Німецькі студенти проектують космічну заправку

Усі провідні космічні агентства світу – і американське, і європейське, і російське – планують у перспективі здійснювати пілотовані польоти на Місяць та на Марс. Для таких далеких подорожей потрібно багато ракетного палива. Якщо брати його з собою з Землі, то це суттєво збільшить стартову масу корабля, що відповідно потребуватиме ще більше палива. З цим зачарованим колом американці зіштовхнулися ще 1969 року, коли готувалися до своєї місії на Місяць.

98 відсотків маси ракети – у відходи

Загальна довжина ракетно-космічного комплексу, що складається з ракети-носія «Сатурн-5» і місячного модулю «Аполон», перевищувала 110 метрів, маса становила майже три тисячі тонн. Однак понад 98 відсотків цієї маси припадало на перші два ступені з десятьма двигунами і на баки з гасом, рідким воднем та киснем, які скидалися після того, як паливо закінчувалося. До орбіти прибув третій ступінь ракети-носія з модулем «Аполон» і залишками палива загальною масою 65 тонн.

Зрозуміло, що для нових польотів на Місяць, а тим паче на Марс, потрібні нові концепції, наприклад, дозаправка на довколоземній орбіті. «Це особливо важливо, якщо мати на увазі середньострокову та довгострокову перспективу, тобто дослідницькі місії, які не обмежуються довколоземними орбітами, - говорить Юрґен Шлуц з Інституту космічних систем при Штутгартському університеті. – Щоб летіти до Місяця чи до Марсу, потрібні дуже великі кораблі, які потребують дуже багато палива. Вивести в космос такого «велетня», так би мовити, «одним махом» практично неможливо. Це означає, що потрібна технологія дозаправки великих ракет-носіїв у космосі, на навколоземній орбіті».

Проект EXPLORE

Саме таку технологію розробила і тепер має намір випробувати група студентів під керівництвом Юрґена Шлуца. Їхній проект називається EXPLORE, що, по-перше, у перекладі з англійської означає «вивчати», досліджувати», а по-друге, це абревіатура від EXPeriment for Liquid On-orbit REfueling, що перекладається як «експеримент з рідинної орбітальної дозаправки». Цей експеримент планують здійснювати з 14 до 26 лютого цього року. Невелика ракета Rexus з дослідною установкою на борту стартує з європейського космодрому на півночі Швеції, підніметься на висоту 100 кілометрів, а потім повернеться на Землю. М'яке приземлення забезпечать парашути.

«На цьому етапі проекту ми хочемо змоделювати процес дозаправки паливом пустого бака, - пояснює Юрґен Шлуц.- Наша дослідна установка на борту ракети складається з шести резервуарів, які під час польоту повинні будуть з різною швидкістю заповнюватися паливом з одного великого бака. Саме швидкість заправки і є тим параметром, який ми маємо намір оптимізувати під час цього експерименту».

Головне – щоб не було бульбашок

Дослідна установка має доволі скромні розміри (30х30х30 сантиметрів) і масу, що не перевищує 10 кілограмів. Резервуари, призначені для заповнення рідким паливом піжд час експерименту, не порожні: у них закачано газ. Для того є вагомі підстави, пояснює Юрґен Шлуц: « Газ там для того, щоб підтримувати у баках за можливістю постійний тиск – це не дозволить паливу випаровуватися. Тобто ми повинні з огляду на заправку відкачувати газ і стежити за тим, щоб його обсяг точно відповідав обсягу палива, що надходить».

Оскільки застосування під час експерименту справжнього ракетного палива могло призвести до вибуху, то з міркувань безпеки було вирішено замінити його водою. Аби придати воді фізичні властивості, характерні для палива, до неї буде домішано антифриз. «Звичайно, попередньо ми провели математичні обчислення, прорахували весь процес на комп'ютерній моделі, - каже Юрґен Шлуц.- Розрахунки показують, що залежно від швидкості наповнення в баках можуть утворюватися пухирі з газу. Ми ж хочемо цьому запобігти, щоб заповнити бак повністю». Такого експерименту, як той, що заплановано на другу половину лютого, у світі ще не проводили, відзначає науковець.

Політ ракети Rexus триватиме близько 10 хвилин, з них на стан невагомості припаде менше трьох хвилин, весь експеримент повинен вкластися у ці жорсткі часові рамки. Бортова електроніка зареєструє тиск і температуру, крім того, здійснить відеозйомку усього процесу дозаправки. У червні узагальнені результати експерименту штутгартські студенти хочуть передати до Німецького центру аерокосмічних досліджень.

Автор: Владимир Фрадкiн/Наталя Неділько
Редактор: Дмитро Каневський