Motory na tuhé palivo jsou tradiční součástí raket již dlouhé desítky let. Často se používají jako urychlovací bloky, jindy plní roli hlavních pohonných jednotek. Kromě toho se liší i velikostí, přičemž největšími motory světa tohoto typu jsou postranní urychlovací bloky pro raketu SLS. V jejich případě však jde o menší fígl – skládají se totiž z pěti samostatných segmentů, které se spojí dohromady. Pokud bychom ale hledali největší motor na tuhé palivo, který tvoří jediný díl, museli bychom svou pozornost obrátit na Starý kontinent.
Zdroj: https://pbs.twimg.com
Evropský motor P120C se totiž může chlubit právě tímto prvenstvím. Zatím ještě do vesmíru neletěl, ale také se už o něm nedá říct, že by šlo jen o powerpointovou prezentaci. Specialistům se podařilo vytvořit první model tohoto motoru v životní velikosti. Úspěšně dopadla i zkouška jeho plnění – místo klasického paliva se ale použila inertní směs. Zkoušky budou pokračovat na kosmodromu v Kourou ve Francouzské Guyaně.
Motor P120C opravdu není žádný drobeček – pojme 140 tun paliva a jeho konstrukce tvořená uhlíkovými vlákny měří na výšku 11,5 metru a její průměr je 3,4 metru. Konstrukčně tento motor vychází z jednotky P80, která tvoří první stupeň aktuálně používané rakety Vega. Motor P 80 ale pojme pouze 88 tun paliva – P120C je tedy o více než 60% objemnější.
Zdroj: http://www.aircosmosinternational.com
Díky tomu, že návrh nového motoru vychází z již existující technologie, mohou inženýři pracovat se zkušenostmi, které nasbírali při provozu motorů P80. Aktuální modelový exemplář byl letos v létě převezen z výrobní haly italské společnosti Avio na kosmodrom v Kourou. Tady byl během 36 hodin naplněn nehořlavou směsí, která simulovala palivo.
Tato nehořlavá směs má velmi podobnou hustotu, jako skutečné palivo, které se bude používat v reálném provozu. Oproti němu ale poskytuje mnohem bezpečnější manipulaci, takže inženýři mohli bez obav vyzkoušet nové vybavení a všechny možné procedury, které s plněním paliva do obřího motoru souvisí.
Zdroj: http://www.esa.int
Po samotném „natankování“ následovala desetidenní fáze, při které směs uvnitř motoru chladla a tuhla, což je proces, který podstoupí i skutečné palivo. Motor byl během této fáze hermeticky uzavřen, aby proces zrání nebyl ovlivněn vnějšími vlivy.
Tím ale zkoušky rozhodně nekončí. Už v lednu by mělo začít další kolo testů, kdy se bude zkoušet, jak je pozemní vybavení připraveno na manipulaci s tímto motorem v horizontální poloze a také na jeho integraci. Všechny tyto zkoušky jsou nezbytné pro další krok. Tím bude výroba a odlití aktivního motoru – v něm už bude klasické tuhé palivo, přičemž jeho statický zážeh by mohl proběhnout příští rok v dubnu.
Zdroj: https://spacewatchme.com
Až bude P120C nasazen do provozu, využijí jej rakety Ariane 6 i Vega C. První jmenovaná z nich bude mít urychlovací bloky (buďto dva nebo čtyři), druhá pak jako první stupeň. Lehkotonážní Vega C by měla poprvé letět v polovině roku 2019 a oproti aktuálně používané verzi bude mít o 700 kilogramů vyšší nosnost na polární dráhu ve výšce 700 kilometrů, kam současná Vega dokáže dopravit 1,5 tuny nákladu. Premiérový let rakety Ariane 6 je plánován na rok 2020, přičemž tento nový nosič by měl postupně nahradit aktuálně používanou raketu Ariane 5.
Zdroje informací:
http://www.esa.int/
Zdroje obrázků:
http://www.avio.com/wp-content/uploads/2017/09/Primo-P120.jpg
https://pbs.twimg.com/media/C51627gXQAQsA9G.jpg
http://www.aircosmosinternational.com/upload/28/pics/2017/06/web/5952337be627a.jpg
http://www.esa.int/…/Inert_propellant_pours_into_P120C.png
https://spacewatchme.com/…Ariane_6_four_boosters_configuration_A64.jpg
Bude schopny Ariane 6 pristavat? Niekde bolo naznacene, ze sa mozno konstrukteri budu snazit o znovupouzitelnost, ale nevien si to predstavit. Prepokladam, ze vidia ako uspesne SpX pristava a zaroven vidia ze aj Blue Origin ma rozpracovany totozny koncept. Bola by skoda vyvyjat nieco coje uz technologicky zastarale.
