Solidne i płynne silniki rakietowe

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Rakiety jako rodzaj broni istnieją od bardzo dawna. Pionierami w tej materii byli Chińczycy, o czym wspomina hymn Imperium Niebieskiego na początku XIX wieku. „Czerwony blask rakiet” – tak się w nim śpiewa. Zostały oskarżone o proch strzelniczy, wynaleziony, jak wiecie, w tych samych Chinach. Ale aby zabłysły „czerwone pasemka”, a ogniste strzały spadły na głowy wrogów, potrzebne były silniki rakietowe, choć najprostsze. Wszyscy wiedzą, że proch eksploduje, a lot wymaga intensywnego spalania z ukierunkowanym uwalnianiem gazu. Musiał więc zmienić się skład paliwa. Podczas gdy konwencjonalne materiały wybuchowe zawierają 75% azotanów, 15% węgla i 10% siarki, silniki rakietowe zawierają 72% azotanów, 24% węgla i 4% siarki.

Nowoczesne rakiety na paliwo stałe i dopalacze wykorzystują bardziej złożone mieszanki jako paliwo, ale zasada pozostaje taka sama, jak w starożytnych Chinach. Jego zasługi są niezaprzeczalne. Są to prostota, niezawodność, duża szybkość uruchamiania, względna taniość i łatwość użytkowania. Aby pocisk wystartował, wystarczy podpalić stałą palną mieszankę, zapewnić przepływ powietrza - i tyle, poleciało.

Jednak jesttak sprawdzona i niezawodna technologia ma swoje wady. Po pierwsze, po zainicjowaniu spalania paliwa nie jest już możliwe jego zatrzymanie, a także zmiana trybu spalania. Po drugie, potrzebny jest tlen, a w warunkach przestrzeni rozrzedzonej lub pozbawionej powietrza tak nie jest. Po trzecie, spalanie nadal przebiega zbyt szybko.

Rozwiązanie, którego naukowcy w wielu krajach szukali od wielu lat, w końcu zostało znalezione. Dr Robert Goddard przetestował pierwszy silnik rakietowy na paliwo ciekłe w 1926 roku. Jako paliwa używał benzyny zmieszanej z ciekłym tlenem. Aby system działał niezawodnie przez co najmniej dwie i pół sekundy, Goddard musiał rozwiązać szereg problemów technicznych związanych z pompowaniem odczynników, układem chłodzenia i mechanizmami kierowniczymi.

Zasada, według której budowane są wszystkie silniki rakietowe na ciecz, jest niezwykle prosta. Wewnątrz obudowy znajdują się dwa zbiorniki. Z jednego z nich, poprzez głowicę mieszającą, utleniacz podawany jest do komory rozkładu, gdzie w obecności katalizatora paliwo pochodzące z drugiego zbiornika przechodzi w stan gazowy. Następuje reakcja spalania, gorący gaz najpierw przechodzi przez zwężającą się strefę poddźwiękową dyszy, a następnie rozszerzającą się strefę naddźwiękową, gdzie również dostarczane jest paliwo. W rzeczywistości wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane, dysza wymaga chłodzenia, a tryby podawania wymagają wysokiego stopnia stabilności. Nowoczesne silniki rakietowe mogą być napędzane wodorem, utleniaczem jest tlen. Ta mieszanka jest niezwykle wybuchowa i najmniejsze naruszenie działania dowolnego systemuprowadzi do wypadku lub katastrofy. Składnikami paliwa mogą być również inne substancje, które są nie mniej niebezpieczne:

- nafta i ciekły tlen - zostały użyte w pierwszej fazie programu rakiety nośnej Saturn V w programie Apollo;

- alkohol i ciekły tlen - były używane w niemieckich rakietach V2 i sowieckich lotniskowcach "Wostok";

- tetratlenek azotu - monometylo - hydrazyna - stosowany w silnikach Cassini.

Pomimo złożoności konstrukcji, silniki rakietowe na paliwo ciekłe są głównym sposobem dostarczania ładunków kosmicznych. Wykorzystywane są również w międzykontynentalnych rakietach balistycznych. Ich tryby pracy są podatne na precyzyjną regulację, nowoczesne technologie umożliwiają automatyzację procesów zachodzących w ich jednostkach i zespołach.

Jednak silniki rakietowe na paliwo stałe również nie straciły na znaczeniu. Wykorzystywane są w technice kosmicznej jako pomocnicze. Ich znaczenie jest ogromne w modułach hamulcowych i ratowniczych.