Sisteme de propulsie cu peroxid de hidrogen pentru sateliți mici. Cerințe privind tehnologia de propulsie pentru motoare cu rachetă

Când peroxidul de hidrogen se descompune pe catalizator, se eliberează o cantitate mare de căldură, iar apa formată ca urmare a reacției de descompunere a peroxidului de hidrogen se transformă în abur și într-un amestec cu oxigen atomic eliberat simultan în timpul reacției, formează așa-numitul „gaz cu aburi”. Temperatura gazului de abur, în funcție de gradul concentrației inițiale de peroxid de hidrogen, poate ajunge la 700 C ° -800 C °.

Concentrat la aproximativ 80-85% peroxid de hidrogen în diferite documente germane a fost numit „oxilină”, „combustibil T” (T-stoff), „aurol”, „perhidrol”. Soluția de catalizator a fost numită Z-stoff.

Combustibilul pentru motor Walter, care a constat din T-stoff și Z-stoff, a fost numit combustibil unidirecțional, deoarece catalizatorul nu este o componentă.
...
...
...
Motoarele Walter din URSS

După război, unul dintre adjuncții lui Helmut Walter, un anume Franz Statecki, și-a exprimat dorința de a lucra în URSS. Statecki și un grup de „informații tehnice” pentru exportul de tehnologii militare din Germania sub conducerea amiralului LA Korshunov, au găsit în Germania firma „Bruner-Kanis-Raider”, care a fost partener aliat în fabricarea instalațiilor de turbine Walther .

Pentru a copia un submarin german cu centrala electrică a lui Walter, mai întâi în Germania și apoi în URSS, sub conducerea AA Antipin, a fost creat Biroul Antipin, organizație din care, prin eforturile proiectantului șef al submarinelor (rangul Căpitanului I ) Au fost formate AA Antipin LPMB Rubin și SPMB Malakhit.

Sarcina biroului era să copieze realizările nemților în submarine noi (motorină, electrică, cu abur și turbină cu gaz), dar sarcina principală era să repete viteza submarinelor germane cu ciclul Walter.

Ca rezultat al lucrărilor efectuate, a fost posibilă restaurarea completă a documentației, fabricarea (parțial din germană, parțial din unități nou fabricate) și testarea instalației de turbină cu abur-gaz a bărcilor germane din seria XXVI.

După aceea, s-a decis construirea unui submarin sovietic cu un motor Walter. Tema dezvoltării submarinelor de la Walter PSTU a fost denumită Proiectul 617.

Alexander Tyklin, care descrie biografia lui Antipin, a scris: ... Acesta a fost primul submarin din URSS care a depășit valoarea de 18 noduri a vitezei subacvatice: în decurs de 6 ore viteza sa subacvatică a fost mai mare de 20 de noduri! Coca a oferit o dublare a adâncimii de scufundare, adică la o adâncime de 200 de metri. Dar principalul avantaj al noului submarin a fost centrala sa electrică, care era o inovație uimitoare în acel moment. Și nu a fost o coincidență faptul că academicianii IV Kurchatov și AP Aleksandrov au vizitat această barcă - pregătindu-se pentru crearea de submarine nucleare, nu au putut să nu se familiarizeze cu primul submarin din URSS cu o instalație de turbină. Ulterior, multe soluții de proiectare au fost împrumutate în dezvoltarea centralelor nucleare ...

În 1951, barca proiectului 617, numită S-99, a fost depusă la Leningrad la uzina 196. La 21 aprilie 1955, barca a fost dusă la procese de stat, finalizate la 20 martie 1956. Rezultatele testelor indică: ... Submarinul a atins prima viteză subacvatică de 20 de noduri în decurs de 6 ore ....

În 1956-1958, proiectele 643 de bărci mari au fost proiectate cu o deplasare a suprafeței de 1865 tone și deja cu două Walther PGTU. Cu toate acestea, în legătură cu crearea unui proiect de proiectare a primelor submarine sovietice cu nucleare centrale electrice proiectul a fost închis. Însă studiile ambarcațiunilor PSTU S-99 nu s-au oprit, ci au fost transferate la curentul principal al luării în considerare a posibilității de a utiliza motorul Walter în torpila gigantică T-15 cu sarcină atomică, propusă de Saharov pentru distrugerea navalei americane. baze și porturi. T-15 trebuia să aibă o lungime de 24 de metri, o rază subacvatică de până la 40-50 de mile și să poarte un focos termonuclear capabil să provoace un tsunami artificial să distrugă orașele de coastă din Statele Unite.

După război, torpilele cu motoare Walter au fost livrate în URSS, iar NII-400 a început să dezvolte o torpilă internă de mare viteză, fără distanță, fără urme. În 1957, testele de stat ale torpilelor DBT au fost finalizate. Torpila DBT a intrat în funcțiune în decembrie 1957, sub codul 53-57. O torpilă 53-57 cu un calibru de 533 mm, cântărea aproximativ 2000 kg, o viteză de 45 de noduri cu o rază de croazieră de până la 18 km. Focul de torpilă cântărea 306 kg.

Fără îndoială, motorul este cea mai importantă parte a unei rachete și una dintre cele mai complexe. Sarcina motorului este să amestece componentele combustibilului, să asigure arderea acestora și, cu viteză mare, să scoată gazele rezultate din procesul de ardere într-o direcție dată, creând impulsul jetului... În acest articol, vom lua în considerare doar motoarele chimice utilizate în prezent în rachetă. Există mai multe tipuri de ele: combustibil solid, lichid, hibrid și lichid monocomponent.

Orice motor de rachetă este format din două părți principale: o cameră de ardere și o duză. Cu camera de ardere, cred că totul este clar - acesta este un fel de volum închis în care combustibilul este ars. Iar duza este concepută pentru a accelera gazele produse în procesul de ardere a combustibilului la viteza supersonică într-o direcție dată. Duza este formată dintr-un confuzor, un canal de critică și un difuzor.

Confuzorul este o pâlnie care colectează gaze din camera de ardere și le direcționează în canalul critic.

Critica este cea mai îngustă parte a duzei. În el, gazul este accelerat la viteza sunetului datorită presiune ridicata din partea confuzorului.

Difuzorul este partea în expansiune a duzei după critici. În ea, presiunea și temperatura gazului scad, datorită cărora gazul primește o accelerație suplimentară la viteza supersonică.

Acum să trecem în revistă toate principalele tipuri de motoare.

Să începem simplu. Cel mai simplu în design este motorul rachetă cu combustibil solid. De fapt, acesta este un butoi încărcat cu un amestec solid de oxidare a combustibilului și care are o duză.

Camera de ardere a unui astfel de motor este un canal al încărcăturii de combustibil, iar arderea are loc pe întreaga suprafață a acestui canal. Adesea, pentru a simplifica realimentarea motorului, încărcătura se face dintr-un compozit din butoaie de combustibil. Apoi, arderea are loc și pe suprafața capetelor damelor.

Pentru a obține o dependență diferită a impulsului de timp, diferită secțiuni transversale canal:

Propulsor solid- cel mai vechi tip de motor de rachetă. A fost inventat în China antică, dar până în prezent își găsește aplicarea atât în ​​rachetele militare, cât și în tehnologia spațială. De asemenea, datorită simplității sale, acest motor este utilizat în mod activ în rachete de amatori.

Prima navă spațială americană, Mercur, a fost echipată cu șase propulsori solizi:

Trei mici iau nava departe de vehiculul de lansare după despărțirea de acesta, iar trei mari o încetinesc până la debitare.

Cel mai puternic motor rachetă cu propulsor solid (și, în general, cel mai puternic motor rachetă din istorie) este amplificatorul lateral al sistemului Space Shuttle, care a dezvoltat o tracțiune maximă de 1400 de tone. Aceste două acceleratoare au dat o coloană de foc atât de spectaculoasă la lansarea navetelor. Acest lucru se vede clar, de exemplu, în înregistrarea video a lansării navei Atlantis din 11 mai 2009 (misiunea STS-125):

Aceleași boostere vor fi utilizate în noua rachetă SLS, care va lansa pe orbită noua navă spațială americană Orion. Acum puteți vedea înregistrările de la testele la sol ale acceleratorului:

De asemenea, motoarele cu rachete cu combustibil solid sunt instalate în sistemele de salvare de urgență concepute pentru a devia nava spațială de la rachetă în caz de accident. Aici, de exemplu, testele SAS ale navei Mercury la 9 mai 1960:

Pe lângă SAS, navele spațiale Soyuz sunt echipate cu motoare de aterizare moale. Acestea sunt, de asemenea, propulsori solizi, care funcționează o fracțiune de secundă, dând un impuls puternic care diminuează viteza de coborâre a navei la aproape zero chiar înainte de a atinge suprafața Pământului. Tragerea acestor motoare poate fi văzută pe înregistrarea aterizării navei spațiale Soyuz TMA-11M pe 14 mai 2014:

Principalul dezavantaj al motoarelor rachete cu combustibil solid este imposibilitatea controlului tracțiunii și imposibilitatea repornirii motorului după oprirea acestuia. Și oprirea motorului în cazul propulsorilor solizi de fapt nu este o oprire: motorul fie încetează să funcționeze din cauza sfârșitului de combustibil, fie, dacă este necesar să-l opriți mai devreme, împingerea este întreruptă: un squib special este concediat coperta a motorului și a gazelor încep să iasă de la ambele capete, reducând la zero forța.

În continuare vom lua în considerare motor hibrid ... Particularitatea sa este că componentele combustibilului utilizate se află în diferite stări de agregare. Cel mai frecvent utilizat combustibil solid și agent oxidant lichid sau gazos.

Iată cum arată un test pe bancă al unui astfel de motor:

Acesta este tipul de motor utilizat pe prima navetă spațială privată, SpaceShipOne.
Spre deosebire de motorul cu rachetă cu propulsor solid, GRD poate fi repornit și tracțiunea sa poate fi reglată. Cu toate acestea, nu a fost lipsit de dezavantajele sale. Datorită camerei de ardere mari, motorul pe gaz nu este rentabil pentru a pune rachete mari. De asemenea, GRD este predispus la un „pornire grea” atunci când s-a acumulat o mulțime de oxidant în camera de ardere și, atunci când este aprins, motorul dă un impuls de forță mare într-un timp scurt.

Ei bine, acum să luăm în considerare cel mai utilizat tip în astronautică motoare rachete... Aceasta este Motor rachetă- motoare cu rachete cu combustibil lichid.

În camera de ardere a unui motor cu propulsie lichidă, două lichide sunt amestecate și arse: un combustibil și un oxidant. Rachetele spațiale utilizează trei vapori oxidanți de combustibil: oxigen lichid + kerosen (rachete Soyuz), hidrogen lichid + oxigen lichid (a doua și a treia etapă a rachetei Saturn-5, a doua etapă a Changzheng-2, Naveta Spațială) și asimetrică dimetilhidrazină + tetroxid de azot (Rockon Proton și prima etapă a Changzheng-2). Un nou tip de combustibil, metanul lichid, este de asemenea testat.

Avantajele motoarelor cu rachete cu propulsie lichidă sunt greutatea redusă, capacitatea de a controla tracțiunea pe o gamă largă (limitare), posibilitatea pornirii multiple și un impuls specific mai mare în comparație cu alte tipuri de motoare.

Principalul dezavantaj al acestor motoare este complexitatea designului uluitoare. Arată simplu pe diagrama mea, dar, de fapt, atunci când proiectezi un motor rachetă cu propulsie lichidă, trebuie să te confrunți cu o serie de probleme: necesitatea unei amestecări bune a componentelor combustibilului, dificultatea menținerii unei presiuni ridicate în camera de ardere, inegală. arderea combustibilului, încălzirea puternică a pereților camerei de ardere și a duzei, dificultăți de aprindere, efectul coroziv al oxidantului pe pereții camerei de ardere.

Pentru a rezolva toate aceste probleme, sunt utilizate multe complexe și nu foarte complicate. soluții inginerești, motiv pentru care motorul rachetei pare deseori un coșmar al unui instalator beat, de exemplu, acest RD-108:

Camerele de combustie și duzele sunt clar vizibile, dar atenție la câte tuburi, ansambluri și fire există! Și toate acestea sunt necesare pentru o funcționare stabilă și fiabilă a motorului. Există o unitate de turbopompa pentru alimentarea cu combustibil și oxidant a camerelor de ardere, un generator de gaz pentru acționarea unității de turbopompa, veste de răcire pentru camerele de ardere și duze, tuburi inelare pe duze pentru crearea unei perdele de răcire a combustibilului, o ramură conductă pentru evacuarea gazului generatorului de evacuare și a tuburilor de scurgere.

Vom lua în considerare mai detaliat funcționarea unui motor cu propulsie lichidă într-unul din articolele următoare, dar deocamdată trecem la ultimul tip de motoare: o singură componentă.