Na začátku rozhodně ne, časem možná. Dříve se uvažovalo o projektu Adeline. Ten počítal s přistáním motorové sekce s pomocí křídel na ranveji.
Po 2025+ tuším má byť na Ariane 6 nasadený motor Prometheus ktorý bude jednak lacnejší ako Vulcain 2 a druhak má byť znovupoužiteľný tak sa uvidí.
Kvituji každou snahu evropy být na čele vývoje, ale opravdu je třeba se věnovat motorům na tuhá paliva!? Chápu že v konsorciu jako je esa nemůže docházet k revoluci, ale spíše k evoluci, přesto bych rád viděl nějaké ambicióznější projekty co se týče dopravy nákladu do vesmíru. Snadno se může stát, že za pár let bude 90 % nákladů mít pod palcem amerika, resp. Musk (né že bych mu to nepřál, ale jsem i evropan…).
Co se týče pohonu raket, tak tam se toho moc vymyslet nedá. Ariane 6 navíc tyto motory použije jen jako urychlovací a bude disponovat i motorem na kapalné palivo.
V tomto pripade to nie je krok tak velmi vedla. Zaprve si treba uvedomit, ze raketu nepostavite zo dna na den a pre vsetkych mimo SpX a BO je znovupouzitelnost zalezitostou mozno jeden a pol roka, mozno ani tolko. Za tak kratky cas (kor tak kratky cas pred planovanym nasadenim rakety) sa tak velky moloch akym ESA je (pri vsetkej ucte ku kompetentnosti ludi ESA predsalen je to europska organizacia a musi byt prerastena byrokraciou) nemohol rozhybat a urobit design rakety aspon tak znovupouzitelnym, ake su zjavne nove „priemyselne standardy“. SpX trvalo nieco take vyvinut cca 7 (?) rokov, ziadna ina velka agentura to proste pod dekadu neda. Zadruhe je ESA rozpoctova organizacia. Jej namestkovia momentalne riesia problem vypadku prijmov z komercnych letov (hlavne ten buduci), ktory im SpX odhryzne. Keby tam niekto prisiel za namestkem, ze daj mi miliardu na to, aby som naucil Ariane pristavat, tak ho vysmeju. To je u nich jeden cely rocny budget na rakety. A to treba pocitat s tym, ze to ESA za miliardu neda. Cize ESA potrebuje maximalizovat trhovy podiel s minimalnymi nakladmi. Asi pojde hlavne po nakladoch, ktore nebude chciet / moct obsluzit SpX. Nastupom FH to ale asi bude trocha dost tazke.
No a v neposlednom rade existencia bloku na tuhe paliva nie je samoucelna, ako sa uz pisalo v clanku, ten blok sluzi zaroven ako prvy stupen Vegy. To je sikovne a velmi ekonomicke riesenie, pretoze to tu raketu robi extremne lacnou.
Motory na TPH majú celý rad výhod, ale aj nevýhod. Medzi výhodami dominuje to najhlavnejšie, CENA a JEDNODUCHOSŤ. Je to len rúra naplnená palivom. Okrem nepatrnej pohyblivosti trysiek žiadne pohyblivé časti, žiadne turbočerpadlá, kompresory, ventily, potrubia, mechanické prevody…, žiadne nádrže na palivo a kyslík, žiadne tlakovanie, nádrže na tlakovací plyn, žiadne tankovanie…
Z toho vyplýva vysoká spoľahlivosť (školácka chyba na raketopláne sa určite už nikdy nebude opakovať). Možnosť skladovať na dlhé roky a v prípade potreby takmer okamžitá pripravenosť na štart, stačí vytiahnuť zo skladu a škrtnúť zápalku !
Nevýhodou je len minimálna možnosť regulácie ťahu a vektora ťahu. Pri smiešnej cene oproti raketám na KPH nikdy nebude potreba riešiť znovu-použiteľnosť. Skutočne ideálne urýchľovacie rakety s obrovským ťahom.
Nevýhodou je tiež že ju môžu vyrobiť trebárs aj malé skupinky napr. teroristov ak majú kde pracovať v tajnosti. Že je len malá možnosť riadeného letu ?
