Демонстратор дроссельной жидкостной силовой установки. Фото предоставлено: Сеть исследований Лукасевича – Институт авиации (Lukasiewicz-ILOT)
В рамках программы подготовки будущих ракет-носителей ЕКА (FLPP) в Варшаве, Польша, завершился первый этап горячих испытаний нового ракетного двигателя изменяемой тяги. Двигатель разрабатывается польским консорциумом, который изучает новые конструкции топливных клапанов и форсунок, которые могут изменять тягу ракетных двигателей, работающих на более экологичных и пригодных для хранения видах топлива. Такие двигатели имеют большой потенциал для использования в будущих космических миссиях и ракетах многоразового использования.
Новый двигатель получил название Throttleable Liquid Propulsion Demonstrator (TLPD). В настоящее время его демонтируют и исследуют. Результаты будут проанализированы на площадке генерального подрядчика исследовательской сети Лукасевича — Института авиации (Lukasiewicz-ILOT) в Польше, совместно с партнерами Astronika и Jakusz SpaceTech, прежде чем начнется следующий этап испытаний.
Жидкое топливо с длительным сроком службы
Дроссельный двигатель оснащен недавно разработанной топливной форсункой и регулирующими клапанами. Двигатель TLPD с тягой 5 кН (по сравнению с тягой верхней ступени Ariane 6, составляющей 180 кН), идеально подходит для верхних ступеней небольших ракет, космических кораблей, стартовых ступеней ракет-носителей и исследовательских миссий. Возможность изменять тягу также делает его очень интересным для посадки космических кораблей на Землю, Луну и за их пределы.
Новый ракетный двигатель работает на хранимом топливе, таком как перекись водорода и этанол, которые более безопасны и менее токсичны, чем другие виды топлива, используемые в настоящее время (например, гидразин и четырехокись азота). По сравнению с криогенным топливом, таким как жидкий кислород и водород, хранимое топливо не требует активных мер охлаждения и не теряет мощности между последовательными запусками двигателя.
Ракетные двигатели, работающие на хранимом топливе, могут иметь длительный срок службы в космосе и могут легко и надежно повторно зажигаться во время миссий, которые длятся много месяцев. Криогенному топливу также требуется энергия для начала сгорания, обеспечиваемая «воспламенителем», в то время как топливо TLPD воспламеняется при контакте друг с другом, что делает двигатель более простым и надежным.
Центральное место: новые клапаны и форсунки с электронным управлением.
Основной целью текущего проекта дроссельного двигателя является испытание недавно разработанной системы клапанов и подвижной «игольной» форсунки — типа топливной форсунки, используемой в двухтопливных ракетных двигателях, — все они управляются электронной системой управления.
Клапаны обеспечивают подачу в камеру сгорания нужного количества топлива – чем больше количество, тем больше тяга. Топливный инжектор смешивает два топлива (топливо-этанол и окислитель перекиси водорода), впрыскивая их в камеру под высоким давлением, обеспечивая стабильное сгорание, изменяя их количество через клапаны. Все это обеспечивает эффективный и контролируемый процесс сгорания.
Далее: дать ему полный газ
Двигатель TLPD рассчитан на дросселирование до уровня от 20% до 110% оптимальной тяги. Такое «глубокое» дросселирование, то есть возможность по-настоящему варьировать мощность двигателя, необходимо для посадки ступеней ракет на Землю или космических кораблей на Луну или другие планетарные тела.
Испытания на огнестойкость, только что завершенные на этапе А, изначально планировались как чисто статические испытания, проверяющие способность двигателя работать с постоянной скоростью. Двигатель запускался 17 раз продолжительностью до 10 секунд, при этом количество поступающего топлива и окислителя поддерживалось постоянным.
Первоначальные результаты были настолько многообещающими, что команды решили перейти к следующему этапу — динамическому регулированию — раньше, чем планировалось. Двигатель запускали еще два раза, каждый раз на 15 секунд, варьируя тягу от 20% до 80% оптимального уровня.
После анализа результатов двигатель TLPD будет переустановлен, и начнутся все запланированные динамические испытания с еще более длительным временем зажигания. Ожидается, что эта серия испытаний начнется в октябре и действительно проверит «дроссельную способность» двигателя.
Программа подготовки будущих ракет-носителей ЕКА и Lukasiewicz-ILOT в настоящее время обсуждают продолжение проекта, развитие результатов испытаний и работу над разработкой общего дросселируемого авиационного двигателя.
Информация от: Европейским космическим агентством