Funcționarea unui astfel de motor se bazează pe descompunerea catalitică a peroxidului de hidrogen. Cu siguranță, mulți dintre voi vă amintiți experiența școlară:

Școala folosește o farmacie 3% peroxid, dar reacția utilizează 37% peroxid:

Se poate observa cum un jet de abur (amestecat cu oxigen, desigur) scapă din gâtul balonului cu forță. Ce nu este motor turboreactor?

Motoarele cu peroxid de hidrogen sunt utilizate în sistemele de control al atitudinii navelor spațiale atunci când nu este necesară o valoare ridicată a tracțiunii, iar simplitatea designului motorului și masa redusă a acestuia sunt foarte importante. Desigur, concentrația de peroxid de hidrogen utilizată este departe de 3% sau chiar 30%. Peroxidul sută la sută concentrat dă în timpul reacției un amestec de oxigen cu vapori de apă, încălzit la o mie și jumătate de mii de grade, ceea ce creează o presiune ridicată în camera de ardere și o rată mare de evacuare a gazului din duză.

Simplitatea designului unui motor cu o singură componentă nu putea să nu atragă atenția rachetei de amatori. Iată un exemplu de motor dintr-o singură bucată.

Primul eșantion al motorului nostru cu rachetă cu combustibil lichid (LRE), alimentat cu kerosen și peroxid de hidrogen foarte concentrat, este asamblat și gata pentru testare la standul de la Institutul de Aviație din Moscova.

Totul a început în urmă cu aproximativ un an, odată cu crearea modelelor 3D și lansarea documentației de proiectare.

Am trimis desenele finalizate mai multor antreprenori, inclusiv partenerul nostru principal în prelucrarea metalelor ArtMekh. Toate lucrările la cameră au fost duplicate, iar fabricarea injectoarelor a fost primită în general de mai mulți furnizori. Din păcate, aici ne confruntăm cu toată complexitatea realizării produselor metalice aparent simple.

În special a trebuit depus mult efort pe duze centrifuge pentru a pulveriza combustibilul din cameră. În secțiunea modelului 3D, acestea sunt vizibile ca cilindri cu piulițe albastre la sfârșit. Și așa arată în metal (una dintre duze este prezentată cu o piuliță slăbită, un creion este dat pentru scară).

Am scris deja despre testele injectoarelor. Ca rezultat, au fost selectate șapte din zeci de duze. Kerosenul va intra în cameră prin ele. Duzele de kerosen în sine sunt construite în partea superioară a camerei, care este gazificatorul oxidant - zona în care peroxidul de hidrogen va trece prin catalizatorul solid și se va descompune în vapori de apă și oxigen. Apoi, amestecul de gaze rezultat va intra și în camera motorului rachetei.

Pentru a înțelege de ce fabricarea duzelor a provocat astfel de dificultăți, trebuie să vă uitați înăuntru - există un șurub cu șurub în interiorul canalului duzei. Adică, kerosenul care intră în duză nu curge uniform în jos, ci se învârte. Agitatorul cu șurub are multe părți mici, iar lățimea golurilor prin care kerosenul va curge și va pulveriza în cameră depinde de cât de precis pot fi menținute la dimensiunile lor. Gama de rezultate posibile - de la „nu circulă deloc lichid prin duză” până la „pulverizare uniformă în toate direcțiile”. Rezultatul ideal - kerosenul este pulverizat cu un con subțire în jos. Ceva ca fotografia de mai jos.

Prin urmare, obținerea duzei perfecte depinde nu numai de priceperea și conștiinciozitatea producătorului, ci și de echipamentele utilizate și, în cele din urmă, de motricitatea fină a specialistului. Mai multe serii de teste de injectoare finite sub presiune diferită ne-a permis să îi selectăm pe cei cu conuri de pulverizare apropiate de cele ideale. Fotografia arată un vârtej care nu a trecut de selecție.

Să vedem cum arată motorul nostru în metal. Iată capacul motorului cu combustibil lichid cu linii pentru alimentarea cu peroxid și kerosen.

Dacă ridicați capacul, puteți vedea că peroxidul este pompat prin tubul lung, iar kerosenul este pompat prin cel scurt. Mai mult, kerosenul este distribuit pe șapte găuri.

Un gazificator este atașat la fundul capacului. Să o privim din partea camerei.

Ceea ce ni se pare din acest punct ca partea inferioară a piesei este de fapt partea sa superioară și va fi atașat la capacul motorului cu propulsie lichidă. Din șapte găuri, kerosenul se va vărsa în cameră prin duze, iar din a opta (pe stânga, singura localizată asimetric), peroxidul se va vărsa pe catalizator. Mai precis, nu se va revărsa direct, ci printr-o placă specială cu micro-găuri care distribuie uniform fluxul.

În fotografia următoare, această placă și duzele de kerosen sunt deja introduse în gazificator.

Aproape întregul volum liber al gazificatorului va fi ocupat de un catalizator solid prin care va curge peroxidul de hidrogen. Kerosenul va curge prin duze fără a se amesteca cu peroxidul.

În următoarea fotografie, vedem că gazificatorul a fost deja închis cu un capac pe partea laterală a camerei de ardere.

Kerosenul va curge prin șapte găuri, terminându-se cu piulițe speciale, iar gazul cu abur fierbinte va curge prin găurile mici, adică peroxidul deja descompus în oxigen și vapori de apă.

Acum să ne dăm seama unde vor curge. Și vor curge în camera de ardere, care este un cilindru gol, unde kerosenul este aprins în oxigenul încălzit în catalizator și continuă să ardă.

Gazele încălzite vor intra în duză, în care vor accelera la viteze mari. Iată duza din unghiuri diferite. Partea mare (convergentă) a duzei se numește subcritică, apoi trece secțiunea critică și apoi partea în expansiune este supercritică.

Ca urmare, motorul asamblat arată astfel.

Frumos, nu-i așa?

Vom face cel puțin încă un exemplu de motor rachetă din oțel inoxidabil și apoi vom trece la fabricarea unui motor rachetă de la inconel.

Cititorul atent va întreba, pentru ce sunt fitingurile de pe părțile laterale ale motorului? Motorul nostru cu rachetă cu combustibil lichid are o perdea - lichidul este injectat de-a lungul pereților camerei, astfel încât să nu se supraîncălzească. În zbor, peroxidul sau kerosenul (care trebuie specificat în funcție de rezultatele testelor) din rezervoarele de rachete vor curge în cortină. În timpul testelor de ardere pe suport, atât kerosenul și peroxidul, cât și apa, sau nimic (pentru teste scurte) pot fi introduse în cortină. Pentru perdea sunt realizate aceste accesorii. Mai mult, există două perdele: una pentru răcirea camerei, cealaltă pentru partea subcritică a duzei și secțiunea gâtului.

Dacă sunteți inginer sau doriți doar să aflați mai multe despre caracteristicile și dispozitivul unui motor cu propulsie lichidă, atunci o notă de inginerie este dată special pentru dvs.

ZhRD-100S

Motorul este proiectat pentru testarea pe bancă a proiectării de bază și a soluțiilor tehnologice. Testele pe bancă ale motorului sunt programate pentru 2016.

Motorul funcționează pe componente stabile de combustibil cu fierbere ridicată. Impulsul estimat la nivelul mării - 100 kgf, în vid - 120 kgf, impulsul de împingere specific calculat la nivelul mării - 1840 m / s, în vid - 2200 m / s, greutatea specifică calculată - 0,040 kg / kgf. Performanța reală a motorului va fi verificată în timpul testării.

Motorul este cu o singură cameră, constă dintr-o cameră, un set de unități de sisteme de automatizare, unități și părți ale ansamblului general.

Motorul este atașat direct la elementele de susținere ale băncii printr-o flanșă în partea superioară a camerei.

Parametrii de bază ai camerei
combustibil:
- agent oxidant - PV-85
- combustibil - TS-1
împingere, kgf:
- la nivelul mării - 100,0
- în gol - 120.0
impulsul specific de împingere, m / s:
- la nivelul mării - 1840
- în gol - 2200
al doilea consum, kg / s:
- agent oxidant - 0,476
- combustibil - 0,057
raportul în greutate al componentelor combustibilului (O: G) - 8,43: 1
raport exces de oxidant - 1,00
presiunea gazului, bar:
- în camera de ardere - 16
- în secțiunea de ieșire a duzei - 0,7
greutatea camerei, kg - 4,0
diametrul interior al motorului, mm:
- partea cilindrică - 80.0
- în zona ieșirii duzei - 44.3

Camera este o structură prefabricată și constă dintr-un cap de duză cu un gazificator oxidant integrat în ea, o cameră cilindrică de ardere și o duză profilată. Elementele camerei au flanșe și sunt șurubate împreună.

Pe cap sunt 88 duze monocomponente oxidante cu jet și 7 duze centrifuge monocomponente pentru combustibil. Duzele sunt dispuse în cercuri concentrice. Fiecare duză de combustibil este înconjurată de zece duze de oxidare, restul de duze de oxidare sunt amplasate spatiu liber Capete.

Răcirea camerei este internă, în două etape, efectuată de un lichid (combustibil sau oxidant, alegerea se va face în funcție de rezultatele testelor pe bancă) care intră în cavitatea camerei prin două curele de cortină - superioară și inferioară. Centura superioară a perdelei este realizată la începutul părții cilindrice a camerei și asigură răcirea părții cilindrice a camerei, cea inferioară este realizată la începutul părții subcritice a duzei și asigură răcirea subcriticii o parte a duzei și regiunea secțiunii critice.

Motorul folosește autoaprinderea componentelor combustibilului. În procesul de pornire a motorului, este asigurat avansul intrării oxidantului în camera de ardere. Când oxidantul se descompune în gazificator, temperatura acestuia crește la 900 K, ceea ce este semnificativ mai mare decât temperatura de autoaprindere a combustibilului TC-1 din aer (500 K). Combustibilul furnizat camerei în atmosfera unui oxidant fierbinte se aprinde spontan și apoi procesul de ardere se transformă într-unul autosustenabil.

Gazificatorul oxidant funcționează pe principiul descompunerii catalitice a peroxidului de hidrogen foarte concentrat în prezența unui catalizator solid. Vaporul-gaz format ca urmare a descompunerii peroxidului de hidrogen (un amestec de vapori de apă și oxigen gazos) este un agent oxidant și intră în camera de ardere.

Parametrii principali ai generatorului de gaz
Componente:
- peroxid de hidrogen stabilizat (concentrație în greutate),% - 85 ± 0,5
consum de peroxid de hidrogen, kg / s - 0,476
sarcină specifică, (kg / s apă oxigenată) / (kg catalizator) - 3,0
timp de funcționare continuă, nu mai puțin, s - 150
parametrii gazului de abur la ieșirea gazificatorului:
- presiune, bar - 16
- temperatura, K - 900

Gazificatorul este integrat în designul capului duzei. Sticla, fundul interior și mijlociu formează cavitatea gazificatorului. Fundurile sunt interconectate de duze de combustibil. Distanța dintre funduri este reglată de înălțimea sticlei. Volumul dintre injectoarele de combustibil este umplut cu un catalizator solid.

Jet "Cometa" din al treilea Reich

Cu toate acestea, Kriegsmarine nu a fost singura organizație care a acordat atenție turbinei Helmut Walter. Era foarte interesată de departamentul lui Hermann Goering. Ca oricare altul, acesta și-a avut începutul. Și este legat de numele angajatului firmei "Messerschmitt" proiectantul de aeronave Alexander Lippish - un susținător înfocat al proiectelor neobișnuite de aeronave. Nu înclinat să ia decizii și opinii general acceptate cu privire la credință, el a început să creeze un avion fundamental nou, în care să vadă totul într-un mod nou. Conform conceptului său, aeronava ar trebui să fie ușoară, să aibă mecanisme cât mai puține și unități auxiliare, au o formă rațională din punctul de vedere al creării unei forțe de ridicare și a celui mai puternic motor.

Tradiţional motor cu piston Lippisch nu era mulțumit și își întoarse privirea spre jet, mai precis - spre rachetă. Dar nici toate sistemele de susținere cunoscute până atunci cu pompele lor voluminoase și grele, tancurile, sistemele de aprindere și de reglare nu i se potriveau nici lui. Așadar, ideea de a folosi un combustibil auto-aprins s-a cristalizat treptat. Apoi la bord este posibil să plasați numai combustibil și un oxidant, să creați cea mai simplă pompă bicomponentă și o cameră de ardere cu duză cu jet.

Lippisch a avut noroc în această chestiune. Și am avut noroc de două ori. În primul rând, un astfel de motor exista deja - chiar turbina Walter. În al doilea rând, primul zbor cu acest motor a fost finalizat deja în vara anului 1939 pe un avion He-176. În ciuda faptului că rezultatele obținute, ca să spunem ușor, nu au fost impresionante - viteza maximă la care a ajuns acest avion după 50 de secunde de funcționare a motorului a fost de doar 345 km / h - conducerea Luftwaffe a considerat această direcție destul de promițătoare. Au văzut motivul vitezei reduse în aspectul tradițional al aeronavei și au decis să-și testeze ipotezele pe Lippisch „fără coadă”. Așadar, inovatorul Messerschmitt a pus la dispoziție celula DFS-40 și motorul RI-203.

