Вектор газа: сброс ракетного топлива на орбите спасет от лесных пожаров
Российские ученые разрабатывают систему сброса остатков топлива из отработанных ракетных двигателей в условиях невесомости. Горючее часто становится причиной взрывов. Чтобы избавиться от него, жидкость планируют преобразовывать в газ, а затем отправлять его в безвоздушное пространство. Это позволит избежать аварий на орбите во время будущих пилотируемых экспедиций на Луну или Марс, а также возгораний в местах, куда падают ступени. По словам экспертов, используемые для полетов в космос двигатели устроены так, что топливо в них невозможно израсходовать полностью. Остающаяся часть горючего представляет проблему, поэтому предложенная учеными технология будет востребована.
Топливный впрыск
Специалисты Омского государственного технического университета (ОмГТУ) разрабатывают технологию выброса неиспользованного ракетного топлива в условиях невесомости. Избавится от него сложно из-за отсутствия там гравитации. Горючее остается в емкости в виде капель, частично прилипших к стенкам. Ученые предлагают переводить его в газообразное состояние. После этого газ из бака можно просто вывести в безвоздушное пространство. Удалить легковоспламеняющиеся и взрывоопасные вещества в двигателях ракет необходимо, чтобы снизить риск аварий. Необработанное горючее часто становится причиной пожаров.
— Внутри бака возникает вихревая газодинамическая картина. Путем подачи воздуха дополнительно производится воздействие на нее с определенной мощностью, которое помогает улучшить дробление жидкости в вихревом эффекте до мелких капель. Затем полученная газожидкостная смесь выдувается через газогенератор (часть ракетного двигателя, где жидкость преобразуется в газ. — «Известия»), — рассказал профессор кафедры «Авиа- и ракетостроение» ОмГТУ Валерий Трушляков.
Нештатные ситуации из-за остатков топлива возникают чаще всего уже после отстыковки и отключения двигателей, когда они спускаются в атмосферу или ударяются о грунт. По данным ученых, 70% случаев падения ступеней ракет типа «Союз-2», которые сейчас активно используются в России для космических пусков, заканчиваются пожарами. Часто это происходит из-за применения в устройстве перекиси водорода для получения газа, который вращает турбины топливных насосов двигателей. Перекись взаимодействует с горючим и в результате после столкновения с поверхностью Земли происходит взрыв. Элементы ракет, которые запускает наша страна, падают в тайге или степи и вызывают возгорания, что может приводить к существенному ущербу.
Вопросы безопасности особенно остро встают при пилотируемых полетах, так как любые накладки могут привести к гибели людей. По этой причине при отправке экипажей на Луну, Марс или другие объекты лучше оборудовать двигатели летательных аппаратов системой сброса неотработанного топлива.
— При реализации будущих экспедиций, чтобы снизить риск нештатных ситуаций, должна быть проведена операция по сбросу топлива. Если случится какая-то авария, перед тем как начать спасать экипаж, в баках не должно быть высокоэнергетических остатков, — сказал Валерий Трушляков.
В планах разработчиков — создание физической модели процесса преобразования в газ и выброса топлива, а также проведение экспериментов в условиях невесомости, где аналогом горючего будет выступать вода. Для имитации космических условий планируют использовать самолетную лабораторию Ил-76МДК, где можно добиться эффекта отсутствия гравитации. В конечном счете ученые намерены создать действующую бортовую систему выброса остатков горючего.
Несгораемый остаток
Полностью, как это происходит в автомобиле, использовать горючее в ракетном двигателе невозможно, рассказал «Известиям» член-корреспондент Российской академии космонавтики имени Циолковского Андрей Ионин. Существует невырабатываемый остаток топлива в баке. Его нельзя высасывать до нуля, потому что иначе в бак попадет воздух. На это двигатель не рассчитан, поэтому может произойти взрыв. Есть также гарантийный запас топлива, который нужен, чтобы реагировать на случайные ситуации в полете.
— Поэтому всегда определенная часть топлива остается в ракете, проблема его возможного возгорания существует и нужно искать ее решение, — сказал Андрей Ионин.
Вопрос взрывоопасных остатков топлива в ракетах стоит уже давно, рассказал «Известиям» эксперт в космической отрасли Александр Железняков. По его словам, были многочисленные прецеденты, когда двигатели взрывались на орбите, порождая массу космического мусора. Уже сейчас специалисты стараются избегать, чтобы горючее оставалось в отработанных ступенях, но это удается не всегда.
— Если ступень или разгонный блок остаются на орбите, нужно удалять из него компоненты топлива. Если выбросить его в безвоздушное пространство, скорее всего, оно будет какое-то время существовать там в виде осколков льда, но в течение очень короткого времени станет безопасным под действием солнечных лучей, космического излучения и отрицательных температур. Возможно, эти вещества сгорят в верхних слоях атмосферы, — сказал Александр Железняков.
Разработка системы реализуется вузом при поддержке Российского научного фонда в рамках стратегического проекта «Безопасный космос» по программе Минобрнауки России «Приоритет 2030».
