Технологии

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

Слушать аудиоверсию 04:18
Альберт Берташев

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
11
Читать также
Запуск ракеты-носителя

В Петербурге напечатали долговечную камеру сгорания для ракетных двигателей

1 мин. чтения
Катализаторы, напечатанные на 3D принтере в Институте катализа имени Борескова

В Сибири придумали, как печатать на обычном 3D-принтере эффективные катализаторы

1 мин. чтения
Сотрудница Московского завода смазочных материалов Дарья Москаленко

Московские ученые научились готовить базовые масла в 4,5 раза быстрее

1 мин. чтения
Московский НПЗ

Как устроен Московский нефтеперерабатывающий завод: объясняем в карточках и с примерами

1 мин. чтения
Ученый в лаборатории с образцом газового гидрата

В Казани придумали эффективный способ сделать газ твердым

1 мин. чтения
Доставка крупногабарита МНПЗ

На Московский НПЗ доставили оборудование массой 368 тонн

1 мин. чтения
Научно-исследовательский центр «Газпром нефти»

«Характер» битума: как продукт переработки нефти влияет на качество современных дорог

3 мин. чтения
Китайские ученые с образцами масла

В Китае создали огромный гибридный завод по переработке нефти и растительного масла

1 мин. чтения
Трэкол на Мессояхском месторождении

В Москве создали молекулярное сито для производства арктического дизельного топлива

1 мин. чтения
Технолог подбирает компоненты для топливного «смузи»

Топливный «смузи»: зачем в нефть добавляют растительное масло

4 мин. чтения
X 1