„SpaceX“ bando variklius, skirtus žmonių kelionei į Marsą

Manote, kad ateities kosminiuose skrydžiuose bus naudojamo joniniai ir erdės iškreipimo (angl. warp drive) varikliai? Gal tai ir tiesa kalbant apie gerokai tolimesnę ateitį. O kol kas dar yra kur tobulinti ir senus gerus skysto kuro variklius, kuriais raketos į kosmosą buvo keliamos nuo pat pirmųjų kosminių startų. Nenuostabu, kad ir bendrovės „SpaceX“ naujasis „Raptor“ variklis yra varomas skysto kuro. Tačiau, nepaisant revoliucijos nebuvimo, bendrovės vadovas Elonas Muskas įsitikinęs, kad būtent šis variklis padės pirmiesiems Marso kolonistams pasiekti savo tikslą.

Šiuo metu panašu, kad parengus galutinę „Raptor“ versiją šie varikliai starto metu sukurs apie 450 tūkst. kg keliamąją galią starto metu – tai bus gerokai daugiau nei dabar naudojami „SpaceX“ varikliai „Merlin 1D“, kurių keliamoji galia yra „vos“ 67 tūkst. kilogramų. Netgi pagrindinė šatlų raketa pakilimo metu generavo „tik“ 170 tūkst. kg keliamąją galią. „Raptor“ turėtų nusileisti tik iš tiesų gigantiškiems F-1 varikliams, kurie montuojami į „Saturn V“ raketas, rašo vice.com.

Bet ar privati bendrovė sugebės sukurti raketą, kuri galėtų galynėtis su valstybės finansuojamų kosmoso agentūrų produktais? Iki šiol jų sukurti varikliai tikrai nebuvo prasti. „Merlin 1D“ variklis, naudojantis tradicinį žibalo ir skysto deguonies mišinį, turi patį geriausią keliamosios galios ir svorio santykį iš visų dabar naudojamų raketų variklių. Tačiau jame vis dar naudojama ta pati tradicinė technologija, kaip ir visose ankstesnėse skysto kuro raketose.

Skysto kuro varikliai veikia degimo kameroje maišant kurą ir oksidatorių, tuomet mišinys uždegamas ir išmetamas pro tūtą. Kad degimo reakcija būtų galingesnė, į degimo kamerą turi būti greitai įpurškiami dideli kiekiai kuro ir oksidatoriaus, tuo pačiu kameroje palaikant aukštą slėgį. Skysčių tėkmę kontroliuoja turbina – sistema, kuriai energiją teikia nedidelis iš anksto sudeginamo kuro kiekis.
Skysto kuro varikliai nedidelį kuro ir oksidatoriaus kiekį į degimo kamerą siunčia per išankstinio deginimo kamerą (angl. preburner) - didžioji skysčių dalis paduodama tiesiai į degimo kamerą. Bet kas būtų šiek tiek pakeitus kuro ir oksidatoriaus srautus?

JAV Karinės oro pajėgos ir NASA yra svarstę apie „pilnos tėkmės ciklo“ technologiją – ją pritaikius visas kuras būtų nukreipiamas per turbiną. Ji turėtų vieną milžinišką privalumą: per išankstinio degimo kamerą praeitų daugiau kuro, todėl turbinos galėtų dirbti galingiau, padidintų slėgį pagrindinėje degimo kameroje ir tuo pačiu – variklio galią.

Amerikiečiai iki šiol niekada nėra pagaminę „pilnos tėkmės ciklo“ variklių, tačiau būtent šią technologiją „SpaceX“ ketina panaudoti „Raptor“ varikliuose. Pirmą kartą viešai apie šiuos variklius pradėta kalbėti 2010 metais – jie pristatyti „AIAA Joint Propulsion“ konferencijoje. Skelbta, kad varikliai kels „SpaceX“ būsimas raketas - „Falcon X“ ir „Falcon XX“. Kartu buvo pristatyti ir „Merlin 2“ varikliai – efektyvesnė „Merlin 1-D“ versija.

Pradinis skysto deguonies ir vandenilio pasirinkimas „Raptor“ varikliams atrodė keistokas: šaldytas skystas vandenilis yra gana pavojingas, turi būti labai gerai izoliuotas ir jo tankos yra mažesnis nei žibalo – tai reiškia, kad vandenilio bakas turi būti didesnis už žibalo baką. Perėjimas prie vandenilio taip pat padidintų ir sąnaudas, o tai būtų neparanku bendrovei, kurios pagrindinis tikslas – sumažinti kelionių į kosmosą kainas.

Kiek vėliau „SpaceX“ vadovas tai šen, tai ten užsimindavo apie jo įmonės kuriamų variklių naujoves. Svarbiausia iš šių užuominų – jo pranešimas apie naują skystu metanu ir skystu deguonimi varomą raketą, kuri turėtų pakankamai keliamosios galios net įsivaizduojamam „Mars Colonial Transporter“ projektui – šia tarpplanetine daugkartinio naudojimo transporto priemone į Marsą vienu metu teoriškai būtų galima gabenti net 100 žmonių.

Žibalo iškeitimas į metaną raketos naudingumo iš esmės nekeičia: žibalas yra šiek tiek lengvesnis, tačiau metanas yra efektyvesnis kuras. Taip pat tikėtina, kad metano bus įmanoma išgauti Marse, be to, tai yra švaresnis kuras, kuriam degant praktiškai nelieka degėsių ant raketos variklio detalių vidaus.

2013 metų pabaigoje „SpaceX“ paskelbė, kad jų „Raptor“ variklis ir yra tas galingas metanu bei skystu deguonimi varomas variklis. Ir sumontavus juos prie raketos panašiai, kaip numatyta „Falcon Heavy“ atveju, kuomet devyni tokie varikliai varytu tris skirtingas raketos pakopas, „SpaceX“ turėtų tikrai galingą transporto priemonę skrydžiams į Marsą.

Tiesa, kol kas „Raptor“ toli gražu nėra parengtas sunkių krovinių kėlimui nuo Žemės paviršiaus, tačiau prie šio tikslo artėjama. Varikliai, bendradarbiaujant su NASA, bus bandomi šios agentūros Stennis kosmoso centre. O pats E. Muskas įsitikinęs, kad raketa su „Raptor“ varikliais skrydžiams į Marsą bus parengta per dešimtmetį.