Технологии

Топливо для покорения Вселенной: чем заправляют космические ракеты сейчас и чем будут заправлять в будущем

Автор

Альберт Берташев

Опубликовано

5 сентября 2023

Опубликовано

05 сентября 2023

В середине XIX века писатель-фантаст Жюль Верн написал книгу о путешествии на Луну. В романе три героя расположились в небольшом вагоне-снаряде, который запустили в космос с помощью гигантской пушки. Когда-то ученые всерьез рассматривали подобный способ освоения внеземного пространства, однако ни одна пушка не смогла «подкинуть» хоть какой-то груз даже на орбиту. Не смогли реализовать и другие полуфантастические изобретения, например идею космического лифта. Сегодня грузы и люди попадают в космос только на ракетах. Выясним, какое топливо для этого используется и какое, возможно, появится в будущем.

Как и в двигателе внутреннего сгорания автомобиля, в камере ракеты сжигается углеводородное топливо. В результате выделяется большое количество тепловой энергии.

Продукты сгорания покидают ракету в виде струи пламени, которое создает мощную тягу, разгоняющую космическую «машину» до нужной скорости. Таким образом движение пламени компенсируется движением самой ракеты: примерно по такому же принципу полетит бутылка с газировкой, если бросить в нее мятную конфету и быстро перевернуть горлышком вниз.

Стать земным спутником

Современные российские ракеты-носители чаще всего летают на смеси керосина и жидкого кислорода — это одна из наиболее удачных комбинаций по физико-химическим и экологическим параметрам.

Для достижения первой космической скорости и выхода на орбиту Земли требуется много углеводородного топлива. Чтобы ракета подняла и разогнала саму себя, инженеры добавляют в ее конструкцию дополнительные «баки» (топливные ступени), которые занимают большую часть всей массы ракеты на старте. В полете по специально продуманной программе ступени отцепляются по мере опустошения и сгорают в атмосфере.

Все, что в итоге попадает на орбиту, составляет не более нескольких процентов от массы ракеты на старте. Для сравнения: масса бензина в полном баке типичного легкового автомобиля, наоборот, составляет несколько процентов от общей массы всей машины.

Межпланетное сообщение

Для первой высадки человека на Луну ракету заправляли любящими холод кислородом и водородом. Холод нужен, чтобы газы оставались в жидком состоянии в момент взлета и в течение всего полета. Такая комбинация позволила достичь второй космической скорости.

Для недавнего запуска на Марс марсохода «Персеверанс» потребовалась более сложная и многоступенчатая система, а также несколько видов топлива.

За границы Солнечной системы

Последние полвека ученые разрабатывают ядерные и термоядерные ракетные двигатели. Это позволяет добиться той же тяги при меньшем расходе топлива и снаряжать дальние космические экспедиции. Однако сами ядерные реакции сложнее реализовать и контролировать. Кроме того, непросто получить и нужное для подобных двигателей «горючее».

Одна из перспективных для космических перелетов ядерных реакций — превращение редких изотопов водорода и гелия, которым надувают воздушные шары, в другой изотоп гелия и протон — положительно заряженную частицу, составляющую атомных ядер. На Земле его почти нет, зато на Луне довольно много: существуют даже проекты лунных баз, где межпланетные космические корабли могли бы «заправиться» перед дальним полетом.

Для межзвездных путешествий перспективно выглядит технология солнечного паруса. Это тонкое зеркало большой площади: у созданных прототипов она достигает 15–20 квадратных метров. Космический аппарат раскрывает парус на орбите, свет Солнца или других звезд отражается от него и подталкивает корабль. В отличие от ядерных звездолетов прототипы солнечных парусников успели побывать в космосе и показали хорошие результаты.

Пока большинство проектов космического транспорта находится в разработке или на этапе теории, основным топливом для освоения внеземного пространства будут углеводороды.

11
Haha
Haha
8
9
Love
Love
7
14
10
Читать также

В Перми создали компактную установку для переработки пластика в топливо

2 мин. чтения

Через снег, град и песчаные дюны: как прошла разведка маршрута ралли «Шелковый путь»

4 мин. чтения

О чем говорили на Петербургском экономическом форуме и как это скажется на развитии энергетики России

6 мин. чтения

Эксперт оценил созданный в Москве компактный водородный двигатель для транспорта

1 мин. чтения

В Перми создали робота на магнитных колесах для диагностики металлоконструкций

1 мин. чтения

Первые электромобили, созданные российскими атомщиками, произведут в 2025 году

1 мин. чтения

Для первой российской сверхлегкой ракеты построят четыре варианта двигателей

1 мин. чтения

В России будут развивать зеленые грузоперевозки

1 мин. чтения

Эксперт оценил перспективы разработки биотоплива для морских и воздушных судов

1 мин. чтения

Ученые и нефтяники объединились для создания инновационных углеродных материалов

1 мин. чтения