Pentru a alimenta motorul folosit (totul foarte secret!) Combustibil bicomponent, format din T-stoff și C-stoff. Codurile complicate ascundeau același peroxid de hidrogen și combustibil - un amestec de 30% hidrazină, 57% metanol și 13% apă. Soluția de catalizator a fost numită Z-stoff. În ciuda prezenței a trei soluții, combustibilul a fost considerat bicomponent: din anumite motive, soluția de catalizator nu a fost considerată o componentă.

În curând, povestea își va spune singur, dar nu se va face în curând. Acest proverb rusesc descrie istoria creației luptătorului interceptor în cel mai bun mod posibil. Aspectul, dezvoltarea de noi motoare, zborul în jur, instruirea piloților - toate acestea au întârziat procesul de creare a unei mașini cu drepturi depline până în 1943. Drept urmare, versiunea de luptă a aeronavei - Me-163V - era o mașină complet independentă, moștenind doar aspectul de bază de la predecesorii săi. Dimensiunea redusă a aeronavei nu a lăsat proiectanților un loc care să nu fie echipat cu trenul de aterizare retractabil și nici pentru nici o cabină spațioasă.

Tot spațiul era ocupat de rezervoarele de combustibil și de motorul rachetă în sine. Și cu el, de asemenea, totul a fost „nu mulțumesc lui Dumnezeu”. Helmut Walter Veerke a calculat că motorul de rachetă RII-211 planificat pentru Me-163V ar avea o tracțiune de 1.700 kg, iar consumul de combustibil T la tracțiune maximă ar fi de aproximativ 3 kg pe secundă. La momentul acestor calcule, motorul RII-211 exista doar sub forma unui model. Trei alergări consecutive pe teren nu au avut succes. Motorul a fost adus mai mult sau mai puțin în stare de zbor doar în vara anului 1943, dar chiar și atunci a fost considerat încă experimental. Și experimentele au arătat din nou că teoria și practica sunt adesea în dezacord între ele: consumul de combustibil a fost mult mai mare decât cel calculat - 5 kg / s la forța maximă. Deci, Me-163V avea o rezervă de combustibil pentru doar șase minute de zbor la tracțiunea completă a motorului. În același timp, resursa sa a fost de 2 ore de lucru, ceea ce a dat în medie aproximativ 20 - 30 de zboruri. Lăcomia incredibilă a turbinei a schimbat complet tactica utilizării acestor luptători: decolare, urcare, apropiere de o țintă, un atac, ieșirea dintr-un atac, întoarcerea acasă (adesea în modul planor, deoarece nu mai era combustibil pentru zbor) . Pur și simplu nu era nevoie să vorbim despre bătăliile aeriene, toată calculul era pe rapiditate și superioritate în viteză. Încrederea în succesul atacului a fost adăugată și de armamentul solid al Kometa: două tunuri de 30 mm, plus o cabină blindată.

Cel puțin aceste două date pot spune despre problemele care au însoțit crearea versiunii de aeronave a motorului Walter: primul zbor al modelului experimental a avut loc în 1941; Me-163 a fost adoptat pentru funcționare în 1944. Distanța, așa cum a spus un cunoscut personaj Griboyedov, este de o scară enormă. Și asta în ciuda faptului că designerii și dezvoltatorii nu au scuipat în tavan.

La sfârșitul anului 1944, germanii au încercat să îmbunătățească aeronava. Pentru a crește durata zborului, motorul a fost echipat cu o cameră de ardere auxiliară pentru zborul de croazieră cu forță redusă, a crescut rezerva de combustibil, în loc de un boghiul detașabil, a fost instalat un șasiu convențional cu roți. Până la sfârșitul războiului, a fost posibilă construirea și testarea unui singur eșantion, care a primit denumirea Me-263.

„Viper” fără dinți

Impotența „Reichului milenar” înainte de atacurile din aer i-a obligat să caute orice, uneori cea mai incredibilă, modalitate de a contracara bombardamentul covor al aliaților. Sarcina autorului nu este de a analiza toate curiozitățile cu ajutorul cărora Hitler spera să facă un miracol și să salveze, dacă nu chiar Germania, apoi el însuși de moartea inevitabilă. Mă voi gândi la o singură „invenție” - interceptorul vertical de decolare Ba-349 „Nutter” („Viper”). Acest miracol al tehnologiei ostile a fost creat ca o alternativă ieftină la Me-163 „Kometa”, cu accent pe producția în masă și risipa de materiale. S-a planificat folosirea celor mai accesibile tipuri de lemn și metal pentru fabricarea acestuia.

În această idee a lui Erich Bachem, totul se știa și totul era neobișnuit. A fost planificat să decoleze vertical, ca o rachetă, cu ajutorul a patru boostere de pulbere instalate pe părțile laterale ale fuselajului din spate. La o altitudine de 150 m, rachetele uzate au fost aruncate și zborul a continuat datorită funcționării motorului principal - Walter 109-509A LPRE - un fel de prototip de rachete în două etape (sau rachete cu rapel cu propulsie solidă) . Direcționarea a fost efectuată mai întâi prin intermediul unei mitraliere prin radio, apoi de către pilot manual. Armamentul nu era mai puțin neobișnuit: când se apropia de țintă, pilotul a tras o salvă de douăzeci și patru de rachete de 73 mm montate sub carenajul din nasul aeronavei. Apoi a trebuit să separe partea din față a fuselajului și să parașute până la pământ. De asemenea, motorul trebuia scăpat cu o parașută pentru a putea fi refolosit. Dacă doriți, puteți vedea în acesta prototipul „Shuttle” - un avion modular cu o întoarcere independentă acasă.

De obicei, în acest loc se spune că acest proiect a depășit capacitățile tehnice ale industriei germane, ceea ce explică dezastrul din prima instanță. Dar, în ciuda unui astfel de rezultat asurzitor în sensul literal al cuvântului, s-a finalizat construcția a încă 36 de „Hatters”, dintre care 25 au fost testate, cu doar 7 în zbor cu echipaj. În aprilie, 10 serii A „Hatters” (și cine conta doar pe următorul?) Au fost staționate la Kirheim lângă Stuttgart, pentru a respinge raidurile bombardierelor americane. Dar tancurile aliaților, pe care i-au așteptat înaintea bombardierelor, nu au dat ideea lui Bachem să intre în luptă. Haters și lansatoarele lor au fost distruse de propriile echipaje. Așa că argumentează după aceea cu părerea că cea mai bună apărare aeriană este tancurile noastre de pe aerodromurile lor.

Și totuși atracția motorului de rachetă cu propulsie lichidă a fost enormă. Atât de uriaș încât Japonia a cumpărat licența pentru fabricarea luptătorului de rachete. Problemele sale cu aviația SUA erau asemănătoare cu cele din Germania, deci nu este de mirare că s-au orientat către aliați pentru o soluție. Două submarine cu documentatie tehnica iar mostre de echipamente au fost trimise pe țărmurile imperiului, dar unul dintre ele a fost scufundat în timpul tranziției. japonez pe cont propriu a restabilit informațiile lipsă și Mitsubishi a construit un prototip J8M1. La primul zbor din 7 iulie 1945 s-a prăbușit din cauza unei defecțiuni a motorului în timpul urcării, după care subiectul a murit în siguranță și în liniște.

Pentru ca cititorul să nu aibă părerea că în locul fructelor dorite, peroxidul de hidrogen a adus doar dezamăgiri apologeților săi, voi da un exemplu, evident, al singurului caz când a fost util. Și a fost primit exact când designerul nu a încercat să stoarcă din ea ultimele picături de posibilități. Acesta este un detaliu modest, dar necesar: o unitate turbopompa pentru alimentarea cu propulsori a rachetei A-4 (V-2). Era imposibil să se furnizeze combustibil (oxigen lichid și alcool) creând o presiune excesivă în rezervoare pentru o rachetă de această clasă, dar o turbină mică și ușoară pe bază de gaz oxigenat și permanganat a creat suficient gaz de abur pentru a roti o pompă centrifugă.

Unitatea turbopompa, generatorul de abur și gaz pentru turbină și două rezervoare mici pentru peroxid de hidrogen și permanganat de potasiu au fost plasate în același compartiment cu sistemul de propulsie. Gazul de abur uzat, care a trecut prin turbină, era încă fierbinte și putea efectua lucrări suplimentare. Prin urmare, a fost trimis la un schimbător de căldură unde a încălzit niște oxigen lichid. Revenind la rezervor, acest oxigen a creat un mic impuls acolo, ceea ce a facilitat oarecum funcționarea unității de turbopompa și, în același timp, a împiedicat aplanarea pereților rezervorului atunci când a devenit gol.

Utilizarea peroxidului de hidrogen nu a fost singura soluție posibilă: a fost posibil să se utilizeze componentele principale, alimentându-le în generatorul de gaz într-un raport departe de a fi optim și asigurând astfel o scădere a temperaturii produselor de ardere. Dar, în acest caz, ar fi necesar să se rezolve o serie de probleme dificile asociate cu asigurarea aprinderii fiabile și menținerea unei combustii stabile a acestor componente. Utilizarea peroxidului de hidrogen în concentrație medie (nu era nevoie de o putere exorbitantă) a făcut posibilă rezolvarea problemei simplu și rapid. Deci mecanismul compact și neimportant a făcut să bată inima mortală a unei rachete umplute cu o tonă de explozivi.

Sufla din adânc

Titlul cărții lui Z. Pearl, după cum crede autorul, se potrivește cât mai bine cu titlul acestui capitol. Fără a depune eforturi pentru a revendica adevărul suprem, îmi voi permite totuși să afirm că nu este nimic mai groaznic decât o lovitură bruscă și aproape inevitabilă de partea a doi sau trei centenari de TNT, din care izbucnesc pereții etanși, răsuciri de oțel și multi mecanismele -ton zboară de pe suporturi. Zgomotul și fluieratul aburului arzător devin o requiem pentru corabie, care în convulsii și convulsii merge sub apă, ducând cu ea în regatul Neptun pe acei nefericiți care nu au avut timp să sară în apă și să plece departe de scufundare navă. Și liniștit și imperceptibil, ca un rechin insidios, submarinul a dispărut încet în adâncurile mării, purtând încă o duzină de aceleași daruri mortale în burta de oțel.

Ideea unei mine autopropulsate capabile să combine viteza unei nave și puterea gigantică explozivă a unui „fluturaș” de ancoră a apărut cu mult timp în urmă. Dar în metal a fost realizat numai atunci când au apărut motoare suficient de compacte și puternice, conferindu-i viteză mare. O torpilă nu este un submarin, dar motorul său are nevoie și de combustibil și de oxidant ...

Torpila ucigașă ...

Așa se numește legendarul „Balenă” 65-76 după evenimentele tragice din august 2000. Versiunea oficială spune că explozia spontană a „torpilei groase” a provocat moartea submarinului „Kursk” K-141. La prima vedere, versiunea, cel puțin, merită atenție: torpila 65-76 nu este deloc un zgomot pentru bebeluși. Este periculos și necesită abilități speciale de manipulat.

Unul dintre " puncte slabe Torpila a fost numită elice - o gamă impresionantă de tragere a fost realizată folosind o unitate de propulsie pe bază de peroxid de hidrogen. Și aceasta înseamnă prezența tuturor buchetului deja delicat de delicii: presiuni gigantice, componente care reacționează violent și potențialul pentru apariția unei reacții involuntare de natură explozivă. Ca argument, susținătorii versiunii „torpilă groasă” a exploziei citează faptul că toate țările „civilizate” ale lumii au abandonat torpilele alimentate cu peroxid de hidrogen.

În mod tradițional, stocul de oxidant pentru un motor torpilo ​​era un cilindru de aer, cantitatea acestuia fiind determinată de puterea unității și de gama de croazieră. Dezavantajul este evident: greutatea de balast a unui cilindru cu pereți groși, care ar putea fi transformată în ceva mai util. Pentru stocarea aerului la presiuni de până la 200 kgf / cm² (196 GPa), sunt necesare rezervoare de oțel cu pereți groși, a căror masă depășește greutatea tuturor componentelor energetice de 2,5 - 3 ori. Acestea din urmă reprezintă doar aproximativ 12-15% din masa totală. Pentru funcționarea ESU este necesară o cantitate mare de apă dulce (22 - 26% din masa componentelor energetice), ceea ce limitează rezervele de combustibil și oxidant. În plus, aerul comprimat (21% oxigen) nu este cel mai eficient agent oxidant. Azotul prezent în aer nu este, de asemenea, doar balast: este foarte puțin solubil în apă și, prin urmare, creează o urmă de bule clar vizibilă, cu lățimea de 1 - 2 m în spatele torpilei. Cu toate acestea, astfel de torpile nu aveau avantaje mai puțin evidente, care erau o continuare a neajunsurilor, principalul fiind siguranță ridicată... Torpile care funcționează pe oxigen pur (lichid sau gazos) s-au dovedit a fi mai eficiente. Au redus semnificativ urmele, au sporit eficiența oxidantului, dar nu au rezolvat problemele cu distribuția greutății (balonul și echipamentele criogenice constituiau încă o parte semnificativă din greutatea torpilei).