Nevadí, na zem spadnú vždy, jedno kam !
pb 🙂 🙁
Ta „minimalna“ riaditelnost bude zrejme dostatocne velka na to, aby raketa dokazala dosiahnut cielovu drahu, kedze pouzili stupne na tuhe palivo na zostavenie Vegy. Inu aj presnost usadzania nakladu na obeznu drahu u Sojuzu sa vylepsovala v prvom rade avionikou a letovym pocitacom, takze to by som ako az tak velmi kriticke nevidel.
I ty technické nevýhody se najdou. Gimballing, naklánění trysky je komplikovanější, robustnější a tedy i těžší mechanismus než u kapalného motoru. A hlavně, na velké tlaky vznikající při spalování paliva musí být u kapalného motoru dimenzována jen malá spalovací komora. U motoru na TPH musí být na tyto tlaky dimenzovaný celý ten dlouhý válec! Takže zase hmotnost navíc.
P.S. A další, pro někoho samozřejmě zanedbatelná nevýhoda, je horší manipulace s raketou při vývozu. Prázdná kapalinová raketa je jako prázdná plechovka od koly. Váží jen nějakou patnáctinu až dvacetinu startovací hmotnosti, protože palivo se bude čerpat až na rampě. U rakety na TPH se musíte se cvalíkem už od začátku vážícím patnáct až dvacetkrát víc tahat už při převozu a taky tomu musí odpovídat všechny manipulační úchyty přímo na raketě.
Porad jeste je nejefektivniejsim boosterem motor na tuhe palivo. Bez nej by se zadna z velkych raket neodlepila. Kdyby americani zbytecne nekomplikovali jeho vyrobu prevazenim krizem krazem po statech, byly by i SLS boostery o polovinu levnejsi…
Jestli to měla být ironie, tak jsem to nepochopil:
Saturn V, Energija, Delta IV Heavy, Falcon Heavy, dokonce i ta nešťastná N1, plánované BFR a New Glenn. U žádné nevidím boostry na TPH.
Toho nechapete asi vic, jak tak koukam 🙂
Cena za vyvoj a start Saturnu 5, Energie a N1 (ktera nikdy vlastne poradne neletela) je radove jinde. Delta IV Heavy je temer o rad jinde.
Vsechno ostatni jsou projekty na papire.
Jedine co skutecne smysuplne leta s poradnym nakladem jsou (a byly) systemy s TPH boostery. Ono je to totiz vyrazne levnejsi nez KPH booster… kdyz to umite udelat.
Nebo mate pocit, ze se Titan, Ariane, STS delaly s TPH protoze je to drazsi a horsi? Je zajimave ze nikdo porad nechce ten Saturn a Energii ozivit, i kdyz uz je vyvoj zaplaceny…
Nezapomeňme na raketu Sojuz v aktivní službě. Byla vždy na KPH, včetně boosterů. Centrální stupeň má větší nádrže, aby motor hořel podstatně déle. Geniální řešení bez nutnosti regulace tahu.
Koroljov prostě udělal nadčasový design rakety.
Vlastimil Pospíchal: To nebyl design Koroljova, ale Tichonravova. Parádní článek je tady:
https://technet.idnes.cz/sputnik-koroljov-druzice-091-/tec_vesmir.aspx?c=A171008_114856_tec_vesmir_mla
Sojuz s tim nema co delat, to je nosic jine tridy, bavime se tady o strednich az velkych nosicich.
A proc se TPH nepouziva vic – no protoze opravdu vykonne TPH motory neumi udelat zdaleka kazdy. Rusove to treba nikdy neumeli.
Jarda: Rusové mají velkou raketu Proton. A ten zase jede na kapalné palivo. Rusové Totiž i u Protonu počítali, že by mohl nést posádku. A proto ctili větu, kterou řekl už von Braun. Tedy, že na raketu, která nese loď s lidmi, by dal motory na TPH jenom šílenec. Proto měl von Braunův Saturn 5 samozřejmě pouze kapalinové motory.
Ano. Proto STS a planovana SLS maji TPH boostery, proto se evropsky Hermes planoval na Ariane5 s TPH boostery… to ze to rusove neumi neznamena, ze to neni vyhodne. Zadny kapalinovy motor nemuze s TPH souperit co se tyce vykonu, coz je prave ta vec, ktera je prvni minutu – dve potreba nejvic.
