Určitě si pamatujete na nedávný test indického miniraketoplánu RLV-TD. Při krátkém suborbitálním letu byly vyzkoušeny základní prvky konstrukce lodi a její manévrovací schopnosti při průletu atmosférou. Plnohodnotná verze raketoplánu nebude pravděpodobně hotova dříve než za patnáct let, Indická kosmická agentura ale usilovně pracuje na vývoji všech potřebných technologií. Jednou z nich je náporový motor se spalováním v nadzvukovém režimu, který bude raketoplán částečně pohánět při jeho cestě na oběžnou dráhu. A právě dvojici těchto motorů Indická kosmická agentura úspěšně otestovala tuto neděli. Motory sice pracovaly pouze pět sekund, ale i tak je to pro Indii důležitý krok k znovupoužitelnému raketoplánu.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/
Náporový motor (ramjet) je vlastně nejjednodušší typ proudového motoru. Tento motor nemá pohyblivé části, které známe z běžných proudových motorů, o dopravení vzduchu do motoru se jednoduše stará rychlost letu samotného letadla. Vzduch je po vstupu do motoru stlačen, zpomalen na podzvukovou rychlost a následně smíchán s palivem. Horké plyny pak opouštějí za vysoké rychlosti trysku motoru, čímž poskytují tah. Oproti standardnímu proudovému motoru má náporový motor hned několik nevýhod. Mezi hlavní patří jeho nízká účinnost a nutnost dosažení určité počáteční rychlosti, při které je teprve možné motor nastartovat. Náporový motor začne poskytovat rozumný tah a specifický impuls až když se začne rychlost letu blížit rychlosti zvuku. Jeho účinnost je sice nižší než účinnost běžných proudových motorů, je ale zase mnohem vyšší než účinnost raketových motorů. Maximální rychlost, při které dokáže náporový motor pracovat, se pohybuje okolo šestinásobku rychlosti zvuku, tedy zhruba 2000 m/s. Kvůli těmto vlastnostem se s tímto motorem nesetkáváme ani u běžných letadel, ani u orbitálních raket. Svoje využití má například u vojenských raket s plochou dráhou letu.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/
Pro smysluplné použití na orbitálních raketách je maximální rychlost standardního náporového motoru moc nízká. Možným řešením tohoto problému je spalování za nadzvukové rychlosti. Náporový motor se spalováním v nadzvukovém režimu (scramjet) pořád stlačuje a zpomaluje vstupující vzduch, jeho rychlost při průchodu motorem je ale stále nadzvuková. Pokud se jako palivo použije vodík, dokáže motor na tomto principu teoreticky dosáhnout rychlosti až Mach 15, tedy okolo 5000 m/s. Tato rychlost se už pomalu začíná blížit k orbitální rychlosti (~7800 m/s) a účinnost motoru je stále mnohem vyšší než účinnost nejlepších chemických raket. Velikou nevýhodou scramjetu je ale skutečnost, že nedokáže fungovat při rychlostech nižších než zhruba Mach 4.5, tedy asi 1500 m/s. Proto počítá indický raketoplán se třemi fázemi letu. Během první fáze bude raketoplán urychlen na rychlost potřebnou pro zapálení scramjetu pomocí znovupoužitelného raketového stupně. Po oddělení zažehne raketoplán svůj náporový motor a bude dále zrychlovat. Jelikož scramjet nedokáže raketoplán urychlit až na orbitální rychlost, bude pro konečné navedení na oběžnou dráhu opět použit klasický raketový motor. Motor scramjet je podle Indické kosmické agentury zatím asi největší překážkou ve vývoji jejich raketoplánu. Indie je teprve čtvrtou zemí, která předvedla let s motorem scramjet a rychlostní rekord prozatím drží NASA a její letoun X-43A, který v roce 2004 dosáhl rychlosti zhruba Mach 9.6 (~3250 m/s). Tento rekord bude pravděpodobně chtít Indie posunout ještě dál, aby jejich raketoplán vytěžil ze scramjetů maximum.
Zdroj: http://www.isro.gov.in/
Při nedělním testu byly použity dva exempláře motorů scramjet, které byly připevněny po stranách nosné rakety. Ta nese označení ATV (Advanced Technology Vehicle) a skládá se ze dvou identických stupňů Rohini RH560, které využívají tuhé palivo a jsou stabilizované rotací. Motory scramjet byly připevněny po stranách horního stupně, ke kterému zůstaly připojené po celou dobu letu. Raketa odstartovala v neděli ve 2:30 ráno. První stupeň vyhořel zhruba 30 sekund po startu, následovalo zapálení identického druhého stupně. Když dosáhl druhý stupeň rychlosti okolo Mach 6, začal test motorů scramjet, který trval pouze pět vteřin. Po celou dobu testu stále hořel druhý stupeň rakety, který vyhasl až po ukončení činnosti motorů scramjet. Údaje, které Indická kosmická agentura zaznamenala, ukazují správný tlak uvnitř motorů i jejich vliv na zrychlení rakety. Motory tedy pracovaly správně. Celá sestava po dohoření druhého stupně vystoupala do výšky okolo 70 kilometrů a následně spadla do oceánu asi 320 kilometrů od startovní rampy.