În acest caz, peroxidul de hidrogen era un fel de antipod: cu caracteristici energetice semnificativ mai ridicate, era, de asemenea, o sursă de pericol crescut. La înlocuirea aerului comprimat într-o torpilă termică cu aer cu o cantitate echivalentă de peroxid de hidrogen, intervalul de deplasare a acestuia a fost mărit de 3 ori. Tabelul de mai jos arată eficiența utilizării tipuri diferite purtători de energie folosiți și promițători în torpile ESU:

În ESU-ul unei torpile, totul se întâmplă în mod tradițional: peroxidul se descompune în apă și oxigen, oxigenul oxidează combustibilul (kerosen), gazul de abur rezultat rotește arborele turbinei - iar acum încărcătura mortală se grăbește spre partea navă.

Torpedo 65-76 „Kit” este ultima dezvoltare sovietică de acest tip, care a fost inițiată în 1947 prin studiul unei torpile germane care nu fusese „adusă în minte” la ramura Lomonosov a NII-400 (mai târziu - NII „Morteplotekhnika”) sub conducerea proiectantului șef DA ... Kokryakov.

Lucrarea s-a încheiat cu crearea unui prototip, care a fost testat în Feodosia în 1954-55. În acest timp, proiectanții sovietici și oamenii de știință din materiale au trebuit să dezvolte mecanisme necunoscute lor până în acel moment, să înțeleagă principiile și termodinamica muncii lor, să le adapteze pentru o utilizare compactă în corpul torpilelor (unul dintre designeri a spus odată că în termeni de complexitate, torpilele și rachetele spațiale se apropie de ceas). O turbină de mare viteză, de tip deschis, cu design propriu, a fost utilizată ca motor. Această unitate a stricat mult sânge pentru creatorii săi: probleme cu arderea camerei de ardere, căutarea materialului pentru rezervorul de stocare a peroxidului, dezvoltarea unui regulator pentru furnizarea componentelor combustibilului (kerosen, peroxid de hidrogen cu apă scăzută) (Concentrație de 85%), apă de mare) - toate aceste teste amânate și aducând torpila în 1957 anul acesta, flota a primit prima torpilă cu peroxid de hidrogen 53-57 (conform unor surse avea numele „Aligator”, dar poate că era și numele proiectului).

În 1962, a fost adoptată o torpilă anti-navă. 53-61 bazat pe 53-57 și 53-61M cu un sistem îmbunătățit de aderare.

Dezvoltatorii de torpile au acordat atenție nu numai umpluturilor lor electronice, dar nu au uitat de inima sa. Și, după cum ne amintim, a fost destul de capricios. O nouă turbină cu două camere a fost dezvoltată pentru a crește stabilitatea operațiunii cu o putere crescândă. Împreună cu noua umplere de homing, a primit un indice de 53-65. O altă modernizare a motorului, cu o creștere a fiabilității sale, a dat un început în viața modificării 53-65M.

Începutul anilor 70 a fost marcat de dezvoltarea armelor nucleare compacte care puteau fi instalate în focosul torpilelor. Pentru o astfel de torpilă, simbioza unui exploziv puternic și a unei turbine de mare viteză a fost destul de evidentă, iar în 1973 a fost adoptată o torpilă neoxidată cu peroxid. 65-73 cu un focos nuclear, conceput pentru a distruge nave de suprafață mari, grupurile sale și facilitățile de coastă. Cu toate acestea, marinarii au fost interesați nu numai de astfel de ținte (și cel mai probabil, deloc), iar trei ani mai târziu a primit un sistem acustic de ghidare a trezirii, un detonator electromagnetic și un indice de 65-76. De asemenea, focosul a devenit mai versatil: putea fi atât nuclear, cât și transporta 500 kg de TNT convențional.

Și acum autorul ar dori să dedice câteva cuvinte tezei despre „cerșetoria” țărilor care sunt înarmate cu torpile cu peroxid de hidrogen. În primul rând, pe lângă URSS / Rusia, acestea sunt în funcțiune cu alte țări, de exemplu, torpila grea suedeză Tr613, dezvoltată în 1984, care funcționează pe un amestec de peroxid de hidrogen și etanol, este încă în funcțiune cu marina suedeză și marina norvegiană. Șeful seriei FFV Tr61, torpila Tr61 a intrat în funcțiune în 1967 ca o torpilă ghidată grea pentru utilizare de către nave de suprafață, submarine și baterii de coastă. Principala centrală electrică folosește peroxid de hidrogen și etanol pentru a alimenta un motor cu aburi cu 12 cilindri, asigurându-se că torpila este aproape complet fără urmă. În comparație cu torpile electrice moderne la o viteză similară, gama este de 3 până la 5 ori mai mare. În 1984, Tr613 cu rază mai mare de acțiune a intrat în funcțiune, înlocuind Tr61.

Dar scandinavii nu erau singuri în acest domeniu. Perspectivele utilizării peroxidului de hidrogen în afacerile militare au fost luate în considerare de marina americană chiar înainte de 1933, iar înainte ca SUA să intre în război, s-au efectuat lucrări strict clasificate la torpile la stația de torpile navale din Newport, în care peroxidul trebuia folosit ca oxidant. În motor, o soluție de 50% de peroxid de hidrogen se descompune sub presiune cu o soluție apoasă de permanganat sau alt agent oxidant, iar produsele de descompunere sunt utilizate pentru a menține arderea alcoolului - așa cum putem vedea, o schemă care a devenit deja plictisitoare în timpul poveștii. Motorul a fost îmbunătățit semnificativ în timpul războiului, dar torpilele alimentate cu peroxid de hidrogen nu au găsit utilizare în luptă în marina americană până la sfârșitul ostilităților.

Deci, nu numai „țările sărace” au considerat peroxidul ca un agent oxidant pentru torpile. Chiar și SUA, destul de respectabilă, au acordat meritul unei substanțe atât de atractive. Motivul refuzului de a utiliza aceste ESU-uri, așa cum vede autorul, nu consta în costul dezvoltării ESA-urilor pe oxigen (în URSS, astfel de torpile, care s-au dovedit a fi excelente într-o varietate de condiții, au fost, de asemenea, utilizate cu succes mult timp), dar în aceeași agresivitate, pericol și instabilitate peroxid de hidrogen: niciun stabilizator nu poate garanta o garanție 100% că nu vor exista procese de degradare. Nu trebuie să vă spun cum se poate termina acest lucru, cred ...

... și o torpilă pentru sinucideri

Cred că un astfel de nume pentru torpila ghidată Kaiten, cunoscută și pe scară largă, este mai mult decât justificată. În ciuda faptului că conducerea Marinei Imperiale a cerut introducerea unei trape de evacuare în proiectarea „torpilei omului”, piloții nu le-au folosit. Nu a fost doar în spiritul samurailor, ci și în înțelegerea unui fapt simplu: este imposibil să supraviețuiești unei explozii în apă a unei muniții de o tonă și jumătate, aflându-se la o distanță de 40-50 de metri.

Primul model al „Kaiten” „Tip-1” a fost creat pe baza torpilei de oxigen de 610 mm „Tip 93” și era în esență doar versiunea sa mărită și pilotată, ocupând o nișă între torpilă și mini-submarin . Raza maximă de croazieră la o viteză de 30 de noduri a fost de aproximativ 23 km (la o viteză de 36 de noduri, în condiții favorabile, ar putea merge până la 40 km). Creat la sfârșitul anului 1942, nu a fost apoi adoptat de flota Țării Soarelui Răsare.

Dar la începutul anului 1944, situația s-a schimbat semnificativ și proiectul unei arme capabile să realizeze principiul „fiecare torpilă este la țintă” a fost eliminat de pe raft și aduna praf de aproape un an și jumătate . Ceea ce i-a făcut pe amirali să-și schimbe atitudinea este greu de spus: dacă scrisoarea de la proiectanții locotenentului Nishima Sekio și a locotenentului principal Kuroki Hiroshi, scrisă în propriul lor sânge (codul de onoare a necesitat o lectură imediată a unei astfel de scrisori și furnizarea un răspuns motivat) sau situația catastrofală din teatrul de operațiuni maritime. După modificări minore, „Kaiten Type 1” a intrat în serie în martie 1944.

Dar deja în aprilie 1944, au început lucrările de îmbunătățire. Mai mult, nu era vorba de modificarea unei dezvoltări existente, ci de crearea unei dezvoltări complete dezvoltare nouă de la zero. Misiunea tactică și tehnică emisă de flotă pentru noul „Kaiten Type 2” viteza maxima nu mai puțin de 50 de noduri, autonomie de croazieră -50 km, adâncime de imersiune -270 m. Lucrările la proiectarea acestei „torpile pentru om” au fost încredințate companiei „Nagasaki-Heiki KK”, parte a preocupării „Mitsubishi”.

Alegerea nu a fost întâmplătoare: așa cum am menționat mai sus, această firmă lucra activ la diverse sisteme de rachete pe baza de peroxid de hidrogen pe baza informațiilor primite de la colegii germani. Rezultatul muncii lor a fost „motorul nr. 6”, care funcționa pe un amestec de peroxid de hidrogen și hidrazină cu o capacitate de 1500 CP.

Până în decembrie 1944, două prototipuri ale noului „om-torpilă” erau pregătite pentru testare. Testele au fost efectuate pe un stand de sol, dar caracteristicile demonstrate nu au fost satisfăcătoare nici pentru dezvoltator, nici pentru client. Clientul a decis să nu înceapă nici măcar încercări pe mare. Drept urmare, al doilea „Kaiten” a rămas în cantitate de două piese. Au fost dezvoltate modificări suplimentare pentru un motor cu oxigen - armata a înțeles că industria lor nu era capabilă să producă nici măcar o astfel de cantitate de peroxid de hidrogen.

Este dificil să se judece eficacitatea acestei arme: propaganda japoneză din timpul războiului a atribuit moartea unei nave americane mari aproape tuturor cazurilor de utilizare a „Kaitens” (după război, conversațiile pe această temă din motive evidente s-au calmat). Americanii, pe de altă parte, sunt pregătiți să jure pe orice că pierderile lor au fost nesimțite. Nu m-ar mira dacă după o duzină de ani neagă în general astfel de lucruri în principiu.

Cea mai buna ora

Munca designerilor germani în proiectarea unei turbopompe pentru racheta V-2 nu a trecut neobservată. Toate evoluțiile germane în domeniul armelor antirachetă pe care le-am moștenit au fost cercetate temeinic și testate pentru a fi utilizate în modele interne. În urma acestor lucrări, s-au născut unități turbopompa care funcționează pe același principiu ca și prototipul german. Bărbații americani cu rachete, desigur, au aplicat și această soluție.

Britanicii, care și-au pierdut practic întregul imperiu în timpul celui de-al doilea război mondial, au încercat să se agațe de rămășițele fostei lor măreții, folosindu-și la maximum patrimoniul de trofee. Practic neavând experiență în domeniu rachetă s-au concentrat asupra a ceea ce aveau. Drept urmare, au reușit aproape imposibil: racheta Black Arrow, care a folosit o pereche de kerosen, peroxid de hidrogen și argint poros ca catalizator, a asigurat locul Marii Britanii printre puterile spațiale. Din păcate, continuarea în continuare a programului spațial pentru Imperiul Britanic în scădere rapidă sa dovedit a fi o întreprindere extrem de costisitoare.

Turbinele compacte și destul de puternice de peroxid au fost utilizate nu numai pentru a furniza combustibil camerelor de ardere. A fost folosit de americani pentru a orienta vehiculul de coborâre al navei spațiale „Mercury”, apoi, în același scop, de către proiectanții sovietici de pe CA a navei spațiale „Soyuz”.

Conform caracteristicilor sale energetice, peroxidul ca agent oxidant este inferior oxigenului lichid, dar depășește oxidanții acidului azotic. ÎN anul trecut interes reînnoit în utilizarea peroxidului de hidrogen concentrat ca propulsor pentru motoarele de toate dimensiunile. Potrivit experților, peroxidul este cel mai atractiv atunci când este utilizat în noile dezvoltări, unde tehnologiile anterioare nu pot concura direct. Sateliții cu greutatea de 5-50 kg sunt doar astfel de evoluții. Cu toate acestea, scepticii încă mai cred că perspectivele sale sunt încă slabe. Deci, deși motorul rachetă sovietic RD-502 ( abur combustibil- peroxid plus pentaboran) și a demonstrat un impuls specific de 3680 m / s, a rămas experimental.