Jarda: Psát že to Rusové neumí je docela troufalé. Víte co je to balistická raketa pojmenovaná v kódu NATO SS-20, které sloužila už od roku 1976? Asi jo, že? Nesla tuším tři jaderné hlavice, maximální dolet 7500 km, a ano, hádáte správně, ty dva její stupně měly motory na TPH.
🙂 stale srovnavate naprosto nesrovnatelne. Tam kde ty nejvetsi vojenske rakety konci, tak o kus dal teprve zacinaji poradne boostery. To je pro vas takovy problem porovnat si rozmery a vykon libovolne balisticke strely se SRB nebo EAP? Jeden SRB ze STS strci do kapsy celou Deltu Heavy, Proton a vubec vetsinu nosicu tehle tridy… Ale samozrejme technologicky je to o tridu jinde.
Kdyz zalistujete o kus niz, tam jsem to rozpitval detailneji.
Jarda: No tak sláva. Od slova „Neumí“ jsme se dostali k „nedělají tak velké“.
Motory na TPH používají vojenské rakety, tam je to nutnost. Aerokosmické firmy dělají i vojenskou techniku, prostě tam nejsou jen čistě komerční zájmy, ale i snaha držet a vyvíjet vojensky uplatnitelné technologie domácích firem.
Statický zážeh?
To celý motor vyhoří na zemi?
A pak se znovu naplní?
Vyhorí a zahodí 😀
A co jiného dělala NASA, viz ty dva testy 5 dílných SRB při různých venkovních teplotách. Aby věděla, kdy můžou vlastně fungovat.
Ten titulek mě zmátnul, ale v textu to je naštěstí vysvětlené.
Ten booster je vlastně drobeček, poloviční proti těm současným u Ariane 5. Proto se taky budou pro větší náklady používat čtyři. Ale je z jednoho kusu a z uhlíkových vláken a vůbec lepší. A možná i levnější, i když o tom si radši nedělám moc iluze.
Pokud jsou motory na TPH tak výhodné, proč se nepoužívají v kosmonautice častěji?
To je stejné, jako kdybyste řekl, proč se ve všech autech nepoužívají dieselové nebo naopak jen benzinové motory. Aplikací je mnoho a na něco se prostě daný typ hodí více.
O kousek výš jsem našel jednu odpověď, která vypadá realisticky: „… protože výkonné motory na TPH neumí udělat zdaleka každý.“
Jeden životopisný film o jednom z konstruktérů motorů na TPH:
https://www.csfd.cz/film/17131-rijnove-nebe/prehled/
Tak to není výlučně problém motorů na tuhá paliva. 😉 Ale ty jsou vinou svých vlastností mnohem více asociované spíše s armádou než s kosmonautikou.
No nevím. Vojenské mezikontinentální rakety na tuhá paliva má dneska kromě USA určitě Francie, Rusko, Čína, Indie, Izrael a bohužel má našlápnuto i Kimova Korea. „Civilní“ velké boostery na TPH používá i Japonsko.
…vy asi nemate ani sajn, jaky je obrovsky rozdil mezi vojenskou raketou a velkym boosterem 😀
Tam, kde rozmerove ty nejvetsi vojenske rakety konci, tak teprve o neco dal ty poradne boostery zacinaji. To neni technologicka sranda pro kazdeho, protoze kdyby to kazdy umel udelat, tak to dela. Ekonomiku neokecate. Fyziku taky ne.
(Oba SRB STS mely tah temer jako 2/3 Saturnu 5, SRB SLS se mu prakticky vyrovnaji, i male EAP Ariane5 hrave prekonaji tahem cely Proton.
Ve srovnani s Deltou 4 Heavy to vychazi jeste hur, ta ma problem souperit s jedinym SRB…)
Figl je v kombinaci, protoze potrebujete relativne slaby motor na dlouhodobe horeni pro nasmerovani nakladu na spravnou drahu, ale nejdriv to cele musite nejak efektivne a rychle dostat nahoru, nabrat vysku a rychlost, proste surovy tah. A tady je TPH naprosto bezkonkurencni.
