большие перспективы в ракетостроении. Неудивительно, что немцы в те же годы активно исследовали детонационный процесс горения. Но дальше не совсем удачных экспериментов дело у них не продвинулось.

Теоретические расчеты показали, что детонационное горение на 25 процентов эффективней, чем изобарический цикл, соответствующий сгоранию топлива при постоянном давлении, который реализован в камерах современных жидкостно-рактивных двигателей.

А чем обеспечиваются преимущества детонационного горения по сравнению с классическим?

Петр Левочкин: Классический процесс горения - дозвуковой. Детонационный - сверхзвуковой. Быстрота протекания реакции в малом объеме приводит к огромному тепловыделению - оно в несколько тысяч раз выше, чем при дозвуковом горении, реализованному в классических ракетных двигателях при одной и той же массе горящего топлива. А для нас, двигателистов, это означает, что при значительно меньших габаритах детонационного двигателя и при малой массе топлива можно получить ту же тягу, что и в огромных современных жидкостных ракетных двигателях.

Не секрет, что двигатели с детонационным горением топлива разрабатывают и за рубежом. Каковы наши позиции? Уступаем, идем на их уровне или лидируем?

Петр Левочкин: Не уступаем - это точно. Но и сказать, что лидируем, не могу. Тема достаточно закрыта. Один из главных технологических секретов состоит в том, как добиться того, чтобы горючее и окислитель ракетного двигателя не горели, а взрывались, при этом не разрушая камеру сгорания. То есть фактически сделать настоящий взрыв контролируемым и управляемым. Для справки: детонационным называют горение топлива во фронте сверхзвуковой ударной волны. Различают импульсную детонацию, когда ударная волна движется вдоль оси камеры и одна сменяет другую, а также непрерывную (спиновую) детонацию, когда ударные волны в камере движутся по кругу.

Насколько известно, с участием ваших специалистов проведены экспериментальные исследования детонационного горения. Какие результаты были получены?

Петр Левочкин: Были выполнены работы по созданию модельной камеры жидкостного детонационного ракетного двигателя. Над проектом под патронажем Фонда перспективных исследований работала большая кооперация ведущих научных центров России. В их числе Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева, МАИ, "Центр Келдыша", Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова, Механико-математический факультет МГУ. В качестве горючего мы предложили использовать керосин, а окислителя - газообразный кислород. В процессе теоретических и экспериментальных исследований была подтверждена возможность создания детонационного ракетного двигателя на таких компонентах. На основе полученных данных мы разработали, изготовили и успешно испытали детонационную модельную камеру с тягой в 2 тонны и давлением в камере сгорания около 40 атм.

Данная задача решалась впервые не только в России, но и мире. Поэтому, конечно, проблемы были. Во-первых, связанные с обеспечением устойчивой детонации кислорода с керосином, во-вторых, с обеспечением надежного охлаждения огневой стенки камеры без завесного охлаждения и массой других проблем, суть которых понятна лишь специалистам.

Можно ли использовать детонационный двигатель в гиперзвуковых ракетах?

Петр Левочкин: И можно, и нужно. Хотя бы потому, что горение топлива в нем сверхзвуковое. А в тех двигателях, на которых сейчас пытаются создать управляемые гиперзвуковые летательные аппараты, горение дозвуковое. И это создает массу проблем. Ведь если горение в двигателе дозвуковое, а двигатель летит, допустим, со скоростью пять махов (один мах равен скорости звука), надо встречный поток воздуха затормозить до звукового режима. Соответственно, вся энергия этого торможения переходит в тепло, которое ведет к дополнительному перегреву конструкции.

А в детонационном двигателе процесс горения идет при скорости как минимум в два с половиной раза выше звуковой. И, соответственно, на эту величину мы можем увеличить скорость летательного аппарата. То есть уже речь идет не о пяти, а о восьми махах. Это реально достижимая на сегодняшний день скорость летательных аппаратов с гиперзвуковыми двигателями, в которых будет использоваться принцип детонационного горения.

Что будет дальше?

Петр Левочкин: Это сложный вопрос. Мы только приоткрыли дверь в область детонационного горения. Еще очень много неизученного осталось за скобками нашего исследования. Сегодня совместно с РКК "Энергия" мы пытаемся определить, как может в перспективе выглядеть двигатель в целом с детонационной камерой применительно к разгонным блокам.

