Материал ниже машинный перевод концепции полностью многоразовой ракеты (первая и вторая ступень) от компании Stoke Space.
Чем идея Stoke Space интересна/отличается/лучше других. Тем, что они объединяют двигатель и тепловой щит в единое целое, посредством клиновоздушного двигателя, и развивают концепцию реактивной посадки до ее логического конца, когда ракета не только взлетает вертикально, но и сразу вертикально приземляется, без сложных и опасных маневров переворачивания сбоку на бок, и как следствие не требует усиления корпуса для восприятия как вертикальных так и горизонтальных нагрузок.
Ну и еще они используют водород на второй ступени, что как очевидно безусловное требование при создании многоразовой второй ступени.
Текст написан от первого лица, пусть так и будет, тега Мое нет, потому что это не мое.
В самом низу классное видео, без перевода.
Почему мы создали первый в мире пуленепробиваемый теплозащитный экран
В Stoke Space мы работаем над тем, что может навсегда изменить подход к ракетам и доступу в космос. Ни для кого не секрет, что многоразовые ракеты — одна из самых сложных задач в аэрокосмической отрасли, и лишь несколько компаний в этой отрасли стремятся изменить ситуацию. Хотя идея приземления ракеты и её повторного запуска кажется простой, на самом деле всё гораздо сложнее, особенно когда речь идёт о второй ступени. Это та часть ракеты, которая летит в космос, и та часть, которую обычно просто выбрасывают. До сих пор.
Многоразовое использование второй ступени — ключ к раскрытию потенциала будущей космической экономики. Что является одной из самых сложных задач, которые необходимо решить? Пережить огненное путешествие обратно на Землю и обеспечить многократное использование второй ступени. Именно здесь на помощь приходит наш теплозащитный экран.
Почему теплозащитный экран так важен
Представьте, что ракета, возвращающаяся в атмосферу, — это автомобиль, мчащийся вниз по склону. Чем быстрее он едет, тем больше тепла выделяется, чтобы замедлить его. Если сильно нажать на тормоза, чтобы замедлить его, тормоза и шины нагреются и будут становиться всё горячее и горячее. То же самое происходит со второй ступенью при возвращении в атмосферу: без какой-либо защиты от перегрева ракета расплавится и развалится ещё до того, как успеет приземлиться и быть использованной повторно.
В большинстве современных ракет используются теплозащитные экраны из керамической плитки или материалов, которые сгорают при входе в атмосферу. Это работает, но такие решения хрупкие, дорогие и требуют много времени для замены. Это приводит к значительным задержкам при ремонте и повторном использовании, а также создаёт проблемы с надёжностью. Представьте себе автомобиль, которому каждый раз, когда вы едете под уклон, нужны новые шины и тормозные колодки. Это возможно, но не идеально.
Мы знали, что должен быть лучший способ. Поэтому вместо того, чтобы придерживаться традиционных конструкций, мы переосмыслили теплозащитный экран с нуля.
Теплозащитный экран, созданный на века
Наш подход отличается от других. Мы разработали металлический тепловой экран, который не только невероятно прочный, но и рассчитан на многократное использование. Вместо того чтобы ломаться или изнашиваться, он выдерживает тепло и нагрузки при входе в атмосферу и возвращается готовым к следующему полёту.
Но мы на этом не остановились. Мы объединили теплозащитный экран с двигателем ракеты, создав единую систему, которая защищает ракету и обеспечивает тягу. Представьте себе автомобиль, в котором двигатель охлаждает тормоза во время движения под уклон — именно такое комплексное решение отличает нашу конструкцию.
Сохраняем хладнокровие под давлением
Что делает наш тепловой экран особенным, так это то, как он справляется с нагревом. Во время возвращения в атмосферу мы пропускаем жидкий водород через экран, охлаждая его изнутри с помощью тех же резервуаров и потоков жидкости, которые уже используются для заправки двигателя.
Почему водород? Два слова: теплоёмкость. Водород является отличным хладагентом из-за своей высокой удельной теплоёмкости, то есть количества тепловой энергии, необходимого для повышения температуры вещества. Жидкий водород при сверхнизкой температуре -423°F (-253°C) идеально подходит как для охлаждения, так и для заправки. Он поглощает интенсивное тепло при входе в атмосферу, защищая теплозащитный экран, а его лёгкое топливо с высокой энергией эффективно питает ракету. Использование водорода для обеих целей упрощает систему, снижает вес и повышает производительность и возможность повторного использования.
Вот простой способ взглянуть на это: представьте, что вы вытираете пролитую жидкость губкой. Обычная губка может впитать немного жидкости, но она быстро намокает и оставляет после себя беспорядок. Теперь представьте «супергубку», настолько усовершенствованную, что она может удерживать огромное количество жидкости, не капая и не переполняясь, — это похоже на то, что делает водород с теплом.
Водород, особенно в сверхкритическом состоянии, обладает невероятно высокой удельной теплоёмкостью. Это означает, что он может поглощать большое количество тепловой энергии без резкого повышения температуры. С технической точки зрения, он исключительно хорошо поглощает тепловую энергию и отводит её, предотвращая перегрев, подобно «супергубки», которая без труда справляется с пролитой жидкостью.
