От ракеты до космического корабля (продолжение)


Пожалуй, надо сказать несколько слов еще об одной веточке, отходящей от газотурбинной ветви, — о турбовинтовых двигателях. Эти двигатели по существу не реактивные, хотя очень похожи на турбореактивные. Основная тяга создается здесь иначе — с помощью воздушного винта, как в обычных поршневых самолетах. А струя вытекающих из двигателя газов тоже дает тягу, но она значительно меньше тяги винта.

Турбовинтовые двигатели очень выгодны при скоростях полета, с какими сейчас летают пассажирские самолеты. При этих скоростях они расходуют меньше топлива, чем турбореактивные двигатели. Вот почему они широко применяются в гражданской авиации на самолетах ТУ-114, ИЛ-18, АН-10.

Вернемся теперь к бескомпрессорным воздушно-реактивным двигателям. Как показывает само их название, у них нет компрессора. И тем не менее они способны развивать тягу. Как же осуществляется в них сжатие воздуха?

Оказывается, это возможно, и даже не одним способом. Вот, например, так называемый пульсирующий двигатель. В нем нет ни компрессора, ни турбины, только одна решетка клапанов перегораживает внутренний канал — тракт. Воздух здесь сжимается потому, что течет через двигатель с перерывами.

Пусть произошла вспышка очередной порции топлива. Давление в камере сгорания повысилось, и клапаны в решетке закрылись — они открываются внутрь. Под действием повышенного давления газы с большой скоростью вытекают через сопло наружу. Теперь давление в двигателе понизилось, поэтому клапаны открываются и через них поступает свежий воздух. Затем в камеру сгорания снова подается топливо, снова вспышка, и все идет сначала.

Правда, такой двигатель не очень выгоден: он расходует слишком много топлива. Это и не удивительно: сжатие воздуха в нем все же небольшое. Поэтому пульсирующие двигатели применяются там, где особенно важны простота и малый вес конструкции, а не экономичность.

Иное дело прямоточные двигатели! У них тоже нет компрессора, нет даже решетки клапанов, как у пульсирующих. Это, по существу, пустая внутри труба. Работает она не периодически, а непрерывно, как и газотурбинные двигатели. И все же в ней происходит сжатие воздуха.

Здесь мы встречаемся с явлением, играющим огромную роль во всей современной реактивной технике. Оказывается, когда скорость полета начинает значительно превышать скорость звука, входящий в двигатель воздух в результате торможения сжимается до весьма большого давления. Этот, как его называют, скоростной напор сказывается и при меньших скоростях полета. Он помогает, в частности, компрессору турбореактивного двигателя сжимать воздух. Однако лишь при очень больших скоростях полета давление воздуха в двигателе получается настолько большое, что он начинает хорошо работать без всякого компрессора. Вот поэтому прямоточный двигатель может развивать при огромной сверхзвуковой скорости полета большую тягу и расходовать при этом меньше топлива, чем любой другой реактивный двигатель.

А при малых скоростях и на стоянке он не способен развивать тягу. Поэтому летательные аппараты с прямоточным двигателем должны иметь еще какой-нибудь двигатель, который предварительно разгонял бы их до очень большой скорости.

Вот почему появился своеобразный «гибрид» двигателей обоих типов. На нашем дереве он украшает веточку, соединяющую обе уже известные нам ветви — турбореактивных и бес-
компрессорных двигателей. Такие «гибриды» бывают разных типов. Они играют большую роль в реактивной технике. Наш гибрид называется турбопрямоточным. Само название показывает, от каких двигателей он произошел. Это, по существу, два двигателя, поставленные друг за другом: впереди — турбореактивный, за ним — прямоточный. Здесь прямоточный двигатель называют форсажной камерой турбореактивного, так как он используется, лишь когда нужно кратковременно увеличить тягу двигателя — «форсировать» его, например при взлете.

Форсажная камера стала обязательной частью почти всех современных мощных турбореактивных двигателей. Именно с ее помощью достигаются рекордные для современной реактивной авиации скорости полета. Но конструкторов уже не устраивает такое простое сочетание этих двигателей. Они мечтают о более полном использовании преимуществ обоих типов. Хорошо бы, например, на большой скорости полета, когда прямоточный двигатель становится более выгодным, совсем отключать турбореактивный. Пока еще таких конструкций нет, но, безусловно, они появятся.

