Space Exploration Technologies

Новые области применения РДТТ

До настоящего времени твердотопливные двигатели мало применялись на борту космических аппаратов, совершающих полеты к другим планетам. Одна из причин того, почему РДТТ почти не используются при выводе КА с межпланетных траекторий на околопланетные орбиты, состоит в чрезмерном ускорении, которое сообщалось бы конструкции и аппаратуре конкретных КА при работе РДТТ. Необходимо, таким образом, чтобы двигатель развивал небольшую тягу в течение довольно продолжительного времени. В этом направлении в последние годы достигнут значительный прогресс, и становится возможным создание эффективных РДТТ, функционирующих в течение 250 с. Требуемый невысокий уровень тяги обеспечивается, в частности, достижением (за счет подбора определенного состава и отработки технологии изготовления заряда) очень малой скорости горения топлива (порядка 3 мм/с), поддержанием низкого рабочего давления в камере (0,7 МПа и менее), а также горением заряда по торцевой поверхности.

Эти и другие достижения в области РДТТ, о которых рассказывалось выше, открывают возможности для более широкого применения твердотопливных двигателей как в ближнем, так и в дальнем космосе. Проектные проработки показывают, например, что РДТТ может оказаться вполне подходящим двигателем для старта аппарата с образцом грунта с марсианской поверхности.

Перспективы применения РДТТ в космонавтике во многом зависят от того, удастся ли разработать приемлемые методы и средства для осуществления многократного выключения-включения РДТТ в полете и регулирования величины тяги. Быстродействие РДТТ, сочетающееся с другими положительными качествами, привлекает к этим двигателям особое внимание разработчиков реактивных систем управления траекторией полета и пространственным положением КА. Однако двигатели этих систем должны включаться многократно - до многих сотен тысяч раз, например, для связных спутников Земли, рассчитанных на несколько лет работы.

Принципиально простым способом обеспечения многократного срабатывания РДТТ представляется использование многосекционного (так называемого вафельного) заряда, в котором соседние секции разделены термоизоляционными прокладками, причем каждая секция имеет свою систему воспламенения. Однако ввиду усложнения, утяжеления и удорожания конструкции РДТТ при увеличении количества секций их число на практике в лучшем случае может достигать нескольких десятков (такие экспериментальные РДТТ созданы и испытаны на стендах).

Попытки преодолеть существующие для РДТТ ограничения по количеству включений привели к созданию совершенно необычных экспериментальных конструкций. Одна из них напоминает детский пистолет, стреляющий пистонами, нанесенными на ленту. "Пистонами" являются миниатюрные РДТТ тягой в несколько ньютонов, сгорающие в течение примерно 0,1 с. Соответствующей подачей таких "пистонов" достигается требуемый в данный момент полный импульс тяги. Описанное устройство не может конкурировать, однако, с современными ЖРД малой тяги, которые с успехом используются в тех областях, где РДТТ до сих пор почти или совсем не применялись.

Что касается регулирования величины тяги РДТТ, то наиболее разработанный в настоящее время метод состоит в изменении площади горловины сопла путем механического перемещения профилированной иглы ("центрального тела"), установленной по оси сопла. Поскольку изменение проходного сечения сопла приводит к противоположному изменению величины давления в камере, то зависимость тяги от перемещения иглы имеет весьма сложный характер. При соответствующем составе топлива полным открытием горловины сопла можно обеспечить гашение заряда. Повторное включение РДТТ можно произвести при помощи многозарядного воспламенителя. В космических РДТТ описанная система регулирования тяги, однако, не применяется, так как она приводит к существенному усложнению и утяжелению конструкции (а также другим нежелательным последствиям).

Тягу РДТТ можно регулировать в определенных пределах и путем ввода в камеру газа или жидкости. Недостатки же этого способа связаны с наличием в двигательной установке вспомогательного рабочего вещества.