Ракетні двигуни, їх різноманітність, можливості та перспективи

Людство завжди прагнуло зірок, але тільки у XX столітті, з розвитком науки і технологій, змогло досягти безповітряного простору. Подолати земне тяжіння складно, і для досягнення мети необхідно було винайти щось особливе. Як такий засіб пересування виступили ракетні двигуни. І якщо розглядати те, що є зараз, і що може з'явитися найближчим часом, які перспективи на далекий космос має людство?

Що таке ракетний двигун і які його види існують?

Під ракетним двигуном розуміють механізм, у якому робоче тіло та джерело енергії для роботи розташовані в самому засобі пересування. Він є єдиним засобом виведення корисних вантажів на орбіту Землі, а також може працювати у безповітряному космічному просторі. Основна ставка зроблена на перетворення потенційної енергії палива в кінетичну, яка використовується у вигляді реактивного струменя. З виду джерела енергії розрізняють хімічні, ядерні та електричні ракетні двигуни.

Як характеристика ефективності використовується поняття питомого імпульсу (або тяги): відношення кількості руху до витрати маси робочого тіла. Розраховується у м/с. Але навіть якщо ракетні двигуни мають значний імпульс, це не означає, що вони використовуються. Чому так відбувається, ви дізнаєтеся, прочитавши про ядерний та електричний механізми.

Хімічний ракетний двигун

В їх основі знаходиться хімічна реакція, в яку вступають пальне та окислювач. Під час реакції продукти згоряння нагріваються до значних температур, при цьому вони розширюються і розганяються в соплах, щоб залишити двигун. Тепло, яке виділяється таким двигуном, використовується на розширення робочого тіла, що маєгазоподібний вигляд. Існує два типи механізмів такого типу.

Твердопаливні двигуни мають просту конструкцію, вони дешеві у виготовленні та не вимагають значних витрат на зберігання та підготовку до експлуатації. Це зумовлює їхню надійність і бажаність у використанні. Але одночасно такий тип має суттєвий недолік – дуже висока витрата палива. Також воно складається тут із суміші пального та окислювача. Більш ефективним, але водночас і складним є рідинний ракетний двигун. У ньому пальне та окислювач перебувають у різних резервуарах і дозовано подаються у сопло. Важливою перевагою є те, що можна регулювати рівень подачі та, відповідно, швидкість космічного корабля. Незважаючи на те, що такі ракетні двигуни мають невисокий питомий імпульс, вони розвивають сильну тягу. Така їхня властивість призвела до того, що зараз на практиці використовуються виключно вони.

Ядерний ракетний двигун

Це один із ймовірних аналогів для сучасних систем руху. У ядерному ракетному двигуні робоче тіло нагрівається завдяки енергії, що виділяється за радіоактивного розпаду або термоядерного синтезу. Такі механізми дозволяють досягати значного питомого імпульсу. А їх загальна тяга можна порівняти з цим показником у хімічних двигунів. Але скільки типів механізмів з урахуванням ядерної енергії розрізняють? Усього 3:

Використання ядерних ракетних двигунів в атмосфері Землі є досить проблематичним через радіаційне забруднення. Можливим розв'язанням цієї проблеми стане газофазний тип.

Електричний ракетний двигун

Цей тип має найбільший потенціал розвитку та використання у майбутньому. Електричні ракетні двигуни дають великі надії. Так, їхній питомий імпульсможе досягати значень 210 км/с. Розрізняють 3 типи двигунів:

електротермічні.
Електростатичні (іонний ракетний двигун, наприклад).
Електромагнітні.

Особливістю (про яку можна сказати, що вона є і перевагою, і недоліком) є те, що при збільшенні питомого імпульсу необхідно менше, ніж пального, але більше енергії. З цієї точки зору, непогані шанси має іонний ракетний двигун, який працює на газі. На даний момент він застосовується на практиці для коригування траєкторії орбітальних станцій та супутників. Обмеженість джерел електроенергії в космічному просторі, а також проблеми з працездатністю на висоті понад 100 кілометрів поки що заважають їхній широкій експлуатації. Великий потенціал використання мають плазмові ракетні двигуни, в яких робоче тіло має стан плазми, але що знаходяться тільки в стадії експерименту.