„Numele meu este Bond. James Bond"

Cred că aproape nu există oameni care să nu fi auzit această frază. Puțin mai puțini fani ai „pasiunilor spion” vor putea numi fără ezitare toți interpreții rolului super agentului Serviciului de informații în ordine cronologică. Și absolut fanii își vor aminti acest gadget neobișnuit. Și în același timp, și în această zonă, a existat o coincidență interesantă în care lumea noastră este atât de bogată. Wendell Moore, inginer la Bell Aerosystems și omonim al unuia dintre cei mai renumiți interpreți ai acestui rol, a devenit inventatorul unuia dintre mijloacele de transport exotice ale acestui etern personaj - un rucsac zburător (sau mai bine zis, sărit).

Structural, acest dispozitiv este la fel de simplu pe cât de fantastic. Baza a fost alcătuită din trei baloane: unul cu comprimat de până la 40 atm. azot (prezentat în galben) și doi cu peroxid de hidrogen (albastru). Pilotul rotește butonul de control al tracțiunii și supapa de reglare (3) se deschide. Azotul comprimat (1) deplasează peroxidul de hidrogen lichid (2), care este canalizat în generatorul de gaz (4). Acolo intră în contact cu un catalizator (plăci subțiri de argint acoperite cu un strat de azotat de samariu) și se descompune. Amestecul rezultat vapori-gaz de înaltă presiune și temperatură intră în două țevi ieșind din generatorul de gaz (conductele sunt acoperite cu un strat de izolator termic pentru a reduce pierderile de căldură). Apoi, gazele fierbinți intră în duzele cu jet rotativ (duza Laval), unde sunt mai întâi accelerate și apoi extinse, dobândind viteză supersonică și creând impulsul jetului.

Regulatoarele de tiraj și volanele de control ale duzelor sunt montate într-o cutie, montate pe pieptul pilotului și conectate la unități prin intermediul cablurilor. Dacă a fost necesar să se întoarcă în lateral, pilotul a rotit una dintre roți de mână, deviant o duză. Pentru a zbura înainte sau înapoi, pilotul a rotit ambele roți de mână în același timp.

Așa arăta teoretic. Dar, în practică, așa cum se întâmplă adesea în biografia peroxidului de hidrogen, totul nu sa dovedit chiar așa. Sau mai bine zis, deloc: rucsacul nu a reușit niciodată să facă un zbor normal normal. Durata maximă de zbor a pachetului de rachete a fost de 21 de secunde, raza de acțiune a fost de 120 de metri. În același timp, rucsacul a fost însoțit de o întreagă echipă de personal de service. Pentru un zbor de douăzeci și doi, s-au consumat până la 20 de litri de peroxid de hidrogen. Potrivit militarilor, „Centura de rachete Bell” era mai mult o jucărie spectaculoasă decât una eficientă. vehicul... Armata a cheltuit 150.000 de dolari în cadrul contractului cu Bell Aerosystems, iar Bell a cheltuit încă 50.000 de dolari. Militarii au refuzat finanțarea suplimentară a programului, contractul a fost reziliat.

Și totuși a reușit totuși să lupte cu „dușmanii libertății și ai democrației”, dar nu în mâinile „fiii unchiului Sam”, ci în spatele unui film de superinteligență suplimentar. Dar care va fi soarta sa viitoare, autorul nu va face presupuneri: aceasta este o slujbă ingrată - de a prezice viitorul ...

Poate că, în acest moment al poveștii carierei militare a acestei substanțe obișnuite și neobișnuite, se poate pune capăt acesteia. Era ca într-un basm: nici lung, nici scurt; atât de succes, cât și de succes; atât promițătoare, cât și fără speranță. Au prezis un viitor grozav pentru el, au încercat să-l folosească în multe instalații de generare a energiei electrice, au fost dezamăgiți și s-au întors din nou. În general, totul este ca în viață ...

Literatură
1. Altshuller G.S., Shapiro R.B. Apă oxidată // „Tehnologie pentru tineri”. 1985. Nr. 10. S. 25-27.
2. Shapiro L.S. Top secret: apă plus un atom de oxigen // Chimie și viață. 1972. Nr. 1. S. 45-49 (http://www.nts-lib.ru/Online/subst/ssvpak.html)
3.http: //www.submarine.itishistory.ru/1_lodka_27.php).
4. Veselov P. „Amânați judecata asupra acestei chestiuni ...” // Tehnică - pentru tineri. 1976. Nr. 3. S. 56-59.
5. Shapiro L. În speranța unui război total // „Tehnologie pentru tineri”. 1972. Nr. 11. S. 50-51.
6. Ziegler M. Pilot de luptă. Operațiuni de luptă „Me-163” / Per. din engleza N.V. Hasanova. Moscova: ZAO Tsentrpoligraf, 2005.
7. Irving D. Arme de represalii. Rachete balistice ale celui de-al Treilea Reich: punct de vedere britanic și german / Per. din engleza ACESTEA. Lyubovskoy. Moscova: ZAO Tsentrpoligraf, 2005.
8. Dornberger V. Superarma celui de-al treilea Reich. 1930-1945 / Per. din engleza Adică Polotsk. M.: ZAO Tsentrpoligraf, 2004.
9. Kaptsov O..html.
10.http: //www.u-boote.ru/index.html.
11. Burly V.P., Lobashinsky V.A. Torpile. Moscova: DOSAAF URSS, 1986 (http://weapons-world.ru/books/item/f00/s00/z0000011/st004.shtml).
12.http: //voenteh.com/podvodnye-lodki/podvodnoe-oruzhie/torpedy-serii-ffv-tp61.html.
13.http: //f1p.ucoz.ru/publ/1-1-0-348.
14..html.
15. Șcherbakov V. Mor pentru Împărat // Frate. 2011. Nr. 6 // http://www.bratishka.ru/archiv/2011/6/2011_6_14.php.
16. Ivanov V.K., Kashkarov A.M., Romasenko E.N., Tolstikov L.A. Unități turbopompa LPRE proiectate de NPO Energomash // Conversie în inginerie mecanică. 2006. Nr. 1 (http://www.lpre.de/resources/articles/Energomash2.pdf).
17. „Înainte, Marea Britanie! ..” // http://www.astronaut.ru/bookcase/books/afanasiev3/text/15.htm.
18.http: //www.airbase.ru/modelling/rockets/res/trans/h2o2/whitehead.html.
19.http: //www.mosgird.ru/204/11/002.htm.

Rezumat. Pe măsură ce dimensiunea sateliților dezvoltați scade, devine mai dificil de selectat pentru ei sisteme de propulsie(DU), furnizând parametrii necesari de controlabilitate și manevrabilitate. Cei mai mici sateliți folosesc în mod tradițional gaz comprimat. Pentru a crește eficiența și, în același timp, pentru a reduce costul în comparație cu combustibilul diesel hidrazină, se propune utilizarea peroxidului de hidrogen. Toxicitatea minimă și dimensiunile mici necesare ale instalației permit teste repetate într-un mediu convenabil de laborator. Sunt descrise avansurile în motoarele auto-presurizate și rezervoarele de combustibil ieftine.

Introducere

În ultimii ani, a apărut un interes nou pentru utilizarea peroxidului de hidrogen concentrat ca propulsor pentru motoarele de toate dimensiunile. Peroxidul este cel mai atractiv atunci când este utilizat în noile modele în care tehnologiile anterioare nu pot concura direct. Sateliții cu greutatea de 5-50 kg sunt doar astfel de evoluții. Ca combustibil monocomponent, peroxidul are o densitate mare (> 1300 kg / m3) și un impuls specific (SI) într-un vid de aproximativ 150 s [aproximativ 1500 m / s]. Deși semnificativ mai mic decât SI pentru hidrazină, la aproximativ 230 s [aproximativ 2300 m / s], un alcool sau hidrocarbură combinat cu peroxid este capabil să ridice SI la intervalul de 250-300 s [aproximativ 2500 la 3000 m / s ].

Prețul este un factor important aici, deoarece nu are sens să utilizați peroxid decât dacă este mai ieftin decât construirea versiunilor reduse ale tehnologiei clasice de telecomandă. Reducerea costurilor este foarte probabilă, având în vedere că lucrul cu componente otrăvitoare crește costul dezvoltării, testării și lansării sistemului. De exemplu, există doar câteva bancuri de testare pentru testarea motoarelor rachete pe componente toxice, iar numărul acestora scade treptat. În schimb, proiectanții de microsateliți își pot dezvolta singuri propria tehnologie de peroxid. Argumentul privind siguranța combustibilului este deosebit de important atunci când se tratează opțiuni de sistem slab înțelese. Este mult mai ușor să realizați astfel de sisteme dacă este posibil să efectuați teste frecvente la preț redus. În acest caz, accidentele și scurgerile de componente ale combustibilului pentru rachete ar trebui considerate ca fiind de acord, la fel ca, de exemplu, o oprire de urgență a unui program de computer în timpul depanării acestuia. Prin urmare, atunci când se lucrează cu combustibili toxici, metodele de operare standard sunt cele care favorizează schimbările evolutive, incrementale. Este posibil ca utilizarea unor combustibili mai puțin toxici în microsateliți să beneficieze de modificări majore de proiectare.

Lucrarea descrisă mai jos face parte dintr-un program de cercetare mai amplu care vizează explorarea noilor tehnologii spațiale pentru aplicații la scară mică. Prototipurile completate de microsateliți sunt testate (1). Subiectele de interes conexe includ motoare rachete mici pompate pentru zboruri către Marte, Lună și înapoi la costuri financiare scăzute. Astfel de capabilități pot fi foarte utile pentru trimiterea unor vehicule mici de cercetare pe traiectorii de plecare. Scopul acestui articol este de a crea o tehnologie de control a propulsiei care utilizează peroxid de hidrogen și nu necesită materiale costisitoare sau metode de dezvoltare. Criteriul de eficiență în acest caz este o superioritate semnificativă față de capacitățile oferite de PS folosind azot comprimat. O analiză atentă a nevoilor microsateliților ajută la evitarea cerințelor de sistem inutile care îi măresc costurile.

Cerințe pentru tehnologia de propulsie

Dacă pentru sisteme electronice De obicei, caracteristicile sunt considerate a fi setate, dar pentru o telecomandă acest lucru nu este deloc cazul. Aceasta se referă la capacitatea de a stoca pe orbită, brusc pe și oprit, capacitatea de a rezista în mod arbitrar perioade lungi de inactivitate. Din punctul de vedere al inginerului motor, definiția sarcinii include un program care indică când și pentru cât timp trebuie să funcționeze fiecare motor. Aceste informații pot fi minime, dar, în orice caz, scad complexitatea și costurile tehnice. De exemplu, o telecomandă poate fi testată folosind echipamente relativ ieftine, dacă nu este important pentru zbor să păstreze timpul de funcționare al telecomenzii cu o precizie de milisecunde.

Alte condiții care măresc de obicei costul sistemului pot fi, de exemplu, necesitatea unei predicții exacte a impulsului și a impulsului specific. În mod tradițional, aceste informații permiteau aplicarea corecțiilor de viteză calculate cu un timp de propulsie predeterminat. Având în vedere senzorii de ultimă generație și capacitățile de calcul disponibile la bordul satelitului, este logic să se integreze accelerația până când se obține o anumită schimbare de viteză. Cerințele simplificate vă permit să reduceți costul dezvoltării individuale. Reglarea precisă a presiunilor și a debitelor și testele costisitoare într-o cameră de vid sunt evitate. Cu toate acestea, condițiile termice ale vidului trebuie totuși luate în considerare.

Cea mai simplă manevră de propulsie este să porniți motorul o singură dată, într-un stadiu incipient al operației prin satelit. În acest caz, condițiile inițiale și timpul de încălzire al sistemului de propulsie au cel mai mic efect. Scurgerile de combustibil detectate înainte și după manevră nu vor afecta rezultatul. Un astfel de scenariu simplu poate fi dificil din alt motiv, cum ar fi creșterea mare de viteză necesară. Dacă accelerația necesară este mare, atunci dimensiunea motorului și masa acestuia devin și mai importante.

Sarcinile cele mai dificile ale operației de control de la distanță sunt zeci de mii sau mai multe de impulsuri scurte separate de ore sau minute de inactivitate pe parcursul mai multor ani. Procese tranzitorii la începutul și sfârșitul unui impuls, pierderi de căldură în aparat, scurgeri de combustibil - toate acestea trebuie minimizate sau eliminate. Acest tip de împingere este tipic pentru sarcina de stabilizare pe 3 axe.

Pornirea periodică a telecomenzii poate fi considerată o sarcină de complexitate intermediară. Exemple sunt modificările orbitelor, compensarea pierderilor atmosferice sau modificările periodice ale orientării unui satelit stabilizat prin rotație. Acest mod de funcționare se găsește și în sateliții care au volante inerțiale sau care sunt stabilizați de câmpul gravitațional. Astfel de zboruri includ de obicei perioade scurte de activitate de propulsie ridicată. Acest lucru este important, deoarece componentele fierbinți ale combustibilului vor pierde mai puțină energie în astfel de perioade de activitate. În acest caz, puteți utiliza mai multe dispozitive simple decât pentru menținerea orientării pe termen lung, astfel încât astfel de zboruri sunt buni candidați pentru utilizarea sistemelor de propulsie lichidă ieftine.