Podle prohlášení Indické kosmické agentury se sice jednalo jen o skromný test, ale i tak to byl významný krok ve vývoji motorů pro plánovaný raketoplán. V relativně blízké budoucnosti se můžeme těšit na další testy motorů scramjet, které budou pravděpodobně komplexnější. Po dostatečném otestování této technologie budou motory scramjet integrovány do miniraketoplánu RLV-TD, čímž vyvrcholí současný testovací program. Toho se ale dočkáme nejdříve za několik let. Start plnohodnotné verze, která by měla být zhruba pětkrát větší než RLV-TD by pak měl přijít asi za patnáct let. Plnohodnotná verze bude využívat dvoustupňovou konstrukci. První stupeň bude používat standardní raketový motor, po skončení své činnosti ale přistane na přistávací dráze, podobně jako letadlo, bude tedy znovupoužitelný. Druhým stupněm pak bude raketoplán samotný, který dosáhne oběžné dráhy za pomocí kombinace standardních raketových motorů a motorů scramjet. Indie si od tohoto ambiciózního systému slibuje veliké zlevnění letů do vesmíru, ale než tato doba nastane, bude potřeba vykonat ještě obrovský kus práce.
Zdroj: http://spaceflight101.com/
Zdroje informací:
http://www.isro.gov.in/
http://spaceflight101.com/
https://en.wikipedia.org/wiki/Ramjet
https://en.wikipedia.org/wiki/Scramjet
Zdroje obrázků:
http://www.isro.gov.in/sites/default/files/atv_29833.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/800px-Turbo_ram_scramjet_comparative_diagram.svg.png (upraveno)
https://upload.wikimedia.org/…/1280px-X43a2_nasa_scramjet.jpg
http://spaceflight101.com/wp-content/uploads/2016/08/sb2_17699.jpg
http://spaceflight101.com/wp-content/uploads/2016/08/1c33.jpg
USA se v posledních letech v této oblasti (vývoj náporových motorů) moc nedařilo, a předběhla je Čína.
Další pokrok je také dosti svázán s vývojem použitelných materiálů (především tepelná odolnost).
par poznamek – scramjet vypada jako jednoducha vec. Vlastne jen trubka s tryskama (kdyz to clovek porovna treba s turbofanem na dopravaku nebo ve stihacce tak to vypada jak trivialni vec) ale potyka se s par zasadnima problemama :
– vstup vzduchu musi byt „usmernen“ protoze na vsech hranach vznikaji šokové vlny ktere nejsou pritelem dobreho spalovani. Tvarovani vstupnich kanalu je tudiz dost zasadni veda
– cely motor se zahriva dost vyrazne a i vzduch musí byt schlazen (protože se při kompresi zahreje) takze se pouziva regenerativni chlazeni palivem coz opet zvysuje narocnost konstrukce
– vzhledem k absenci pohyblivych casti je zasadni dodrzet trajektorii letu aby do motoru slo to spravne mnozstvi vzduchu (coz neni jen vyska ale i uhel nabehu atd….)
Takze od vrcici bomby (nejslavnejsi to prostredek s naporovym resp. pulzacnim motorem) po funkcni scram jet je opravdu dlouha cesta.
Britové staví, či stavěli motor, který je kombinací náporového a raketového motoru. Úpornou obecnou snahu o snížení nákladů na start do Vemíru jak se zdá ale vyřešil již nyní Musk skokovým snížením výrobních a zejména nevýrobních nákladů oproti státnímu sektoru a to ještě nezahájil éru opakovaných letů již použitých stupňů a výhledově chce opakovaně používat i druhý stupeň.
Nutno připomenout, že Američané s raketoplánem kýženého snížení nákladů nejen nedosáhli, ale výsledkem byl pravý opak a 14 zmařených životů.
Že by je Indové byť za 15 let překonali, o tom pochybuji.
Jak jsem již několikrát podotkl, kombinace obyčejného náporového motoru k dosažení stratosféry a rychlostí kolem Mach 3-4 a jednoduchého, ale robustního (snadno servisovatelného, mnohonásobně použitelného) raketového motoru na způsob Merlinu v rozmezí rychlostí Mach 4 až Mach 10-12 je v případě dvoustupňového řešení (první stupeň suborbitální) pravděpodobně stejně přínosná jako použití scramjetu, ovšem s tím, že není třeba složitě vyvíjet scramjet. 😉
Je vysoce pravděpodobné, že Indové zde minimálně napůl sledují možné vojenské aplikace.