На каких двигателях человек полетит к дальним планетам?

Петр Левочкин: По-моему мнению, еще долго мы будем летать на традиционных ЖРД занимаясь их совершенствованием. Хотя безусловно развиваются и другие типы ракетных двигателей, например, электроракетные (они значительно эффективнее ЖРД - удельный импульс у них в 10 раз выше). Увы, сегодняшние двигатели и средства выведения не позволяют говорить о реальности массовых межпланетных, а уж тем более межгалактических перелетов. Здесь пока все на уровне фантастики: фотонные двигатели, телепортация, левитация, гравитационные волны. Хотя, с другой стороны, всего сто с небольшим лет назад сочинения Жюля Верна воспринимались как чистая фантастика. Возможно, революционного прорыва в той сфере, где мы работаем, ждать осталось совсем недолго. В том числе и в области практического создания ракет, использующих энергию взрыва.

 

dvig1000.png 

Инфографика "РГ" / Александр Смирнов / Сергей Птичкин 

 

Досье "РГ"

 
 
 
 

"Научно-производственное объединение Энергомаш" основано Валентином Петровичем Глушко в 1929 году. Сейчас носит его имя. Здесь разрабатывают и выпускают жидкостные ракетные двигатели для I, в отдельных случаях II ступеней ракет-носителей. В НПО разработано более 60 различных жидкостных реактивных двигателей. На двигателях "Энергомаша" был запущен первый спутник, состоялся полет первого человека в космос, запущен первый самоходный аппарат "Луноход-1". Сегодня на двигателях, разработанных и произведенных в НПО "Энергомаш", взлетает более девяноста процентов ракет-носителей в России.

Сергей Птичкин

Источники

Топливо взрывается - полет нормальный
Российская газета, 19/01/2018
Топливо взрывается - полет нормальный
Российская газета # Москва, 19/01/2018
В РФ испытали модель детонационного двигатели для ракет будущего
ВПК новости (vpk.name), 19/01/2018
Левочкин: Возможность создания детонационного двигателя подтвердилась
События дня (inforu.news), 18/01/2018
Левочкин: Возможность создания детонационного двигателя подтвердилась
Российская газета (rg.ru), 18/01/2018
В РФ испытали модель детонационного двигатели для ракет будущего
Alfa-industry.ru, 19/01/2018
В РФ испытана модель камеры сгорания детонационного ракетного двигателя
Fin4u.ru, 19/01/2018
В России испытали детонационный двигатель тягой две тонны
Технополис завтра (kramtp.info), 19/01/2018
В России испытали детонационный двигатель тягой две тонны
livejournal.com, 19/01/2018
В России испытали детонационный двигатель тягой две тонны
Nanonewsnet.ru, 19/01/2018
В России испытали детонационный двигатель тягой две тонны
Русская планета (rusplt.ru), 19/01/2018
В России испытали детонационный двигатель тягой две тонны
Русский переплет (pereplet.ru), 19/01/2018
В России испытали детонационный двигатель тягой две тонны
Texnomaniya (texnomaniya.ru), 21/01/2018
В России успешно испытан детонационный ракетный двигатель
Око планеты (oko-planet.su), 21/01/2018
Детонационный ракетный двигатель успешно испытан в России
Titus (titus.kz), 21/01/2018
Д.Рогозин: в России успешно испытан детонационный ракетный двигатель
E-news.su, 20/01/2018
В России успешно испытан детонационный ракетный двигатель
Империя (imperiyanews.ru), 20/01/2018
В России успешно испытан детонационный ракетный двигатель
ИА REX, 20/01/2018
В России испытали детонационный двигатель тягой две тонны
Научный корреспондент (nauchkor.ru), 20/01/2018
об успешном испытании детонационного ракетного двигателя
Глобальная авантюра (glav.su), 20/01/2018
В России испытали полноразмерный детонационный двигатель тягой две тонны
News2 (news2.ru), 22/01/2018
Петр Левочкин: "Топливо взрывается - полет нормальный "
Оружие России (arms-expo.ru), 23/01/2018
Топливо взрывается - полет нормальный
Arhano.ru, 02/02/2018
Топливо взрывается - полет нормальный
Технополис завтра (kramtp.info), 02/02/2018
Топливо взрывается - полет нормальный
livejournal.com, 02/02/2018
Топливо взрывается - полет нормальный
Cont.ws, 02/02/2018