Cerințe pentru motorul în curs de dezvoltare

Cerințele privind durata de viață limitează, de asemenea, greutățile și dimensiunile admisibile ale sistemului de propulsie. De exemplu, în cazul unui combustibil monopropelent, adăugarea unui catalizator poate crește durata de viață. Motorul de control al atitudinii poate funcționa în total câteva ore pe toată durata de viață. Cu toate acestea, rezervoarele unui satelit pot fi golite în câteva minute dacă este necesară o schimbare orbitală suficient de mare. Pentru a preveni scurgerile și a vă asigura că supapa este bine închisă, chiar și după mai multe porniri, mai multe supape sunt plasate la rând în linii. Pot fi inutile porți suplimentare pentru sateliții mici.

Orez. 1 arată că motoare lichide nu poate fi întotdeauna redus proporțional, pentru utilizarea cu sisteme de tracțiune mici. Motoare mari ridică de obicei de 10 până la 30 de ori greutatea lor, iar acest număr crește la 100 pentru motoarele cu rachetă pompate. Cu toate acestea, cele mai mici motoare lichide nici măcar nu își pot ridica greutatea.

Motoarele de satelit sunt greu de făcut mici.

Chiar dacă micul motor existent este suficient de ușor pentru a servi drept motor principal de manevră pentru un microsatelit, este aproape imposibil să alegeți un set de 6-12 motoare lichide pentru un vehicul de 10 kg. Prin urmare, microsateliții folosesc gaz comprimat pentru orientare. Așa cum se arată în fig. 1, există motoare pe gaz cu rapoarte de forță-masă similare cu cele ale motoarelor cu rachete mari. Motoare pe gaz sunt doar o electrovalvă cu duză.

Pe lângă rezolvarea problemei masei de propulsie, sistemele de gaz comprimat produc impulsuri mai scurte decât motoarele lichide. Această proprietate este importantă pentru orientarea continuă în timpul zborurilor lungi, așa cum se arată în anexă. Pe măsură ce navele spațiale scad în dimensiune, impulsurile din ce în ce mai scurte pot fi suficiente pentru a menține orientarea cu o precizie dată pentru o durată de viață dată.

În timp ce sistemele de gaz comprimat arată în general cele mai bune pentru aplicațiile de nave spațiale mici, rezervoarele de stocare a gazelor sunt mari și grele. Rezervoarele moderne compozite de stocare a azotului proiectate pentru sateliții mici cântăresc cam la fel ca azotul în sine. Pentru comparație, rezervoarele de combustibil lichid din navele spațiale pot stoca combustibilul până la 30 de mase de rezervoare. Având în vedere greutatea atât a rezervoarelor, cât și a motoarelor, ar fi foarte benefic să depozitați combustibilul sub formă lichidă și să-l convertiți în gaz pentru distribuția între diferitele motoare de control al atitudinii. Astfel de sisteme au fost dezvoltate pentru utilizarea hidrazinei în zboruri experimentale suborbitale scurte.

Peroxidul de hidrogen ca propulsor

Concentrare și purificare

Pentru utilizare în acest proiect, 35% peroxid este achiziționat în recipiente de polietilenă de 1 galon. În primul rând, este concentrat la 85%, apoi este purificat în instalația prezentată în Fig. 2. Această variație a metodei utilizate anterior simplifică instalarea și reduce necesitatea curățării părților din sticlă. Procesul este automatizat astfel încât să fie necesare doar umplerea și golirea zilnică a vaselor pentru a produce 2 litri de peroxid pe săptămână. Desigur, prețul pe litru se dovedește a fi ridicat, dar suma totală este încă justificată pentru proiectele mici.

Mai întâi, în pahare de doi litri pe sobele electrice dintr-o hotă de fum, se evaporă cel mai apă pentru o perioadă temporizată de 18 ore. Volumul de lichid din fiecare pahar este redus cu un factor de patru, la 250 ml, sau aproximativ 30% din masa inițială. În timpul evaporării, un sfert din moleculele originale de peroxid se pierd. Rata pierderii crește odată cu concentrarea, astfel încât pentru această metodă limita practică de concentrație este de 85%.

Unitatea din stânga este un evaporator rotativ cu vid disponibil în comerț. O soluție de 85%, conținând aproximativ 80 ppm de impurități, este încălzită în cantități de 750 ml într-o baie de apă la 50 ° C. Instalația menține un vid de cel mult 10 mm Hg. Art., Care asigură o distilare rapidă în decurs de 3-4 ore. Condensatul curge în rezervorul din partea stângă jos cu pierderi mai mici de 5%.

Baia pompei cu jet de apă este vizibilă în spatele evaporatorului. În ea sunt instalate două pompe electrice, dintre care una furnizează apă pompei cu jet de apă, iar a doua circulă apa prin congelator, răcitorul de apă al evaporatorului rotativ și baia în sine, menținând temperatura apei doar puțin peste zero, care îmbunătățește atât condensul vaporilor din frigider, cât și vidul din sistem. Vaporii de peroxid, care nu s-au condensat pe frigider, intră în baie și sunt diluați până la o concentrație sigură.

Peroxidul de hidrogen pur (100%) este semnificativ mai dens decât apa (de 1,45 ori la 20 ° C), deci un hidrometru de sticlă plutitoare (în intervalul 1.2-1.4) determină de obicei concentrația cu o precizie de 1%. Atât peroxidul achiziționat inițial, cât și soluția distilată au fost analizate pentru impurități, așa cum se arată în tabel. 1. Analiza a inclus spectroscopia de emisie a plasmei, cromatografia ionică și măsurarea carbonului organic total (TOC). Rețineți că fosfatul și staniul sunt stabilizatori, se adaugă sub formă de săruri de potasiu și sodiu.

Tabelul 1. Analiza soluției de peroxid de hidrogen

Măsuri de siguranță la manipularea peroxidului de hidrogen

Efectele asupra ochilor și plămânilor sunt mai periculoase. Din fericire, presiunea de vapori a peroxidului este destul de scăzută (2 mmHg la 20 ° C). Ventilația prin evacuare menține cu ușurință concentrația sub limita de respirație de 1 ppm stabilită de OSHA. Peroxidul poate fi turnat între recipientele deschise peste tăvi în caz de vărsare. În comparație, N2O4 și N2H4 trebuie păstrate în recipiente sigilate tot timpul, iar un aparat special de respirație este adesea folosit atunci când lucrați cu ele. Acest lucru se datorează presiunii lor de vapori semnificativ mai mari și concentrației în aer limita de 0,1 ppm pentru N2H4.

Spălarea peroxidului vărsat cu apă îl face inofensiv. În ceea ce privește cerințele de îmbrăcăminte de protecție, costumele incomode pot crește probabilitatea unei deversări. Când aveți de-a face cu cantități mici, poate fi mai important să respectați problemele de comoditate. De exemplu, lucrul cu mâinile umede se dovedește a fi o alternativă sensibilă la lucrul cu mănuși, care pot chiar să permită trecerea stropilor dacă se scurg.

Deși peroxidul lichid nu se descompune în masă atunci când este expus la o sursă de foc, vaporii de peroxid concentrat pot detona cu o expunere neglijabilă. Acest pericol potențial pune o limită asupra producției instalației descrise mai sus. Calculele și măsurătorile arată un grad foarte ridicat de siguranță numai pentru aceste volume mici de producție. În fig. 2 aer este aspirat în fantele orizontale de ventilație din spatele aparatului la 100 cfm (picioare cubi pe minut, aproximativ 0,3 metri cubi pe minut) de-a lungul unei bănci de laborator de 6 picioare (180 cm). Concentrația de vapori sub 10 ppm a fost măsurată direct deasupra paharelor de concentrație.

Eliminarea unor cantități mici de peroxid după diluarea cu apă nu duce la consecințe pentru mediu, deși acest lucru contravine celei mai stricte interpretări a regulilor de eliminare a deșeurilor periculoase. Peroxidul este un agent oxidant și, prin urmare, este potențial inflamabil. Acest lucru, cu toate acestea, necesită materiale combustibile, iar preocupările nu sunt justificate atunci când se manipulează cantități mici de materiale din cauza disipării căldurii. De exemplu, petele umede de pe țesături sau hârtie vrac vor opri o flacără bună, deoarece peroxidul are o căldură specifică ridicată. Recipientele de depozitare a peroxidului ar trebui să aibă orificii de ventilare sau supape de siguranță, deoarece descompunerea treptată a peroxidului în oxigen și apă crește presiunea.

Compatibilitatea materialelor și autodegradarea în timpul depozitării

Lucrările istorice includ experimente privind compatibilitatea cu probe de materiale efectuate în recipiente de sticlă cu peroxid concentrat. În conformitate cu tradiția, au fost fabricate vase mici sigilate din specimene pentru testare. Observațiile modificărilor presiunii și ale masei vasului arată rata descompunerii și scurgerii peroxidului. În plus, o posibilă creștere a volumului sau slăbirea materialului devine vizibilă pe măsură ce pereții vasului sunt supuși presiunii.

Fluoropolimerii precum politetrafluoretilena (PTFE), policlorotrifluoretilena (PCTFE) și fluorura de poliviniliden (PVDF) nu sunt degradate de peroxid. De asemenea, acestea încetinesc descompunerea peroxidului, astfel încât aceste materiale pot fi folosite pentru acoperirea rezervoarelor sau a containerelor intermediare, dacă au nevoie să depoziteze combustibil luni sau ani. În mod similar, sigiliile fluoroelastomerice (de la Viton standard) și grăsimile fluorurate sunt bune pentru contactul prelungit cu peroxidul. Plasticul din policarbonat este surprinzător de rezistent la peroxidul concentrat. Acest material fără spargere este utilizat oriunde este necesară transparența. Aceste cazuri includ crearea de prototipuri cu structuri interne complexe și tancuri în care este necesar să se vadă nivelul lichidului (vezi Fig. 4).

Descompunerea la contactul cu materialul Al-6061-T6 este doar de câteva ori mai rapidă decât cu cele mai compatibile aliaje de aluminiu. Acest aliaj este dur și ușor disponibil, în timp ce aliajele cele mai compatibile nu au rezistență. Suprafețele expuse din aluminiu pur (adică Al-6061-T6) persistă timp de multe luni când sunt în contact cu peroxidul. Acest lucru se întâmplă în ciuda faptului că apa, de exemplu, oxidează aluminiu.

Contrar liniilor directoare istorice, operațiunile complexe de curățare care utilizează agenți de curățare nesănătoși nu sunt necesare pentru majoritatea aplicațiilor. Majoritatea pieselor mașinii utilizate în această lucrare concentrată de peroxid au fost pur și simplu clătite cu apă și detergent la 110F. Rezultatele preliminare arată că această abordare este aproape aceeași rezultate frumoase precum și procedurile de curățare recomandate. În special, clătirea vasului PVDF timp de 24 de ore cu 35% acid azotic reduce rata de descompunere cu doar 20% pe o perioadă de 6 luni.

Este ușor de calculat că descompunerea unui procent din peroxidul conținut într-un vas închis cu 10% volum liber ridică presiunea la aproape 600 psi (psi, adică aproximativ 40 de atmosfere). Acest număr indică faptul că scăderea eficacității peroxidului cu scăderea concentrației este semnificativ mai puțin importantă decât considerațiile de siguranță în timpul depozitării.

Planificarea zborurilor spațiale utilizând peroxid concentrat necesită luarea în considerare deplină a necesității posibile de ameliorare a presiunii prin aerisirea rezervoarelor. Dacă sistemul de propulsie începe să funcționeze în câteva zile sau săptămâni de la momentul pornirii, volumul gol necesar al rezervoarelor poate crește imediat de mai multe ori. Pentru astfel de sateliți, este logic să faci tancuri din metal. Perioada de depozitare, desigur, include timpul alocat operațiunilor înainte de zbor.

Din păcate, reglementările oficiale privind combustibilii care au fost elaborate având în vedere componentele extrem de toxice interzic în general sistemele de ventilație automată a echipamentelor de zbor. Sunt utilizate în mod obișnuit sisteme costisitoare de monitorizare a presiunii. Ideea de a spori siguranța prin interzicerea supapelor de aerisire este contrară practicii pământești normale atunci când se lucrează cu sisteme de fluide sub presiune. Este posibil să fie necesară reconsiderarea acestei întrebări, în funcție de vehiculul de lansare utilizat la lansare.

Degradarea peroxidului poate fi menținută la sau sub 1% pe an, dacă este necesar. Pe lângă faptul că este compatibil cu materialele rezervoarelor, rata de descompunere depinde foarte mult de temperatură. Poate fi posibilă depozitarea peroxidului pe termen nelimitat în călătoriile spațiale, dacă acesta poate fi înghețat. Peroxidul nu se extinde atunci când este înghețat și nu reprezintă o amenințare pentru supape și conducte, așa cum se întâmplă cu apa.

