Набрать нужную скорость, снова притормозить у светофора – для автомобиля это не проблема. Но не для ракеты-носителя. Большинство ракетных двигателей вообще рассчитаны на непрерывную работу, пока не закончится топливо. В итоге вернуть космическую ракету для повторного использования просто невозможно – а ведь этот вопрос критически важен для будущих миссий к ближайшим планетам и на Луну.

Eagle – лунный модуль миссии Apollo 11


Старый добрый RL10 от Pratt & Whitney обслуживал десятки космических аппаратов


Двигатель СЕСЕ на испытаниях

Возможность постепенного сброса тяги – вот что является критическим качеством для ракет, предназначенных для посадки на планетарную поверхность. Во время спуска с орбиты двигатели должны понемногу тормозить корабль с тем расчетом, чтобы его скорость относительно планеты стала близка к нулю в момент касания поверхности, причем это касание должно произойти не где-нибудь, а в строго определенном месте. Посадку на ракете можно сравнить с ходьбой по натянутой проволоке, предполагающей постоянный контроль баланса: разгонишься слишком сильно – разобьешься о поверхность, перегнешь палку с торможением – останешься без топлива и начнешь камнем падать вниз. При несоблюдении режима торможения пилот рискует вылететь за пределы намеченного района и угодить в скальное месиво вместо ровной и твердой площадки.

Во время посадки на Луну спускаемый модуль должен плавно сбросить скорость с приблизительно 6 тыс. км/ч в течение одного часа. Двигатели, которыми были оснащены лунные модули миссий Apollo , успешно выполнили эту задачу целых шесть раз. Работая непрерывно, они могли по команде пилота изменять тягу в пределах от 4500 до 500 кг. Конструкция их была проста: работали они на токсичном топливе с окислителем, которые хранились в баках под давлением, что устраняло необходимость в насосах.

Новый проект по освоению Луны, принятый NASA к исполнению, предполагает доставку на спутник куда более тяжелых грузов, чем способны корабли Apollo. Спускаемому лунному модулю понадобятся новый, гораздо более совершенный двигатель. «Двигатель “Аполлона” хорош и надежен, однако он недостаточно мощный, чтобы отвечать нуждам крупномасштабного освоения Луны,» — комментирует инженер NASA Тони Ким (Tony Kim). Именно поэтому специалисты Центра космических полетов имени Маршалла совместно с компанией Pratt & Whitney Rocketdyne работают над созданием нового посадочного двигателя CECE (Common Extensible Cryogenic Engine – «простой расширяемый криогенный двигатель»).

В основе CECE лежит модифицированная версия двигателя RL10 , который был разработан еще в конце 1960-х. Именно RL10 доставил на Луну шесть автоматический станций серии Surveyor в 1966-68 гг., а затем еще множество других аппаратов – к прочим интересным целям. Двигатели этого типа имеют за плечами 718 успешных запусков в открытом космосе и более 2,2 млн. секунд (т.е. почти 26 суток) наработки. Новый двигатель и сложнее, и мощнее тех двигателей, которые использовались на «Аполлонах». Топливом ему служат кислород и водород, которые хранятся в баках в жидком виде, охлажденными до очень низких температур. Подобное топливо не только обеспечивает двигатель большей тягой, но также оказывается куда более экологически безопасным, нежели токсичное топливо Apollo.
Согласно поставленной задаче, CECE должен продемонстрировать способность к плавному изменению тяги в пределах от 6250 до 625 кг, то есть до 10% от максимума. Достичь этого оказывается не так то просто, ведь RL10, также как и абсолютное большинство других ракетных двигателей, был спроектирован с расчетом только на полную тягу. А двигатель как живой организм: незначительные изменения в отдельных параметрах работы сказываются сразу на множестве систем. К примеру, одним из последствий уменьшения мощности является замедление циркуляции жидкого водорода в охлаждающих контурах – водород может нагреться и испариться, что приведет к скорой остановке двигателя.

В ходе прошедших недавно тестов инженерам удалось-таки заставить двигатель работать в режиме изменяемой тяги, хотя полной уверенности в его надежности пока нет. Изменять тягу нужно очень осторожно – отмечают инженеры, – иначе двигатель может быстро выйти из строя. Одной из существенных проблем, с которой столкнулись разработчики, является периодическое сваливание в импульсный режим работы. В некоторых режимах двигатель начинает «пыхтеть», или, если угодно, вибрировать с частотой около 100 Гц. Как выяснилось, неустойчивая работа двигателя обусловлена тормозящими завихрениями в потоке кислорода, возникающими над поверхностью форсунок в режиме малой тяги. Инженеры намерены справиться с этой проблемой, изменив форму форсунок таким образом, чтобы они обеспечивали ровный поток газа в любом режиме работы.

«Быть может, CECE так и не полетит в космос, однако работа над ним окажет серьезное влияние на конструкцию нового лунного модуля», – резюмирует Тони Ким.

Создатели двигателей движутся и в «обратном» направлении – разрабатывают устройства для микророботов – читайте об этом: « Оседлать бактерию ». А пара двигателей со старого истребителя МиГ-21 помогла создать огнетушитель невероятной мощности – « Огнетушащее чудище ».

По сообщению NASA