Как работает EZ-Rocket

Полет в космос стоит дорого — на самом деле около 10 000 долларов за фунт. Так что до недавнего времени полеты в космос могли позволить себе только правительства. Но в 2004 году коммерческий космический корабль SpaceShipOne совершил два суборбитальных полета в космос, выиграв приз Ansari X Prize в размере 10 миллионов долларов . SpaceShipOne упал с самолета на высоте от 46 000 до 48 000 футов, зажег свой ракетный двигатель, поднялся на высоту 150 000 футов, снова вошел в атмосферу Земли и совершил посадку. Но может ли коммерческий космический корабль самостоятельно взлететь с земли, отправиться в открытый космос и снова приземлиться на взлетно-посадочной полосе? Это цель XCOR Aerospace, и она начинается с EZ-Rocket.

В этой статье мы узнаем о технологии, лежащей в основе EZ-Rocket, и посмотрим, как XCOR планирует расширять эту технологию в будущем.

Основы EZ-Ракета

EZ-Rocket — это первый ракетный самолет, построенный и запущенный в частном порядке, который служит испытательным стендом для новых технологий. XCOR Aerospace разработала EZ-Rocket, которую они модифицировали на основе самолета Long-EZ Берта Рутана . Long-EZ — это самодельный авиационный комплект, производимый Rutan's Aircraft Factory. Это самолет- утка с неподвижным крылом , что означает, что его хвостовое оперение находится впереди крыльев, а не позади них. Это дает самолету хорошие характеристики планирования, что делает его идеальным для ракетоплана.

Модификации EZ-Rocket включали следующее:

Рутан добавил внешний топливный бак, потому что оригинальные баки Long-EZ не были предназначены для хранения алкоголя или выдерживали высокое давление. Он добавил кислородные баллоны, потому что ракетные двигатели должны иметь собственный запас кислорода (двигатели самолетов получают кислород из атмосферы).

Каждый ракетный двигатель на EZ-Rocket производит 400 фунтов тяги или силы (каждый главный двигатель космического шаттла , или SSME, производит около 375 000 фунтов тяги). Ракетным двигателям не нужно создавать такое огромное количество энергии, как у шаттла , потому что им не нужно поднимать такую ​​массу, как у шаттла. Как и двигатели космического челнока, двигатели EZ-Rocket имеют регенеративное охлаждение . Это означает, что холодное жидкое топливо прокачивается вокруг камер сгорания, чтобы отвести избыточное тепло и предотвратить их плавление. EZ-Rocket несет достаточно топлива всего на 3,5 минуты горения ракеты.

Далее мы рассмотрим, как именно работает EZ-Rocket.

Топливо и окислитель

Выбор жидкого кислорода и спирта (или жидкого кислорода/спирта) в качестве окислителя и топлива для EZ-Rocket имеет несколько преимуществ. Он имеет удельный импульс от 250 до 270 секунд (удельный импульс - это единицы тяги на единицу расходуемого топлива с течением времени). Напротив, комбинация жидкого водорода и жидкого кислорода шаттла имеет удельный импульс 453 секунды. Чем больше время импульса, тем эффективнее топливо и тем быстрее может двигаться ракета. Кроме того, этот тип двигателя не требует интенсивного криогенного охлаждения как топлива, так и окислителя. Это делает хранение и заправку EZ-Rocket более быстрым и эффективным.

Когда пилот (обычно брат Берта Рутана, Дик) запускает EZ-Rocket, спирт под давлением вытекает из топливного бака в ракетный двигатель. Поршневой насос подает жидкий кислород в двигатель. XCOR пришлось разработать уникальный насос, потому что турбонасосы, используемые в других ракетных двигателях, слишком велики. Затем электрический воспламенитель воспламеняет топливо и окислитель. Начинается горение. а горячие газы выходят из сопла ракеты сзади, создавая тягу. С обоими работающими двигателями (с тягой 800 фунтов) для взлета требуется 20 секунд и 1650 футов (500 метров) взлетно-посадочной полосы.

EZ-Rocket взлетает, летает и приземляется как обычный самолет, за некоторыми исключениями:

В ходе одного из испытаний пилот выполнил маневр «впритык » — он приземлился на взлетно-посадочной полосе без двигателя, проехал несколько сотен футов, повторно зажег ракетный двигатель и снова взлетел. EZ-Rocket успешно выполнил 15 полетов и ряд испытаний, включая маневры касания и старта и маневр прерывания в полете. Он также продемонстрировал свои возможности на авиашоу, в том числе на выставке X-Cup Rocket Racing Exposition 2005 года в Нью-Мексико.

Хотя EZ-Rocket был построен на планере Long-EZ, он никогда не предназначался для личного использования — только как испытательный стенд для новых технологий. Но, как и в любом воздушном или космическом корабле, в него должны быть встроены функции безопасности для удовлетворения наиболее частых потребностей в чрезвычайных ситуациях, таких как пожар .в двигателе или отказ двигателя. EZ-Rocket имеет ультрафиолетовый датчик пожара в моторном отсеке, подключенный к приборной панели, который предупреждает пилота о любом пожаре в двигателе. Два больших баллона с гелием под давлением в отсеке используются в качестве огнетушителей, когда пилот нажимает переключатель на приборной панели. Каждый двигатель имеет свои системы управления и может включаться и выключаться независимо (EZ-Rocket может подниматься на одном двигателе). Каждый двигатель также имеет противовзрывной экран из кевлара и датчик прогорания, который сигнализирует пилоту, когда заканчивается топливо.