Pe măsură ce peroxidul se degradează pe suprafețe, creșterea raportului volum-suprafață poate crește durata de valabilitate. Analiza comparativa cu probe de 5 metri cubi. cm și 300 cc. vezi confirmarea acestei concluzii. Un experiment cu 85% peroxid într-un rezervor de 300 cmc. vezi, realizat din PVDF, a arătat o rată de descompunere la 70F (21C) de 0,05% pe săptămână sau 2,5% pe an. Extrapolarea la rezervoare de 10 litri dă un rezultat de aproximativ 1% pe an la 20C.

În alte experimente comparative care utilizează acoperiri PVDF sau PVDF pe aluminiu, peroxidul care conține stabilizatori de 80 ppm s-a degradat doar cu 30% mai lent decât peroxidul purificat. De fapt, un lucru bun este că stabilizatorii nu măresc mult durata de valabilitate a peroxidului din rezervoare în timpul zborurilor lungi. După cum se arată în secțiunea următoare, acești aditivi interferează cu utilizarea peroxidului de hidrogen în motoare.

Dezvoltarea motorului

Catalizator pe bază de argint

Compoziția suprafeței și mecanismul de funcționare a catalizatorului sunt complet neclare, după cum rezultă din numeroasele afirmații inexplicabile și contradictorii din literatura de specialitate. Activitatea catalitică a suprafeței de argint pur poate fi îmbunătățită prin aplicarea azotatului de samariu urmat de calcinare. Această substanță se descompune în oxid de samariu, dar poate oxida și argintul. În plus, alte surse se referă la tratarea argintului pur cu acid azotic, care dizolvă argintul, dar este și un agent oxidant. O metodă și mai simplă se bazează pe faptul că un catalizator de argint pur își poate crește activitatea atunci când este utilizat. Această observație a fost testată și confirmată, ceea ce a condus la utilizarea unui catalizator fără azotat de samariu.

Oxidul de argint (Ag2O) are culoarea maroniu-negru, în timp ce peroxidul de argint (Ag2O2) are culoarea gri-negru. Aceste culori au apărut una după alta, indicând faptul că argintul se oxidează treptat din ce în ce mai mult. Cea mai închisă culoare a corespuns celor mai bune performanțe ale catalizatorului. În plus, suprafața părea a fi din ce în ce mai inegală în comparație cu argintul „proaspăt” atunci când a fost analizată la microscop.

S-a găsit o metodă simplă pentru a testa activitatea catalizatorului. Cercuri individuale de plasă argintie (diametru 9/16 "[aproximativ 14 mm]) au fost suprapuse pe picături de peroxid pe o suprafață de oțel. O plasă de argint proaspăt cumpărată a provocat un„ șuierat ”lent. Cel mai activ catalizator a provocat în mod repetat (de 10 ori) un curent de abur timp de 1 secundă.

Acest studiu nu demonstrează că argintul oxidat este un catalizator sau că întunecarea observată se datorează în principal oxidării. De asemenea, este demn de menționat faptul că se știe că ambii oxizi de argint se descompun la temperaturi relativ scăzute. Cu toate acestea, excesul de oxigen în timpul funcționării motorului poate schimba echilibrul reacției. Încercările de a clarifica experimental importanța oxidării și a rugozității suprafeței nu au dat un rezultat neechivoc. Încercările au inclus analiza suprafeței cu o spectroscopie fotoelectronică cu raze X (XPS), cunoscută și sub denumirea de analiză chimică prin spectroscopie electronică (ESCA). De asemenea, s-au încercat eliminarea probabilității de contaminare a suprafeței din tifoanele de argint proaspăt cumpărate, care ar afecta activitatea catalitică.

Testele independente au arătat că nici azotatul de samariu și nici produsul său solid de descompunere (care este probabil un oxid) nu catalizează descompunerea peroxidului. Acest lucru ar putea însemna că tratamentul cu azotat de samariu poate funcționa prin oxidarea argintului. Cu toate acestea, există și o versiune (fără justificare științifică) conform căreia tratamentul cu azotat de samariu previne aderența bulelor de produse de descompunere gazoase la suprafața catalizatorului. În lucrarea de față, dezvoltarea motoarelor ușoare a fost în cele din urmă considerată mai importantă decât rezolvarea puzzle-urilor catalizei.

Diagrama motorului

În schimb, s-au obținut rezultate bune în această lucrare folosind camere cu motor din bronz (aliaj de cupru C36000) pe un strung. Bronzul este ușor de prelucrat și, în plus, coeficientul său de expansiune termică este apropiat de cel al argintului. Cu o temperatură de descompunere de 85% peroxid, aproximativ 1200F [aproximativ 650C], bronzul are o rezistență excelentă. Această temperatură relativ scăzută permite, de asemenea, utilizarea unui injector de aluminiu.

Această alegere a materialelor ușor prelucrate și a concentrației de peroxid ușor de realizat în condiții de laborator pare a fi o combinație destul de reușită pentru efectuarea experimentelor. Rețineți că utilizarea peroxidului 100% ar topi atât catalizatorul, cât și pereții camerei. Alegerea dată reprezintă un compromis între preț și eficiență. Trebuie remarcat faptul că camerele de bronz sunt utilizate pe motoarele RD-107 și RD-108, care sunt utilizate pe un transportor de succes precum Soyuz.

În fig. 3 spectacole opțiune ușoară motor, care este înșurubat direct la baza supapei de lichid a micului aparat de manevră. Stânga - injector de aluminiu 4g cu etanșare fluoroelastomerică. Catalizatorul Silver de 25 de grame a fost împărțit astfel încât să poată fi afișat din unghiuri diferite. În dreapta este o placă de 2 grame care susține tifonul catalizator. Masă completă părțile prezentate în figură sunt de aproximativ 80 de grame. Unul dintre aceste motoare a fost utilizat pentru testele de control la sol ale vehiculului de cercetare de 25 kg. Sistemul a funcționat așa cum a fost proiectat, inclusiv utilizarea a 3,5 kilograme de peroxid fără pierderi aparente de calitate.

O electrovalvă cu acțiune directă de 150 de grame, disponibilă în comerț, cu o gaură de 1,2 mm și o bobină de 25 ohmi acționată de o sursă de 12 volți a arătat rezultate satisfăcătoare. Suprafețele supapelor în contact cu lichidul sunt compuse din oțel inoxidabil, aluminiu și Viton. Greutatea brută se compară favorabil cu peste 600 de grame pentru motorul de 3 lb [aproximativ 13H] folosit pentru a menține orientarea etapei Centaurus până în 1984.

Testarea motorului

Orez. 4 arată o configurare pregătită pentru un experiment. Experimentele directe în condiții de laborator sunt posibile datorită utilizării unui combustibil destul de inofensiv, valorilor de presiune scăzute, funcționării în condiții normale de cameră și presiunii atmosferice și utilizării instrumentelor simple. Pereții de protecție ai unității sunt confecționați din foi de policarbonat groase de aproximativ 12 mm montate pe un cadru din aluminiu cu o bună ventilație. Panourile au fost testate pentru o forță de rupere de 365.000 N * s / m ^ 2. De exemplu, un fragment de 100 de grame, care se deplasează cu o viteză supersonică de 365 m / s, se va opri dacă zona de impact este de 1 mp. cm.

În fotografie, camera motorului este orientată vertical, chiar sub coș. Senzorii de presiune de la intrarea în injector și presiunea din interiorul camerei sunt amplasați pe placa de cântărire, care măsoară forța. Indicatorii digitali de timp și temperatură de funcționare sunt localizați în afara pereților unității. Deschiderea supapei principale pornește o mică serie de indicatori. Înregistrarea datelor se realizează prin instalarea tuturor indicatorilor în câmpul vizual al camerei video. Măsurătorile finale au fost luate cu o cretă sensibilă la căldură, care a fost trasă pe lungimea camerei de cataliză. Schimbarea culorii a corespuns unor temperaturi de peste 800 F [aproximativ 430C].

Recipientul cu peroxid concentrat este situat în stânga balanței pe un suport separat, astfel încât schimbarea masei de combustibil să nu afecteze măsurarea presiunii. Folosind greutăți de referință, s-a verificat că tubulatura de alimentare cu peroxid a camerei este suficient de flexibilă pentru a obține o precizie de măsurare de 0,01 lbf [aproximativ 0,04 N]. Recipientul de peroxid a fost realizat dintr-o conductă mare de policarbonat și calibrat astfel încât modificarea nivelului lichidului să poată fi utilizată pentru a calcula ID-ul.

Parametrii motorului

Pornirea inițială pe termen scurt a fost efectuată pentru a evita o pornire „umedă”, în care a existat o evacuare vizibilă. De obicei, pornirea inițială a fost efectuată în decurs de 5 s la un debit<50%, но вполне хватало бы и 2 с. Затем шёл основной прогон в течение 5-10 с, достаточных для полного прогрева двигателя. Результаты показывали температуру газа в 1150F , что находится в пределах 50F от теоретического значения. 10-секундные прогоны при постоянных условиях использовались для вычисления УИ. Удельный импульс оказывался равным 100 с , что, вероятно, может быть улучшено при использовании более оптимальной формы сопла, и, особенно, при работе в вакууме.

Lungimea catalizatorului de argint a fost redusă cu succes de la un conservator 2,5 "[aproximativ 64 mm] la 1,7" [aproximativ 43 mm]. Structura finală a motorului avea 9 găuri de 1 1/64 inch [aproximativ 0,4 mm] pe suprafața plană a injectorului. Gâtul de 1/8-inch a produs o împingere de 3,3 lbf la presiunea camerei de 220 psig și diferența de presiune de 255 psig între supapă și gât.

Combustibilul distilat (Tabelul 1) a dat rezultate consistente și citiri de presiune consistente. După ce ați rulat 3 kg de combustibil și 10 porniri, punctul 800F a fost pe cameră la 1/4 inch de la suprafața injectorului. În același timp, pentru comparație, durata de funcționare a motorului la impurități de 80 ppm a fost inacceptabilă. Fluctuațiile de presiune din cameră la o frecvență de 2 Hz au atins 10% după ce au fost consumate doar 0,5 kg de combustibil. Punctul de temperatură 800F este la peste 1 inch de la injector.

Câteva minute în acid azotic 10% au redus catalizatorul la o stare bună. În ciuda faptului că o parte din argint s-a dizolvat împreună cu contaminanții, activitatea catalizatorului a fost mai bună decât după tratamentul cu acid azotic a unui nou catalizator care nu fusese încă utilizat.

Trebuie remarcat faptul că, deși timpul de încălzire al motorului este măsurat în secunde, sunt posibile impulsuri semnificativ mai scurte dacă motorul este deja încălzit. Răspunsul dinamic al subsistemului de împingere a lichidului cu o masă de 5 kg pe secțiunea liniară a arătat un timp de impuls mai mic de 100 ms, cu un impuls transmis de aproximativ 1 N * s. Mai exact, decalajul a fost de aproximativ +/- 6 mm la 3 Hz, sistemul fiind limitat de viteza de control.

Opțiuni de construcție DU

Scheme tradiționale

Opțiunea B este cel mai simplu design de fluid și a fost zburată în mod repetat cu hidrazină ca combustibil. Gazul care menține presiunea în rezervor ocupă de obicei un sfert din rezervor la start. Gazul se extinde treptat în timpul zborului, astfel încât se spune că presiunea este „suflată”. Cu toate acestea, căderea de presiune reduce atât împingerea, cât și PI. Presiunea maximă a fluidului din rezervor apare în timpul pornirii, ceea ce adaugă greutate rezervoarelor din motive de siguranță. Un exemplu recent este Lunar Prospector, care avea aproximativ 130 kg de hidrazină și 25 kg de masă de propulsie.

Opțiunea C este utilizată pe scară largă cu combustibilii convenționali mono și bicomponenți otrăvitori. Pentru cei mai mici sateliți, trebuie adăugat un sistem de propulsie cu gaz comprimat pentru a menține orientarea, așa cum este descris mai sus. De exemplu, adăugarea unui sistem de propulsie cu gaz comprimat la Opțiunea C are ca rezultat Opțiunea D. Acest tip de sistem de propulsie, alimentat cu azot și peroxid concentrat, a fost construit la Laboratorul Lawrence (LLNL) pentru a testa în siguranță sistemele de orientare ale microsateliților prototip. alimentate cu combustibili netoxici ...

Menținerea orientării cu gaze fierbinți

Pentru a reduce în continuare greutatea echipamentului și pentru a simplifica sistemul de stocare, este de dorit să se evite rezervoarele de stocare a gazelor cu totul. Opțiunea F este potențial interesantă pentru sistemele de peroxid miniatural. Dacă este necesară stocarea pe termen lung a combustibilului pe orbită înainte de a începe lucrul, sistemul poate porni fără presiune inițială. În funcție de spațiul liber din rezervoare, dimensiunea rezervoarelor și materialul acestora, sistemul poate fi proiectat pentru a fi presurizat într-un moment predeterminat în zbor.

