Kietieji ir skystieji raketų varikliai

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Raketos kaip ginklų rūšis egzistavo labai ilgą laiką. Pradininkai šiuo klausimu buvo kinai, kaip minima XIX amžiaus pradžios Dangaus imperijos himne. „Raudonas raketų blizgesys“– taip jame dainuojama. Jie buvo apk altinti paraku, išrastu, kaip žinote, toje pačioje Kinijoje. Tačiau tam, kad „raudonieji akcentai“spindėtų, o ugningos strėlės kristų priešams ant galvų, reikėjo raketų variklių, nors ir pačių paprasčiausių. Visi žino, kad parakas sprogsta, o skrydis reikalauja intensyvaus degimo su nukreiptu dujų išleidimu. Taigi teko keisti kuro sudėtį. Nors įprastinės sprogstamosios medžiagos sudaro 75 % nitratų, 15 % anglies ir 10 % sieros, raketų varikliuose yra 72 % nitratų, 24 % anglies ir 4 % sieros.

Šiuolaikinėse kietojo kuro raketose ir stiprintuvuose kaip kuras naudojami sudėtingesni mišiniai, tačiau principas išlieka tas pats, senovės kinų. Jo nuopelnai neabejotini. Tai yra paprastumas, patikimumas, didelis inicijavimo greitis, santykinis pigumas ir naudojimo paprastumas. Kad sviedinys įsijungtų, užtenka padegti kietą degų mišinį, užtikrinti oro srautą – ir viskas, nuskriejo.

Tačiau yratokia patikrinta ir patikima technologija turi savo trūkumų. Pirma, pradėjus deginti kurą, nebeįmanoma jo sustabdyti, taip pat pakeisti degimo režimo. Antra, deguonis reikalingas, o išretėjusioje ar beorėje erdvėje – ne. Trečia, deginimas vis tiek vyksta per greitai.

Pagaliau rastas sprendimas, kurio daugelio šalių mokslininkai ieškojo daugelį metų. Daktaras Robertas Goddardas 1926 metais išbandė pirmąjį skystojo kuro raketinį variklį. Kaip kurą jis naudojo benziną, sumaišytą su skystu deguonimi. Kad sistema patikimai veiktų bent dvi su puse sekundės, Goddardas turėjo išspręsti daugybę techninių problemų, susijusių su reagentų siurbimu, aušinimo sistema ir vairo mechanizmais.

Principas, pagal kurį gaminami visi skystųjų raketų varikliai, yra labai paprastas. Korpuso viduje yra dvi talpyklos. Iš vieno iš jų per maišymo galvutę oksidatorius tiekiamas į skilimo kamerą, kur, esant katalizatoriui, iš antrojo bako patenkantys degalai pereina į dujinę būseną. Vyksta degimo reakcija, karštos dujos pirmiausia praeina per siaurėjančią antgalio ikigarsinę zoną, o po to – besiplečiančią viršgarsinę zoną, kur tiekiamas ir kuras. Iš tikrųjų viskas yra daug sudėtingiau, antgalis reikalauja aušinimo, o padavimo režimai reikalauja didelio stabilumo. Šiuolaikiniai raketiniai varikliai gali būti varomi vandeniliu, oksidatorius yra deguonis. Šis mišinys yra labai sprogus ir menkiausias bet kurios sistemos veikimo pažeidimassukelia avariją ar nelaimę. Kuro komponentai taip pat gali būti ne mažiau pavojingos medžiagos:

– žibalas ir skystas deguonis – jie buvo naudojami pirmajame Apollo programos nešančiųjų raketų programos „Saturn V“etape;

– alkoholis ir skystas deguonis – buvo naudojami vokiškose V2 raketose ir sovietiniuose nešikliuose „Vostok“;

– azoto tetroksidas – monometilas – hidrazinas – naudojamas Cassini varikliuose.

Nepaisant konstrukcijos sudėtingumo, skystųjų raketų varikliai yra pagrindinė kosminių krovinių gabenimo priemonė. Jie taip pat naudojami tarpžemyninėse balistinėse raketose. Jų veikimo režimai pritaikyti tiksliai reguliuoti, šiuolaikinės technologijos leidžia automatizuoti procesus, vykstančius jų padaliniuose ir mazguose.

Tačiau savo svarbos neprarado ir kietojo kuro raketų varikliai. Kosmoso technologijose jie naudojami kaip pagalbiniai. Jų svarba labai svarbi stabdymo ir gelbėjimo moduliuose.