Демонстратор дроссельного жидкостного двигателя. Кредит: Исследовательская сеть Лукасевича — Институт авиации (Лукасевич-ILOT)
В рамках Программы подготовки будущих пусковых установок (FLPP) ЕКА завершена первая фаза огневых испытаний нового ракетного двигателя с изменяемой тягой в Варшаве, Польша. Двигатель разрабатывается польским консорциумом, исследующим новые конструкции клапанов и инжекторов топлива, которые могут изменять тягу ракетных двигателей, работающих на более устойчивых и хранимых видах топлива. Такие двигатели имеют большой потенциал для использования в будущих космических миссиях и многоразовых ракетах.
Новый двигатель называется Throttleable Liquid Propulsion Demonstrator (TLPD), сейчас его разбирают и проверяют, а результаты анализируют на площадке генерального подрядчика Łukasiewicz Research Network—Institute of Aviation (Lukasiewicz-ILOT) в Польше совместно с партнерами Astronika и Jakusz SpaceTech, прежде чем начнется следующая фаза испытаний.
Жидкое топливо, которое служит долго
Дроссельный двигатель включает в себя топливную форсунку новой конструкции и регулирующие клапаны. Обладая тягой 5 кН (по сравнению с тягой двигателя верхней ступени Ariane 6, составляющей 180 кН), двигатель TLPD идеально подходит для верхней ступени ракет меньшего размера, космических аппаратов, стартовых ступеней пусковых установок и исследовательских миссий. Возможность изменять тягу делает его также очень интересным для посадки космических кораблей на Землю, Луну и за ее пределами.
Новый ракетный двигатель работает на хранимых пропеллентах перекиси водорода и этаноле, которые безопаснее и менее токсичны, чем другие, используемые в настоящее время (например, гидразин и тетраоксид азота). По сравнению с криогенными пропеллентами, такими как жидкий кислород и водород, хранимые пропелленты не требуют активных мер охлаждения и не будут уменьшаться между последующими запусками двигателя.
Ракетные двигатели, работающие на хранимых пропеллентах, могут иметь длительный срок службы в космосе и легко надежно и многократно воспламеняться во время миссий, которые длятся много месяцев. Криогенным пропеллентам также требуется энергия для начала сгорания, обеспечиваемая «воспламенителем», тогда как пропелленты TLPD воспламеняются при контакте друг с другом, что делает двигатель более простым и надежным.
Испытания двигателя для нового, изменяемого демонстратора. Кредит: Łukasiewicz Research Network — Institute of Aviation (Lukasiewicz-ILOT)
В основе: новые клапаны и топливная форсунка с электронным управлением
Основная цель текущего проекта дросселируемого двигателя — испытать недавно разработанную систему клапанов и подвижный «штифтовой» инжектор — тип топливного инжектора, используемый в «двухкомпонентных» ракетных двигателях, — все это управляется электронной системой управления.
Клапаны обеспечивают соответствующую скорость потока топлива в камеру сгорания — чем выше скорость, тем больше тяга. Топливный инжектор смешивает два топлива (этанольное топливо и окислитель перекись водорода), пока они впрыскиваются в камеру под высоким давлением, поддерживая стабильное сгорание, поскольку их скорость меняется при прохождении через клапаны. Все это обеспечивает возможность эффективного и контролируемого процесса сгорания.
Новый вариатор проходит динамические испытания. Фото: Исследовательская сеть Лукасевича — Институт авиации (Lukasiewicz-ILOT)
Далее: Работаем на полную мощность
Двигатель TLPD спроектирован так, чтобы дросселировать его до 20 % и до 110 % от оптимального. уровень тяги. Такое «глубокое» дросселирование, то есть возможность реального изменения мощности двигателя, необходимо для посадки ступеней ракет на Землю, космических кораблей на Луну или другие планетные тела.
Испытания горячего огня, только что завершенные в фазе A, изначально планировалось сделать чисто статическими, проверяющими способность двигателя работать с постоянной скоростью. Двигатель запускался 17 раз в течение 10 секунд, при этом количество поступающего топлива и окислителя поддерживалось постоянным.
Первоначальные результаты были настолько многообещающими, что команды решили перейти к следующей фазе раньше, чем планировалось — динамическому дросселированию. Двигатель запускался дважды снова, каждый раз в течение 15 секунд, в течение которых тяга изменялась до 20% и до 80% от оптимального уровня.
После анализа результатов двигатель TLPD будет перемонтирован, и начнется полный объем запланированных динамических испытаний с еще более длительными продолжительностями запуска. Ожидается, что этот набор испытаний начнется в октябре и действительно проверит «дроссельную способность» двигателя.
Программа подготовки будущих пусковых установок ЕКА и Lukasiewicz-ILOT в настоящее время обсуждают продолжение проекта, основываясь на результатах этих испытаний и работая над проектированием всеобъемлющего дросселируемого летательного двигателя.
Предоставлено Европейским космическим агентством
