В космос - на парафиновой ракете !

 18 октября яркая вспышка озарила безжизненный ландшафт пустыни Black Rock в Неваде . Трехметровая ракета на необычном , но потенциально безопасном и эффективном топливе - парафине - достигла высоты 5 километров .

 "Я сам поначалу не рассматривал парафин как энергетическое ракетное топливо "- сказал Брайан Кентвелл , глава факультета аэронавтики и астронавтики Стэнфордского университета . Парафин ранее считался неэффективным , недостаточно прочным и неприспособленным для использования . Но группа Кентвелла обнаружила , что он вполне прочен , в 2 раза прочнее обычных твердых топлив . Парафин - общее имя семейства простых углеводородов с длиной углеродной цепочки в 20-40 атомов . Это весьма обыденный и распространенный материал , из него делают свечи , используют в скульптуре , но самое главное - его дешевизна . "Если идея будет доведена до ума , человечество получит дешевый и безопасный доступ в космос , возможности научного и коммерческого использования космоса чрезвычайно возрастут "- пояснил Кентвелл .

 Современные твердые топлива представляют резиноподобный материал , включающий в себя и горючее , и окислитель и разные добавки вроде алюминия и перхлората аммония . такое сочетание взрывоопасно , топливо горит очень быстро , дает большую тягу , но такой ракетный двигатель трудно регулировать и невозможно отключить в произвольный момент . В жидкостных ракетных двигателях можно управлять тягой , но они дороже и технически гораздо сложнее , что часто приводит к авариям . В отличие от обычных топлив , парафиновые будут использоваться в гибридных двигателях : c твердЫм топливом и жидким окислителем , как правило жидким кислородом или окисью азота.
 
 Гибридные двигатели - безопасная и дешевая альтернатива традиционным схемам. Хотя разработки в этом направлении ведутся более 50 лет , до сих пор не создано технологии , пригодной к коммерческому использованию : не достигнут уровень тяги , сравнимый с обычными двигателями . Это обусловлено низкой скоростью горения топлива , очень медленно идет процесс испарения и смешения с окислителем . В 1995 году ВВС США начали исследования нового типа гибридного топлива - углеводорода пентана , замороженного с помощью жидкого азота. СКорость горения пентана в 3-5 раз больше ,чем у обычных топлив . Инженеры объясняют это тем , что на испарение пентана уходит меньше энергии . Однако Кентвеллу и его сотруднику Карабей-оглы это объяснение показалось неубедительным в свете так называемого "блокирующего эффекта" : увеличивающееся испарение препятствует передаче тепла от пламени к поверхности и тем самым уменьшает скорость горения . Карабей-оглы предложил другой механизм : окислитель течет по поверхности пентана , последний плавится и образует жидкий слой . Этот слой неустойчив , в нем появляются волны , которые растут и разбивают слой в мелкие брызги . Взвесь капелек попадает в область богатую окислителем , испаряется , смешивается и сгорает . Карабей-оглы начал поиск материала с такими же свойствами , как и замороженный пентан , но твердого при комнатной температуре . Идеальным кандидатом оказался парафин .

 В ноябре 1998 года исследовательская группа провела лабораторные испытания парафинового двигателя и обнаружила , что у него скорость горения в 3-5 раз выше , чем в обычных твердотопливных . Сейчас проведено уже более 250 испытаний при содействии ученых исследовательского центра Эймса (НАСА) . Испытан двигатель тягой более тонны , чего вполне достаточно для третьей ступени . "Нужно провести испытания двигателей большего размера , и тогда парафиновые двигатели тягой 50 тонн и выше можно будет использовать на нижних ступенях " сказал Кентвелл .

 Проект Кентвелла по коммерческому использованию парафиновых топлив может стать реальностью уже через 3 года . Стенфорд засекретил патент на парафиновое топливо , а Кентвелл и Карабей-оглы основали компанию "Space Propulsion Group Inc" . Главой компании стал профессор Дэвид Альтман . Кетвелл возлагает большие надежды на свои изобретения "Твердотопливные ускорители - самая опасная часть программы Space Shuttle . Я думаю парафиновый гибридный двигатель станет им хорошей заменой ."

по материалам Stanford Report от 5 ноября 2003 года , перевод и адаптация by Mathieus

Карабей-оглы предложил другой механизм : окислитель течет по поверхности пентана , последний плавится и образует жидкий слой . Этот слой неустойчив , в нем появляются волны , которые растут и разбивают слой в мелкие брызги . Взвесь капелек попадает в область богатую окислителем , испаряется , смешивается и сгорает .

 

А что за окислитель, текущий по поверхности парафина - LOX??

KBOB, 06.11.2003 04:07:03:

А что за окислитель, текущий по поверхности парафина - LOX??

 

У них там много было всяких окислителей - nitrous oxide (закись азота?) , GOX , LOX , но большая часть экспериментов шла с газообразным кислородом . В этом плане наверное не очень удачен перевод словом "текущий" , но думаю смысел ясен .

ЗЫ уже достигнут УИ ~300 , вот доведут до 330-340 и можно будет сдавать наши керосиновые Союзы в музей .

Как это у них импульс 340 получиться, если он теоретически должен быть ниже, чем у керосина (в силу меньшего содержания водорода).

Да и ~300 - это может быть 290 в вакууме, не знаю.

Плюс про низкую тягу не надо, уже были попытки заменить SRM, в саттоне описан ГРД - закись азота - HTPB с тягой больше 100 тонн, и где выкинутый на помойку SRM?

Поправьте меня если я не прав. Эффективность ракетного двигателя зависит от температуры в камере, молекулярного веса истекающих продуктов, давления в камере.
Предположим молекулярный вес истекающих продуктов для этого парафина и керосина одинаковы, температура одинакова, давление в камере ЖРД заведомо выше, чем в камере гибридного двигателя (так как камера здесь и топлевный бак одно и тоже).
Так что "керосинки" еще полетают. ing

давление конечно поменьше (~ 10-15 атм) , и по УИ гибриды будут уступать аналогичным ЖРД . Однако эта разница (~20-30 сек) с лихвой будет компенсироваться простотой и дешевизной ГРД . По этой же причине до сих пор не вымерли сами керосинки , хотя давно есть водородники высокоимпульсные (~ 100 с разница !) , но на порядок более сложные в эксплуатации и дорогие .

ЗЫ я конечно немного утрировал , керосинки еще полетают (немножко) , но вот твердотопливные ускорители уступят ГРД уже скоро .

Простота нового двигателя сомнительная. Твердотоплевные ракеты (во всяком случае большие) должны умереть. Но альтернативы ЖРД пока нет. ing