Это особенно важно в ситуациях, когда управление температурой имеет решающее значение, например, во время запуска или входа в атмосферу. Сверхкритический водород проходит через охлаждающие каналы, «отсасывая» тепло от компонентов, в данном случае от теплозащитного экрана. Вместо того, чтобы сгореть или перегреться, система остаётся стабильной, потому что водород эффективно отводит тепло.
Почему долговечность имеет значение
Для нас это не просто решение сложной инженерной задачи, это возможность изменить то, что возможно. Многоразовая ракета должна быть прочной, как надёжный грузовик, который продолжает работать независимо от рельефа местности. Именно к такому уровню прочности мы стремимся.
Теплозащитный экран Stoke Space в буквальном смысле пуленепробиваемый, и это не преувеличение — это прочная металлическая конструкция, способная выдержать самые суровые условия космического полёта и возвращения на Землю. В отличие от хрупких плиток или абляционных покрытий, наш экран не трескается, не раскалывается и не сгорает. Он был разработан с учётом того, что по-настоящему многоразовая ракета должна быть такой же прочной, как и задачи, с которыми она сталкивается. Интегрировав теплозащитный экран с двигателем и активно охлаждая его жидким водородом, мы создали систему, которая не только выдержит возвращение на Землю, но и будет готова к новым полётам с минимальными доработками.
Концепция использования водорода или других жидкостей для охлаждения компонентов ракеты не нова; на самом деле, она десятилетиями была краеугольным камнем ракетной техники. Ракетное топливо (а иногда даже окислитель) долгое время использовалось в качестве охлаждающей жидкости для охлаждения камер сгорания и сопел ракет во время работы. В этих системах с регенеративным охлаждением охлаждающая жидкость поглощает интенсивное тепло, выделяющееся при сгорании, предотвращая повреждение конструкции и одновременно переходя в газообразное состояние для подачи топлива.
Адаптируя этот проверенный метод охлаждения для нашего теплозащитного экрана, мы по-новому используем надёжную технологию, проверенную десятилетиями. Помимо охлаждения деталей двигателя, мы применяем этот подход для защиты всей второй ступени во время входа в атмосферу. Физика процесса та же: ракетное топливо циркулирует через теплозащитный экран, поглощая и рассеивая экстремальное тепло при входе в атмосферу. Жидкий водород, который мы выбрали в качестве топлива, особенно хорошо подходит для этой цели, поскольку его охлаждающая способность примерно в пять раз выше, чем у любого другого топлива. Эта интеграция не просто инновационная, она основана на проверенных инженерных принципах, что даёт нам уверенность в её эффективности и надёжности.
Скромные начинания со смелыми целями
Мы знаем, что это смелое начинание, и знаем, что мы не первые, кто пытается сделать ракеты многоразовыми. Несколько компаний уже показали, что первую ступень можно возвращать и использовать повторно, а SpaceX делает огромные успехи в этой области со своей второй ступенью Starship и ракетой-носителем Super Heavy. Ещё до этого космический челнок НАСА заложил основу для многоразового использования. Но «быстрое» повторное использование второй ступени — той части, которая доставляет груз на орбиту и обратно, — остаётся сложной задачей, и мы сосредоточены на её решении.
Мы успешно протестировали наш тепловой экран на испытательном стенде в Моузес-Лейк, штат Вашингтон, и он выдержал тепловые нагрузки, даже превышающие ожидаемые при входе в атмосферу. Эти наземные испытания доказали прочность экрана и эффективность системы охлаждения в экстремальных условиях. Однако в полёте физика ведёт себя иначе, поэтому следующим важным шагом будет проверка его работы во время реального входа в атмосферу. Полёт станет окончательным доказательством того, что наша конструкция готова к требованиям полного повторного использования.
Мы считаем, что, решив проблему теплозащитного экрана, мы откроем потенциал для создания ракет, которые можно будет быстро и недорого возвращать в строй. Это похоже на переход от одноразовых фотоаппаратов к смартфонам. Благодаря возможности повторного использования космос становится более доступным и менее расточительным, открывая двери для новых исследований, науки и возможностей.
В Stoke Space мы начали со второй ступени, потому что считаем, что её разработка откроет путь к созданию полностью многоразовых ракет. Наша работа ещё продолжается, и нам многое предстоит доказать, но мы уверены в выбранном нами пути.
Наша цель — не просто создать летающую ракету. Наша цель — создать ракету, которая летает, приземляется и снова взлетает — снова, и снова, и снова, точно так же, как самолёт 737 взлетает, летит и приземляется, а затем заправляется и снова взлетает.
Мы рады поделиться с вами этим путешествием и благодарны за поддержку и веру в то, что мы создаём. Вместе мы делаем большой шаг к тому, чтобы космические полёты стали такими же привычными, как авиаперелёты.
Следите за обновлениями. Еще не все потеряно.