Ale samozřejmě, vývoj hypersonické řízené střely Brahmos 2 je už zřejmě ukončen, bude dosahovat M 4 a více. Vychází se společného vývoje Rusů a Indů kde se Indové dosud podílí hlavně finančně a zkušenosti i technologie tedy už mají. Ale samostatný vývoj dalších aplikací (hypersonické střely delšího doletu je dnes vojenský hit )je do budoucnosti v jejich vrcholném zájmu, to víte, žádné spojenectví není jisté a přátelé se rozcházejí. A kamufláž, jistě, Pakistán na to moc dobře nepohlíží, že ano. A Čína už je taky dost daleko v testech, Rusové také a USA už provedlo několik testů, pochopitelně…
Kombinace mnoha pohonů či hybridních motorů nikdy dobrotu nedělala. Příkladem může být koncepce Skylon (kde je jí zatím konec):
https://www.youtube.com/watch?v=3bkjiGGy0gc
Další věcí u takových návrhů je skutečná účinnost, která často nedosáhne plánovaných hodnot, stejně selhal lineární raketový motor.
https://www.youtube.com/watch?v=FcW9kUUTfxY
Měl pohánět X-33 (VentureStar), tedy plně opakovatelný raketoplán bez externích nádrží i SRB. Nakonec bylo zjištěno, že sice má vyšší účinnost v atmosféře (tuším + 5 až 20%), ale v součtu do ukončení chodu, vynese stejnou hmotnost a snad tam byl i problém s velkým tepelným namáháním některých částí. Být Indií soustředím se na nové koncepce celkově. Např. co nejlevnější a nejspolehlivější raketu pro vynášení těžkého nákladu až na cestu k Marsu (ne jen na nízký orbit). Kterou není problém uzpůsobit i pro pilotovaný let vč. možnosti záchranného raketového systému. Raketoplány svůj smysl mít budou, ale nejprve potřebujeme motor(y) schopný jediného skoku z povrchu do vesmíru.
Pokiaľ viem tak SABRE pre Skylon je stále vo vývoji a ESA dala len nedávno (tuším 2-3 mesiace dozadu) daľších 10 mil. na vývoj a k tomu sa objavujú náznaky žeby sa mohlo začať so stavbou HW pre pozemné testy.
Podíval jsem se, snad letos chtěli (budou ?) i testovat motory, uvidíme. Jejich řešení i vstupu do atmosféry mi ovšem triviální nepřijde. Skoro si myslím, že budou třeba mnohem větší investice a více času.
I kdyby se jim podařilo vyvinout a prosadit samotné motory, tak by to byl velký úspěch. Ani by nemusely podporovat čistě raketový režim. Použití je docela široké od civilních a vojenských letadel po nosiče schopné odpalovat menší rakety na orbitu. Mach 10 je zhruba rychlost, při které se odděluje druhý stupeň Falconu 9, takže by to mohla být velmi zajímavá alternativa ke znovupoužitelnému čistě raketovému stupni.
Mimochodem, nevite nekdo kde je a co se deje s X-37B ?
Je na oběžné dráze 🙂 a provádí běžné zkoumání jako vždy. Nic bližšího se ale zjistit nedá. Na heavens-above byste se mohl třeba podívat na jeho oběžnou dráhu, ale to je tak všechno.
Když si to tak čtu, tak se popis funkce systému „poněkud“ rozchází s obrázky publikovanými v minulém článku…
Tam to vypadalo, že raketoplán poháněný nejdřív raketovým motorem a posléze náporákem vynese znovupoužitelný horní stupeň do velké výšky(a rychlosti) a pak ho uvolní. Profil minulého testu s maximální výškou by tomu odpovídal.
Myslíte tenhle? – http://i1.wp.com/www.kosmonautix.cz/wp-content/uploads/rlv-td-3.jpg
Ten ukazuje jenom první let RLV-TD, žádné náporáky nebo znovupoužitelné stupně tam nejsou.
Pokud je cílem dostat nahoru raketoplán jako křídlatou kosmickou loď pro dopravu posádky, tak to docela chápu. Raketoplán jako kosmický náklaďák je ale nesmysl, je to jako vozit písek na stavbu autobusem se sedmi řidiči.
tydle miniraketoplany jsou urcene prave primarne pro nepilotovane lety ale nikoliv pro obecny naklad ale spis pro uzitecne zatizeni.
Proste do toho muzes nalozit cokoliv, dostanes to na obeznou drahu, dostanes to z obezne drahy, presne na misto pristani, s rozumnou urovni pretizeni atd….
Naklad muze byt cokoliv co nacpes do nakladoveho prostoru – vyzvedne kamery (film ma furt zasadne lepsi rozliseni nez digitalni obraz a pokud ti nevadi zpozdeni par dni tak se da pouzit), muze treba nalozit vzorek z cizi druzice atd…..
Až na to, že všechny obrázky ukazují opačnou konfiguraci – raketoplán s menším horním stupněm místo nosu. Profily letu to samé, raketoplán, uvolňující horní stupeň ve výšce 70-100km a potom klouzavý návrat. Buď se něco hodně změnil, nebo nevím…
Možno ten profil Scram-Raketa je kvôli tomu že až dôjde atmosteficky kyslík tak bude treba raketoplán este na obežnú drahu potlačiť. Potom by daval zmysel aj raketa-scram-raketa lebo scremjet funguje len od nejakej rychlosti.
A ještě větší smysl by dával profil vozík-ramjet-raketa. 😉
Teoreticky možná ano, ale zatím všechny obrázky byly s kolmým startem. Dává to celkem smysl, kolmý start umožňuje nejrychlejší opuštění hustších vrstev atmosféry a omezuje namáhání při startu…