При необходимости пилот может сбросить давление в обоих топливных баках и выпустить спирт и/или жидкий кислород в атмосферу. Он также может перекрыть подачу топлива в оба двигателя, если возникнет пожар или один двигатель не заглохнет. Основные клапаны и воспламенитель соединены для предотвращения скопления газов в камере сгорания и их непреднамеренного воспламенения, а топливные клапаны соединены вместе для согласования фаз газораспределения. Фонарь может быстро открыться, и у пилота есть парашют на случай, если ему придется покинуть EZ-Rocket.

XCOR успешно испытал многие из этих функций безопасности в ходе маневра прерывания полета. Теперь компания развивает успех EZ-Rocket двумя новыми проектами. Мы узнаем об этом в следующем разделе.

EZ-Rocket совершил свои последние полеты, испытывая новые технологии ракетоплана. XCOR Aerospace сейчас переходит к двум новым проектам: разработке ракетных гонщиков и суборбитального космического корабля.

Ракетные гонщики

Доктор Питер Диамандис, основатель Ansari X-Prize, вместе с Грейнджер Уайтлоу, двукратным чемпионом Indianapolis 500 , учредил Лигу ракетных гонок (RRL) . Диамандис и Уайтлоу предвидят широкое освещение на телевидении и большую посещаемость, как у NASCAR . Rocket Racers будут участвовать в гонках по всему миру в независимых соревнованиях на трассе высотой в 5000 футов и длиной в две мили. Болельщики будут наблюдать за полетом самолетов по виртуальному курсу, созданному Sportvision (той же компанией, которая создала линию «1-я и 10-я» на футбольных полях). Кульминацией сезона станет гонка за призовой фонд в размере 2 миллионов долларов на X Prize Cup, ежегодном мероприятии, проводимом в Лас-Крусес, штат Нью-Мексико.

Лига ракетных гонок станет стимулом для разработки новых технологий частными компаниями и вдохновит новые поколения ученых-ракетчиков. Демонстрационные испытания ракетных гонок проводились на X-Prize Cup 2005 года. В январе 2006 года Лига ракетных гонок объявила конкурс для фанатов на определение имени первого X-Racer Mark-1. Приз включает годовой VIP-пропуск на все мероприятия Rocket Racing League. Победитель будет объявлен в октябре 2006 года, когда Mark-1 X-Racer впервые будет представлен публике.

Xerus: следующий шаг XCOR

Следующий проект XCOR Aerospace — создание суборбитального космического самолета Xerus. Они определили три рынка, которые могли бы выиграть от недорогой многоразовой ракеты-носителя:

Xerus будет использовать несколько основных двигателей, чтобы достичь высоты 100 миль (около 65 км), а затем двигаться по инерции до 130 миль (около 100 км). Он достигнет максимальной скорости 4 Маха, что примерно в 10 раз быстрее, чем EZ-Rocket, и будет взлетать и приземляться как обычный самолет. Выйдя за пределы атмосферы, корабль будет использовать 50-фунтовые ракетные двигатели для маневрирования (управления ориентацией). Xerus будет использовать ракетную технологию на жидком топливе, подобную той, что была разработана и испытана на EZ-Rocket. Он также будет использовать поршневые насосы как для топлива, так и для окислителя (EZ-Rocket использует только один для окислителя). XCOR разрабатывает эту технологию для НАСА и Министерства обороны.

Как только XCOR закончит проектирование Xerus, она планирует программу из 20 испытательных полетов.

Для получения дополнительной информации об EZ-Rocket, Rocket Racing League, Xerus и связанных темах перейдите по ссылкам на следующей странице.

Прошлые ракетные самолеты

Немцы разработали реактивные самолеты — Lippisch Ente и Messerschmitt Me 163 Bs и Cs — вместе с реактивными двигателями во время Второй мировой войны. Эти самолеты развивали скорость 600 миль в час (966 км/ч), чуть меньше скорости звука . Советский Союз также экспериментировал с реактивными самолетами, а японцы даже разработали ракетный бомбардировщик-камикадзе.

После Второй мировой войны ракетопланы использовались экспериментально для проверки характеристик самолетов на гиперзвуковых скоростях. 14 октября 1947 года Чак Йегер первым преодолел звуковой барьер на ракетоплане Bell X-1.

Возможно, самым известным ракетопланом был НАСА X-15. X-15 был построен для исследования аэродинамики, устойчивости, управления полетом, нагрева и физиологических эффектов высокоскоростного полета на большой высоте. В период с июня 1959 года по октябрь 1968 года он совершил 199 полетов и установил рекорды высоты (354 200 футов, или 67 миль) и скорости (4520 миль в час, или 6,7 Маха) для пилотируемого гиперзвукового полета. Информация из программы оказалась полезной при разработке программ «Меркурий», «Джемини», «Аполлон» и «Спейс шаттл».

Статьи по Теме

Больше отличных ссылок

Источники

Благодарю вас

Спасибо Чарльзу Скотту Уильямсу за помощь в написании этой статьи.