Jarda: Samozřejmě, že pro efektivitu letu je nedůležitější maximální zrychlení a tedy přetížení hned od první sekundy. Ovšem pro lety s lidskou posádkou musíte tohle docela omezit, že? Sojuz má přetížení v 40 sekundách letu asi 2G a stále to stoupá až na 4G ve 100 sekundách. To přetížení roste proto, že výkon motorů je pořád stejný, ale hmotnost rakety se razantně snižuje ubývajícím palivem. Kdybyste udělal raketu na TPH, která by valila ty 4G od začátku, tak na konci hoření, kdy už by bylo to palivo skoro všechno pryč z rakety a ta by tedy zrychlovala násobně víc, byste udělal z kosmonautů při přetížení 8G jen hodně pochroumané trosky. Samozřejmě doba letu by byla zase kratší.
To mate zase spatne. Prubeh horeni a tahu je u TPH velice dobre zvladnuty tvarovanim jadra pri vyrobe, v podstate vam tam naprogramuji prubeh tahu jaky si reknete. To je spatna uvaha.
Jarda: Ale no tak. Ta „regulace“ v desítkách procent, prakticky dvakrát tolik na začátku než na konci, asi nehrozí, že? A jakpak se to asi synchronizuje, když je těch boosterů typicky víc? Tak přesně programovat ten tah, aby oba zabraly napřed víc a pak oba snižovaly to úplně super nebude, že. A třeba ten gimballing pak ty nesouměrnosti docela komplikovaně vyrovnává, že? Třeba gimbaling na SRB Shuttlu byl jen nějakých 5 stupňů.
Vite co? Doplnte si vzdelani. S pologramotem nema moc smysl vest tyhle diskuse. Vzdyt vy o tom netusite ale vubec nic 🙂
Samozrejme ze lze zrno naprogramovat tvarem tak, aby davalo rozdilny tah na zacatku, uprostred, na konci… moznosti jsou dost siroke. Nejaky gimbaling trysky neni nijak podstatny, protoze je to booster a mam k tomu prvni stupen, ktery to v pohode zvladne. Kolik si myslite ze toho uridily SRB oproti SSME?
To je ztrata casu…
Prosím bez osobních nadávek!
To je Dusane terminus technikus, pouhe konstatovani. Sorry.
Kdyz je nekdo linej si o tom neco nastudovat i na te primitivni wiki…
Tohle je prubeh tahu SRB, je tam dobre videt naprogramovany pokles pri MaxQ kvuli snizeni namahani a pak nasledne pokles ke konci. Bylo by hezke mit to soubezne s grafem pretizeni, ale tak snad si to uz umi dat ramcove dohromady… kazdy… 😉
https://en.wikipedia.org/wiki/Space_Shuttle_Solid_Rocket_Booster#/media/File:Srbthrust2.svg
Jarda: Ale jo. Pologramoti jsme tady prakticky všichni. Nikdo nemá kompletní vzdělání. Je to docela zajímavé info. Nutí hrabat informace.
A pologramotům se hodí i wiki:
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Rocket_propellant
Zajímavá věta:
„Relative to liquid fuel rockets, solid fuel rockets have lower specific impulse, a measure of propellant efficiency. The propellant mass ratios of solid propellant upper stages is usually in the .91 to .93 range which is as good as or better than that of most liquid propellant upper stages but overall performance is less than for liquid stages because of the solids‘ lower exhaust velocities. “
Takže výhoda jsou fakt jen ty prachy…
Hmmm. Zrovna u toho Space Shuttlu to přetížení nebylo nic moc. A lítalo nahoru dolů zorvna jak u jiných raket. Je to prostě strašná kráva.
Jednoduchá (a tudíž ne úplně pravdivá) odpověď je, že vlastně vůbec výhodné nejsou. Mají o hodně nižší Isp a vyšší hmotnost než motory na tekuté pohonné hmoty. Prakticky nejdou regulovat ani vypnout.
Mají smysl u vojenských raket, které musí být připravené na okamžitý start. A když už je vojáci mají vypiplané, používají se i jako startovací boostery. Ale ty opravdu velké (jako SRB raketoplánu) už nejsou ani extra jednoduché a levné.
Klasická tuhá paliva příliš nových možností nedávají. Dosud opomíjená verze je využití jemných práškových paliv, nanochemikálií, která jsou pod tlakem tryskou rozprašována do spalovací komory různými systémy, nebo jsou aplikovány kapalné oxidanty pro vznik disperze. To je spíše vhodná budoucnost pro uplatnění a možnost regulace spalovacího procesu.
Motory na TPH sú vinikajúce tam kde je potrebný brutálný ťah a netreba moc manévrovať, teda pri štarte. Potom už sa ich čo najrýchlejšie zbaviť.
pb 🙂