Opțiunea D are două surse independente de combustibil pentru manevrarea și menținerea orientării, ceea ce face necesar să se ia în considerare consumul în avans pentru fiecare dintre aceste funcții. Sistemele E și F, care produc gaz fierbinte pentru controlul atitudinii din combustibilul utilizat pentru manevră, au o flexibilitate mare. De exemplu, combustibilul neutilizat în timpul manevrelor poate fi utilizat pentru a prelungi durata de viață a unui satelit care trebuie să își mențină orientarea.

Idei de autoîncărcare

Opțiunile G și H pot fi denumite sisteme lichide „cu gaz fierbinte presurizat” sau „suflare și presare”, precum și sisteme „gaz din lichid” sau „auto-presurizate”. Presurizarea controlată a rezervorului de combustibil uzat necesită capacitatea de a crește presiunea.

Opțiunea G folosește un rezervor cu membrană deviată prin presiune, astfel încât presiunea lichidului este mai mare decât presiunea gazului mai întâi. Acest lucru poate fi realizat cu o supapă diferențială sau o membrană elastică care separă gazul și lichidul. Accelerația poate fi, de asemenea, utilizată, adică gravitația în aplicații terestre sau forța centrifugă într-o navă spațială rotativă. Opțiunea H funcționează cu orice rezervor. O pompă specială de întreținere a presiunii circulă prin generatorul de gaz și înapoi la volumul liber din rezervor.

În ambele cazuri, regulatorul de lichid previne feedback-ul și presiunile arbitrare ridicate. Pentru funcționarea normală a sistemului, este necesară o supapă suplimentară, conectată în serie cu regulatorul. În viitor, poate fi folosit pentru a controla presiunea din sistem până la presiunea stabilită de regulator. De exemplu, manevrele de schimbare a orbitei vor fi efectuate la presiune maximă. Presiunea redusă va permite o orientare mai precisă pe 3 axe, conservând în același timp combustibilul pentru a prelungi durata de viață a ambarcațiunii (a se vedea apendicele).

Pompele cu suprafață diferențială au fost experimentate de-a lungul anilor atât în ​​pompe, cât și în rezervoare și există multe documente care descriu astfel de modele. În 1932, Robert H. Goddard și colab. Au construit o pompă acționată de mașini pentru controlul azotului lichid și gazos. Au fost făcute mai multe încercări între 1950 și 1970, în care opțiunile G și H au fost luate în considerare pentru zborul atmosferic. Aceste încercări de reducere a volumului au fost efectuate pentru a reduce rezistența. Aceste lucrări au fost ulterior încheiate cu dezvoltarea pe scară largă a rachetelor cu combustibil solid. Mai recent, s-a lucrat la sistemele auto-presurizate care utilizează hidrazină și supape diferențiale, cu unele inovații pentru aplicații specifice.

Sistemele de stocare a combustibilului lichid autoaspirate nu au fost luate în considerare în mod serios pentru zborurile pe termen lung. Există mai multe motive tehnice pentru care, pentru a dezvolta un sistem de succes, este necesar să se asigure proprietăți de împingere bine previzibile pe toată durata de viață a sistemului de propulsie. De exemplu, un catalizator suspendat într-un gaz boost poate descompune combustibilul din interiorul rezervorului. Separarea tancurilor va fi necesară, ca în opțiunea G, pentru a atinge operabilitatea în zborurile care necesită o perioadă lungă de repaus după manevrele inițiale.

Ciclul de funcționare a tracțiunii este, de asemenea, important pentru considerații termice. În fig. 5G și 5H, căldura eliberată în timpul reacției în generatorul de gaz se pierde în părțile înconjurătoare în timpul unui zbor lung cu activarea ocazională a sistemului de propulsie. Acest lucru este în concordanță cu utilizarea etanșărilor moi pentru sistemele cu gaz cald. Etanșările metalice la temperatură ridicată au foarte multe scurgeri, dar vor fi necesare numai dacă ciclul de funcționare al telecomenzii este strâns. Întrebările legate de grosimea izolației termice și capacitatea termică a componentelor ar trebui luate în considerare cu o bună înțelegere a naturii preconizate a sistemului de propulsie în timpul zborului.

Motoare alimentate cu pompă

Deși orez. 5J este simplificat oarecum, este inclus aici pentru a arăta că aceasta este o opțiune foarte diferită de opțiunea H. În acest din urmă caz, pompa este utilizată ca mecanism auxiliar și cerințele pompei diferă de pompa motorului.

Lucrările continuă, inclusiv testarea motoarelor rachete care funcționează pe peroxid concentrat și care utilizează unități de pompare. Este posibil ca testele motorului ușor repetabile, cu costuri reduse, care utilizează combustibili netoxici, să conducă la proiecte chiar mai simple și mai fiabile decât s-a realizat anterior folosind proiecte de hidrazină pompată.

Un prototip al unui sistem de rezervoare auto-presurizate

Orez. 6 ilustrează un echipament de testare ieftin care folosește o pompă diferențială a valvei realizată dintr-o bucată de țeavă de aluminiu cu diametrul de 3 "[aproximativ 75 mm] cu grosimea peretelui de 0,065" [aproximativ 1,7 mm], prinsă la capetele dintre inelele O. Nu există sudură aici, ceea ce face mai ușoară verificarea sistemului după testare, schimbarea configurației sistemului și, de asemenea, reducerea costurilor.

Acest sistem de peroxid concentrat auto-presurizat a fost testat folosind electrovalve disponibile în comerț și scule ieftine, la fel ca în proiectarea motorului. O diagramă aproximativă a sistemului este prezentată în Fig. 7. Pe lângă termocuplul scufundat în gaz, temperatura a fost măsurată și pe rezervor și pe generatorul de gaz.

Rezervorul este proiectat astfel încât presiunea lichidului din acesta să fie puțin mai mare decât presiunea gazului (???). Au fost efectuate numeroase lansări folosind o presiune inițială a aerului de 30 psig [aproximativ 200 kPa]. Când supapa de control se deschide, fluxul prin generatorul de gaz furnizează abur și oxigen către canalul de menținere a presiunii din rezervor. Prima ordine de feedback pozitiv din sistem are ca rezultat o creștere exponențială a presiunii până când regulatorul fluidului se închide când atinge 300 psi [aproximativ 2 MPa].

Sensibilitatea la presiunea de admisie este inacceptabilă pentru regulatoarele de presiune a gazului utilizate în prezent pe sateliți (Fig. 5A și C). Într-un sistem de fluid auto-presurizat, presiunea de intrare a regulatorului rămâne într-un interval îngust. Acest lucru evită multe dintre complexitățile inerente modelelor convenționale de regulatoare utilizate în industria aerospațială. Regulatorul de 60 de grame are doar 4 părți mobile, fără a lua în considerare arcurile, garniturile și șuruburile. Regulatorul are o etanșare flexibilă pentru închiderea suprapresiunii. Acest design aximetric simplu este suficient deoarece presiunea nu trebuie menținută în anumite limite la intrarea în regulator.

Gazificatorul este, de asemenea, simplificat datorită cerințelor reduse pentru sistemul general. Cu o diferență de presiune de 10 psi, debitul de combustibil este suficient de mic pentru a permite cele mai simple configurații ale injectorului. În plus, absența unei supape de siguranță la intrarea generatorului de gaz are ca rezultat doar vibrații mici de ordinul 1 Hz în reacția de descompunere. În consecință, un flux redus relativ mic în timpul pornirii sistemului încălzește regulatorul la cel mult 100F.

Testele inițiale nu au folosit un regulator; În același timp, s-a arătat că presiunea din sistem poate fi menținută la orice presiune în intervalul de la fricțiunea admisibilă a etanșării la limitatorul de presiune de siguranță din sistem. Această flexibilitate a sistemului poate fi utilizată pentru a reduce forța necesară a sistemului de control al atitudinii pentru cea mai mare parte a vieții satelitului, din motivele enunțate mai sus.

O observație care pare evidentă mai târziu a fost că rezervorul se încălzește mai mult dacă sistemul prezintă fluctuații de presiune de joasă frecvență atunci când funcționează fără un regulator. O supapă de siguranță la intrarea în rezervor, unde este alimentat gazul comprimat, ar putea elimina fluxul de căldură suplimentar care apare din cauza fluctuațiilor de presiune. Această supapă ar împiedica, de asemenea, rezervorul să acumuleze presiune, dar acest lucru nu este neapărat important.

Deși piesele din aluminiu se topesc la o temperatură de descompunere de 85% peroxid, temperatura scade ușor din cauza pierderii de căldură și a fluxului intermitent de gaz. Rezervorul prezentat în fotografie a avut o temperatură semnificativ sub 200F în timpul testelor de menținere a presiunii. În același timp, temperatura gazului de ieșire a depășit 400F în timpul comutărilor destul de viguroase ale supapelor cu gaz cald.

Temperatura gazului de ieșire este importantă deoarece indică faptul că apa rămâne într-o stare de abur supraîncălzit în sistem. Gama 400F - 600F arată ideal, deoarece este suficient de rece pentru echipamente ușoare ieftine (aluminiu și garnituri moi) și suficient de caldă pentru a capta o parte semnificativă din energia combustibilului utilizată pentru a menține orientarea cu jeturile de gaz. În perioadele de funcționare cu presiune redusă, un avantaj suplimentar este că temperatura este menținută la un nivel minim. necesară pentru a evita condensarea umezelii este, de asemenea, redusă.

Pentru a funcționa cât mai mult timp posibil în intervalul de temperatură admisibil, parametrii precum grosimea izolației termice și capacitatea totală de căldură a structurii trebuie să fie reglați la profilul de împingere specific. După cum era de așteptat, apă condensată a fost găsită în rezervor după testare, dar această masă neutilizată reprezintă o mică fracțiune din masa totală a combustibilului. Chiar dacă toată apa din fluxul de gaz utilizat pentru orientarea vehiculului se condensează, 40% din masa de combustibil va fi în continuare gazoasă (pentru 85% peroxid). Chiar și această opțiune se dovedește a fi mai bună decât utilizarea azotului comprimat, deoarece apa este mai ușoară decât scumpul rezervor modern de azot.

Echipamentul de testare prezentat în fig. 6 este evident departe de a fi numit un sistem complet de propulsie. Motoarele lichide de aproximativ același tip descrise în acest articol pot fi, de exemplu, conectate la ieșirea rezervorului, așa cum se arată în fig. 5G.

Planuri de stimulare a pompelor

Este planificată utilizarea unei perechi de camere de pompare care funcționează alternativ în loc de camera minimă necesară. Acest lucru va asigura funcționarea continuă a subsistemului de orientare pe gaz cald la presiune constantă. Provocarea constă în a putea să se potrivească cu rezervorul pentru a reduce greutatea sistemului. Pompa va funcționa pe o parte din gazul de la generatorul de gaz.

Discuţie

Acest articol a explorat posibilitățile de utilizare a peroxidului de hidrogen folosind materiale și tehnici ieftine care pot fi aplicate la scară mică. Rezultatele obținute pot fi aplicate și motorinei pe bază de hidrazină cu un singur component, precum și în cazurile în care peroxidul poate servi ca agent oxidant în combinații non-toxice cu două componente. Această din urmă opțiune include combustibili alcoolici auto-aprinși descriși la (6), precum și hidrocarburi lichide și solide, care se aprind în contact cu oxigenul fierbinte rezultat din descompunerea peroxidului concentrat.

Tehnologia relativ simplă a peroxidului descrisă în acest articol poate fi utilizată direct în nave spațiale experimentale și în alți sateliți mici. Cu doar o generație în urmă, orbitele pământului joase și chiar spațiul adânc au fost explorate cu tehnologii practic noi și experimentale. De exemplu, sistemul de aterizare al Lunar Surveyor a inclus numeroase pachete moi care pot fi considerate inacceptabile astăzi, dar care erau destul de adecvate pentru sarcini. În prezent, multe instrumente științifice și electronice sunt foarte miniaturizate, dar tehnologia de control de la distanță nu satisface nevoile sateliților mici sau a sondelor mici de aterizare lunară.

Ideea este că echipamentele personalizate pot fi proiectate pentru aplicații specifice. Aceasta, desigur, contrazice ideea de „moștenire” a tehnologiilor, care prevalează de obicei la alegerea subsistemelor de satelit. Baza acestei opinii este presupunerea că detaliile proceselor nu sunt bine înțelese pentru a dezvolta și lansa sisteme complet noi. Acest articol a fost determinat de opinia că posibilitatea unor experimente frecvente cu costuri reduse va oferi cunoștințele necesare proiectanților sateliților mici. Împreună cu înțelegerea atât a nevoilor sateliților, cât și a capacităților tehnologiei vine și reducerea potențială a cerințelor de sistem inutile.

Mulțumiri

Cercetarea a făcut parte din programul Clementine II și programul Lawrence Laboratory Microsatellite Technology, cu sprijinul Laboratorului de Cercetare al Forțelor Aeriene din Statele Unite. Această lucrare a utilizat finanțarea guvernului SUA și a fost efectuată la Laboratorul Național Lawrence din Livermore, Universitatea din California, în baza contractului W-7405-Eng-48 cu Departamentul de Energie al SUA.