Space Exploration Technologies

Заключение

Космические ЖРД появились спустя полвека после научно-технического обоснования идеи полета в космос. После запуска первого искусственного спутника Земли были созданы многочисленные образцы космических ЖРД, значительно отличающиеся между собой по внешнему виду, конструкции и характеристикам. Наряду с двигателями, развивающими тягу в доли грамма и умещающимися на ладони, существуют ЖРД с тягой в сотни тонн и высотой в несколько метров, весящие много тонн. Продолжительность работы ЖРД малой тяги достигает нескольких часов, а число включений - многих тысяч, в то время как мощные ЖРД обычно включаются однократно и работают менее 10 мин.

По сравнению с РДТТ, также широко применяющимися в космонавтике, ЖРД имеют то преимущество, что развивают более высокий удельный импульс и могут работать в самых различных режимах при многократном включении. Достоинства РДТТ определяются их конструктивной простотой, легкостью хранения в заправленном состоянии и высокой плотностью твердого топлива.

ЖРД и РДТТ относятся к химическим ракетным двигателям, поскольку создают тягу за счет использования потенциальной химической энергии топлива. Запас этой энергии ограничивает удельный импульс двигателя величиной около 5 км/с, что существенно меньше первой космической скорости. В связи с этим для полета в космос приходится строить огромные и сложные ракеты, полезный груз которых составляет небольшую долю от стартовой массы.

Значительного увеличения удельного импульса химических ракетных двигателей (до 10-20 км/с) можно ожидать лишь в случае создания гипотетических топлив, содержащих свободные атомы и радикалы либо возбужденные атомы и молекулы. Известны, однако, реальные типы ракетных двигателей с высоким удельным импульсом. Речь идет о ядерных и электрических ракетных двигателях.

Современный уровень науки и техники позволяет создать ядерные ракетные двигатели (ЯРД) с тягой в несколько десятков тонн и удельным импульсом около 8 км/с. В этих двигателях рабочим веществом, создающим тягу, является водород, который хранится в баке в жидком состоянии. При прохождении через ядерный реактор водород обращается в высокотемпературный газ, который разгоняется затем в реактивном сопле. ЯРД целесообразно использовать в качестве основных двигателей космических аппаратов и верхних ступеней космических ракет. Один из наиболее разработанных проектов использования ЯРД предусматривает осуществление экспедиции на Марс.

В электрических ракетных двигателях (ЭРД) для создания тяги используется наряду с рабочим веществом электрическая энергия, при помощи которой производится нагрев или разгон рабочего вещества. Из-за малого отношения тяги к весу ЭРД могут применяться только в космических аппаратах. В настоящее время немногочисленные образцы ЭРД используются в качестве вспомогательных космических двигателей. Они развивают тягу до нескольких килограммов и удельный импульс до нескольких десятков километров в секунду.

Исследования показали, что ЭРД целесообразно использовать и в качестве основных двигателей космических аппаратов. В связи с малым ускорением, сообщаемым космическому аппарату, такие ЭРД должны работать непрерывно в течение длительного времени: например, более года при запуске спутника Юпитера.

Рациональное сочетание ЯРД и ЭРД с современными химическими двигателями обеспечит дальнейший прогресс космонавтики.