Как запустить жидкостный ракетный двигатель в невесомости?

4896
Кадр из фильма: “For All Mankind” (S01E09)

На первый взгляд глупый вопрос – просто включить! Но, на деле оказывается, что невесомость доставляет неприятности не только космонавтам, долго остающимся в полёте, но и инженерам.  Я думаю, все видели видео о том, как ведут себя жидкости в невесомости. Но, на борту космического корабля есть не только вода, которая красиво может летать в шариках.  В баках огромный объём топлива, который, при выключении двигателя, взлетает, пузырится, а главное – отходит от дна бака, где располагается заборное отверстие, через которое топливо должно утекать из бака.  Поэтому запуск двигателя в невесомости осложнён не только тем, что для зажигания основных двигателей большинства ракет нужно подать сперва самовоспламеняющуюся смесь, и только  потом подать основное топливо, но и тем, что перед началом запуска необходимо как-то заставить летающие в баке шары из топлива снова собраться у дна бака, при чём так, чтобы в заборное отверстие не попали пузыри.

Кто смотрел запуски SpaceX, то мог заметить, что перед запуском двигателя второй ступени (первым или повторным) плёночная оболочка вокруг двигателя шевелится. Скорее всего, это выхлоп маленьких двигателей, который дают небольшое ускорение ракете на протяжении нескольких секунд перед началом запуска основного двигателя.

В американской ракете Сатурн-5 использовались твердотопливные двигатели для придания ускорения третей ступени перед первым запуском основного двигателя.  Для повторных запусков основного двигателя в процессе миссии были использованы РСУ (реактивная система управления) – это маленькие двигатели, которые используются для ориентации корабля и манёвров при стыковке. Они работают на самовоспламеняющемся топливе, которое находится под давлением в баллонах, поэтому невесомость на них никак не влияет (а эти баллоны имеют форму шаров или закруглённых цилиндров). 

Saturn 5 Launch HD
Блок РСУ
РСУ на борту “Апполона”

Это называется «Осадка топлива в баках»

В известной игре-симуляторе Kerbal Space Program этот реализм добавляет мод «Realism Overhaul», также как и ограниченное количество запусков двигателей и невозможность их запускать мгновенно.

На видео видно внутренности кислородного бака второй ступени во время одной из миссий SpaceX.

6 коментарів

Розгорнути всі

Будь ласка, у свій профіль, щоб коментувати пости, робити закладки та оцінювати інших користувачів. Це займає всього два кліки.

Січ 13, 2020 15:39

хіба не можна якимось чином утримати бодай трохи рідини внизу бака? Щоб вистачило на початковий імпульс осадження палива?

Січ 13, 2020 16:12

Может и можно, например делать бак больше диаметром снизу, и вращать ракету… Ещё я думаю (но нигде не нашёл подтверждение) что SpaceX при запуске второй ступени не используют РСУ, а вместо этого они подают в камеру сгорания основного двигателя самовоспламеняющуюся смесь под давлением. Это даёт импульс и осаждает топливо в основном баке. И через пару секунд открываются основные клапана

Січ 14, 2020 07:36

достатньо внизу бака поствити еластичну “натяжну стелю” зі зворотнім клапаном, аналогм електронного діоду

Січ 13, 2020 17:39

Я как-то задумывался об этой проблеме… И первое, что пришло в голову – это разместить что-то наподобие надувного шарика в верхней части бака, который при расходовании топлива расширялся бы и тем самым вытеснял вещество к выпускному клапану. Ну или поршень какой (только это массы добавит)

Січ 13, 2020 21:07

Там температура ниже -182,96 °C
Самый простой способ – это выпустить через сопло двигателя немного любой доступной на борту жидкости(топливо, LOX, азот, гелий) из-за разницы давления она испарится и создаст небольшую. Этого вполне достаточно для осаждения топлива в баках.

Січ 14, 2020 23:18

Какая проблема? Если не криогенные компоненты, перекись 98% и изопропанол, перекись хорошее монотопливо для РСУ. Для небольших сверх/легких РН – оптимум, можно оба компонента хранить прямо в баках, перекись без герметизации. Надув сжатым азотом. Криогенные компоненты ЖК+СПГ, при автогенном надуве, газообразные компоненты, пьезоподжиг для РСУ. Автогенный надув заявлен на СуперХеви+Старшип.