Обратимся теперь ко второй главной ветви — к ракетным двигателям. Она также делится на две большие ветви и несколько отростков. Одна из этих ветвей — пороховые ракетные двигатели, или двигатели твердого топлива, другая — жидкостные ракетные двигатели. Различие между ними сводится лишь к состоянию топлива, на котором они работают.

Пороховые — самые старые из всех реактивных двигателей. Но их значение теперь снова возрастает. Устройство их очень простое. В камере сгорания помещают заряд твердого топлива. При запуске двигателя оно воспламеняется и сгорает, раскаленные газы вытекают через сопло в атмосферу и создают реактивную тягу. Простота и постоянная готовность к действию — вот положительные качества этих двигателей.

Но есть у них и серьезные недостатки. Главный из них — это то, что остановить уже начавший работать двигатель и вновь запустить его потом невозможно или по крайней мере очень трудно. Понятно, что это ограничивает применение пороховых двигателей в авиации, зато для ракет их используют широко.

Этого недостатка совершенно нет у жидкостного ракетного двигателя. Жидкое топливо позволяет легко управлять двигателем — останавливать его, снова включать, менять тягу,— достаточно изменить количество подаваемого в камеру сгорания топлива.

Жидкостные ракетные двигатели делятся на две ветви по способу подачи топлива в камеру сгорания двигателя. При газобалонной системе в топливные баки подается под давлением газ, который и выдавливает топливо в камеру сгорания. При турбонасосной системе топливо подается насосами, которые действуют при помощи специальной турбины.

Есть и так называемые гидрореактивные двигатели, специально предназначенные для работы под водой, например в водометном катере.

Конструкторы постепенно совершенствуют реактивные двигатели, создают новые их типы. Особенно интересны предположения ученых, относящиеся к двум типам двигателей, пока еще не существующим, но вполне возможно, что будущее принадлежит именно им.

Один из них — ионный. Его принципиальное отличие от всех упоминавшихся выше двигателей заключается в том, что газы из него вытекают наружу не в результате повышенного давления, а под действием электрических сил. Это — электрический ракетный двигатель.

Еще более непохож на обычные так называемый фотонный двигатель. Во всех уже известных нам двигателях наружу вытекают частицы вещества — молекулы газов или ионы. В фотонном двигателе, как показывает само название, реактивную тягу создают фотоны, т. е. кванты света. Таким образом, фотонный двигатель — это, по существу, чудовищной силы прожектор, который будет передвигаться силой отдачи отбрасываемого им сверхмощного пучка света. Космический корабль с фотонным двигателем мог бы донести человека до дальних звезд — ведь теоретически он может развить скорость, близкую к скорости света. Идея фотонного двигателя очень проста, но технологическое ее воплощение связано с громадными трудностями.

Прогресс, достигнутый с возникновением реактивной техники в авиации, огромен. Со старыми, поршневыми двигателями было невозможно преодолеть «звуковой барьер» или хотя бы приблизиться к скорости звука (примерно 1225 км/час). А самолеты с турбореактивными двигателями летают быстрее звука — скорости наиболее совершенных из них значительно больше скорости звука; высота полета достигает десятков километров, а дальность — десятков тысяч километров. Газотурбинные двигатели все шире применяются и на вертолетах.

Большое значение в авиации приобретают ракетные двигатели.

Но особенно велико значение ракетных двигателей для различных беспилотных управляемых летательных аппаратов. В частности, в настоящее время широко распространены ракеты для исследования атмосферы на больших высотах и для других научных работ. Применяются ракеты и в военной технике.

Самые большие и совершенные ракеты — так называемые межконтинентальные баллистические. Это — вершина развития современной ракетной техники, и она достигнута в нашей стране. Как показывает само название, такие ракеты способны перелетать с континента на континент, на расстояние в 8-10 тыс. км и даже более.

Двигатель ракеты работает лишь считанные минуты, при взлете, но разгоняет ее до огромной скорости — в б-7 км/сек. За это время он успевает израсходовать весь запас топлива, который составляет большую часть общего веса ракеты. После остановки двигателя ракета летит по так называемой баллистической кривой, т. е. как артиллерийский снаряд. Поэтому ее и называют баллистической. Она забирается на высоту в тысячу километров и выше, а затем обрушивается на цель. Сверхточные, тонкие, умные приборы управления полетом обеспечивают попадание практически в любую цель на земном шаре. Весь полет ракеты длится примерно 20-30 мин.