Похожие новости

  • 25/07/2016

    Сибирская наука на службе авиации России

    ​На XVIII Международной конференции по методам аэрофизических исследований ICMAR 2016, прошедшей в Перми, ученые со всей России представили и обсудили разработки, призванные вывести отечественную авиацию на новый уровень.
    1671
  • 03/07/2018

    Российские и корейские ученые разработали нанопену для звукоизоляции

    ​Командой учёных из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ), научных центров России и Республики Кореи разработана эффективная и дешёвая в производстве звукопоглощающая нанопена. Материал способен снижать уровень шума на 100% больше стандартных аналогов, реагируя на звуковые волны не только высоких, но и низких частот, особенно опасных для здоровья человека.
    304
  • 02/07/2018

    Проект Сибирского суперкомпьютерного центра представили на президиуме РАН

    ​В Москве обсудили развитие суперкомпьютерных цифровых технологий в Российской Федерации. Научный руководитель Сибирского суперкомпьютерного центра (ССКЦ), директор Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН СО РАН член-корреспондент РАН Сергей Игоревич Кабанихин на заседании президиума РАН отметил, что сегодня суперкомпьютеры представляют собой технологическое оружие.
    189
  • 03/02/2018

    Ученые новосибирского Академгородка представили новейшие достижения СО РАН

    ​​Перед Днем российской науки-2018 три крупнейших института СО РАН – Институт ядерной физики им. Будкера, Институт химической биологии и фундаментальной медицины и Институт гидродинамики им. Лаврентьева  – открыли свои двери для посетителей.
    868
  • 23/11/2017

    Сибирские ученые модернизировали метод расчета движения жидкостей

    ​Исследователи из Сибирского федерального университета (СФУ) в сотрудничестве с коллегами из Московского государственного университета и Сибирского отделения РАН предложили использовать для гидродинамических расчетов систему из нескольких графических процессоров вместо центрального.
    410
  • 23/03/2018

    Почему нельзя экономить на фундаментальных исследованиях

    ​Глава Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" Михаил Ковальчук и директор Института ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) Павел Логачев побеседовали об истории коллайдеров, термоядерных космических двигателях и смысле заводить детей.
    500
  • 23/05/2018

    Новосибирские ученые получили грант на разработку технологии сортировки мусора

    ​Грант на 60 млн рублей получили новосибирские ученые для разработки новой технологии сортировки мусора. Об этом во вторник на заседании Совета по научно-промышленной и инновационной политике Новосибирска рассказал академик, научный руководитель Института теплофизики СО РАН Сергей Алексеенко.
    175
  • 29/08/2016

    Российские ученые первыми испытали детонационный ракетный двигатель

    ​Россия первой успешно испытала детонационный жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) нового поколения на экологически чистом топливе, сообщает Фонд перспективных исследований (ФПИ)."Специализированная лаборатория "Детонационные ЖРД", созданная ФПИ в 2014 году на базе НПО "Энергомаш" - ведущего российского предприятия космической отрасли, провела первые в мире успешные испытания полноразмерного демонстратора детонационного жидкостного ракетного двигателя на топливной паре кислород-керосин", - говорится в сообщении фонда.
    1343
  • 20/10/2017

    Роспатент: от экспертизы заявки до использования изобретений

    В каждой стране есть патентные ведомства, в России это Федеральная служба по интеллектуальной собственности (Роспатент). Она занимается выдачей патентов, регистрацией товарных знаков и других объектов, ведением государственных реестров.
    973
  • 20/03/2015

    Сибирские ученые приняли участие в международной выставке "Фотоника. Мир лазеров и оптики"

    ​В мероприятии, посвященном новейшим разработкам в области оптической, лазерной и оптоэлектронной техники, участвовали 9 институтов из Новосибирска, Томска и Кызыла. Как сообщает сайт Сибирского отделения Российской академии наук, стенд СО РАН в этом году занимала бОльшую площадь, чем в прошлом, что позволило с комфортом разместить экспонируемые образцы.
    695