Немецкие студенты проектируют космическую бензоколонку

Полет людей на Луну, а тем более на Марс потребует огромных ракет с гигантским запасом топлива на борту. Вывод в космос таких махин — задача почти неосуществимая. Возможное решение проблемы — дозаправка в космосе

Полет людей на Луну, а тем более на Марс потребует огромных ракет с гигантским запасом топлива на борту. Вывод в космос таких махин — задача почти неосуществимая. Возможное решение проблемы — дозаправка в космосе, пишет DW.

Все ведущие космические агентства мира — и американское, и российское, и европейское — планируют в обозримой перспективе пилотируемые полеты на Луну, а затем и на Марс. Понятно, что столь далекие путешествия потребуют немалого количества ракетного топлива. Если брать его с собой с Земли, это существенно повысит стартовую массу корабля, что, в свою очередь, потребует еще больше топлива. С этим заколдованным кругом американцы столкнулись уже в 1969 году, при подготовке и осуществлении своей первой миссии на Луну.

98 процентов массы ракеты — в отходы

Общая длина ракетно-космического комплекса, состоявшего из ракеты-носителя «Сатурн-5» и лунного модуля «Аполлон», превышала 110 метров, суммарная масса составляла без малого 3 тысяч тонн. Однако более 98 процентов этой массы приходилось на первые две ступени с десятью двигателями и на баки с керосином, жидким водородом и жидким кислородом, которые сбрасывались по мере того, как топливо выгорало. На окололунную орбиту прибыла третья ступень ракеты-носителя с модулем «Аполлон» и остатками топлива общей массой 65 тонн.

Понятно, что для новых полетов на Луну, а тем более на Марс нужны новые концепции, например, дозаправка на околоземной орбите. «Это особенно важно, если иметь в виду среднесрочные и долгосрочные перспективы, то есть исследовательские миссии, которые не ограничиваются околоземными орбитами, — говорит Юрген Шлуц (Jürgen Schlutz) из Института космических систем при Штутгартском университете.  — Чтобы лететь к Луне или к Марсу, нужны очень большие корабли, расходующие очень много топлива. Вывести в космос такую махину, так сказать, „одним махом“ практически невозможно. Значит, нам необходима технология дозаправки крупных ракет-носителей в космосе, на околоземной орбите».

Проект EXPLORE

Именно такую технологию разработала и намерена теперь испытать группа студентов под руководством Юргена Шлуца. Их проект получил название EXPLORE — в переводе с английского это, с одной стороны, означает «изучать», «исследовать», «выяснять», «разведывать», а с другой — это аббревиатура от EXPeriment for Liquid On-orbit REfueling, что переводится как «эксперимент по жидкостной орбитальной дозаправке». Этот эксперимент планируется осуществить в период с 14 по 26 февраля: небольшая ракета Rexus с опытной установкой на борту стартует с европейского космодрома близ города Кируна на севере Швеции, поднимется на высоту в 100 километров и, описав параболу, устремится вниз, к земле. Мягкую посадку обеспечат парашюты.

«На этом этапе проекта мы хотим смоделировать процесс дозаправки топливом пустого бака, — поясняет Юрген Шлуц. — Наша опытная установка на борту ракеты состоит из шести небольших резервуаров, которые во время полета должны будут с различными скоростями заполняться топливом из одного большого бака. Именно скорость заправки и является тем параметром, который мы намерены оптимизировать в ходе этого эксперимента».

Главное — чтобы не было пузырей

Опытная установка имеет скромные размеры (30х30х30 сантиметров) и массу, не превышающую 10 килограммов. Резервуары, предназначенные для заполнения жидким топливом в ходе эксперимента, строго говоря, не пустые: в них закачан газ На то есть веские причины, объясняет Юрген Шлуц: «Газ там для того, чтобы поддерживать в баках по возможности постоянное давление — это не даст топливу улетучиваться. То есть мы должны будем по мере заправки откачивать газ и следить за тем, чтобы его объем точно соответствовал объему поступающего топлива».

Поскольку использование в ходе эксперимента настоящего ракетного топлива могло привести к взрыву, было решено из соображений безопасности заменить его водой. А чтобы придать воде физические свойства, характерные для топлива, к ней будет подмешан антифриз — это уменьшит поверхностное натяжение воды и, соответственно, повысит ее текучесть. «Конечно, мы предварительно провели математические вычисления, обсчитали весь процесс на компьютерной модели, — говорит Юрген Шлуц. — Расчеты показывают, что в зависимости от скорости наполнения в баках могут образовываться различного объема пузыри воздуха или газа. Мы же хотим этого избежать, чтобы заполнить бак полностью. Такого эксперимента, как тот, что запланирован на вторую половину февраля, в мире еще не проводилось».

Полет ракеты Rexus продлится около 10 минут, из них на состояние невесомости придется меньше 3 минут, и весь эксперимент должен уложиться в эти жесткие временные рамки. Бортовая электроника зарегистрирует давление и температуру, а кроме того — осуществит видеосъемку всего процесса заправки. Уже в июне обобщенные результаты эксперимента штутгартские студенты хотят передать в Немецкий центр аэрокосмических исследований.