Метановый двигатель NASA

испытания метанового двигателя

Двигатель, сконструированный и испытанный подрядчиком NASA – компанией Alliant Techsystems/XCOR Aerospace, находится на ранней стадии разработки и пока не готов для использования в открытом космосе. Однако если данная технология оправдает себя, подобные метановые двигатели могут, однажды, открыть дверь в освоение глубокого космоса.

Метан (CH₄) – основная составляющая природного газа – присутствует в избытке в Солнечной системе. Его запасы есть на Марсе, Титане, Юпитере и многих других планетах и их спутниках. Таким образом, если топливо ждёт в пункте назначения, ракете, покидающей Землю, не придётся нести огромные запасы горючего, что позволит сократить финансовые затраты. Звучит странно, однако данный газ никогда раньше не использовался в качестве топлива для космических аппаратов. В настоящее время учёные и инженеры в Маршалле, Исследовательском центре Гленна (Glenn Research Center) и Космическом центре Джонсона (Johnson Space Center) разрабатывают двигатели на основе метана и жидкого кислорода в качестве альтернативы будущего. «Несколько попыток находятся в стадии разработки, включая конкурирующую модель двигателя от компании KT Engineering», - отметила Трэмел.

«Данный проект поддерживается Программой развития технологий NASA и показывает, как технологии способны помочь исследовательским миссиям будущего», - утверждает Марк Д. Клем (Mark D. Klem), руководитель Проекта по разработке современных двигательных установок и криогеники в Исследовательском центре Гленна.

«Метан имеет множество преимуществ, - продолжает Трэмел, - Я даже задаюсь вопросом, почему мы не додумались до этого раньше?» Вообразите следующее: жидкий водород, используемый в Шаттлах, должен храниться при температуре -252,9 градуса Цельсия, что всего на 20 градусов выше абсолютного нуля! Жидкий метан, с другой стороны, может храниться при гораздо более высокой температуре -161,6 градуса Цельсия. Это означает, что ёмкостям с метановым топливом не понадобится большое количество изоляционного материала, и это сделает их легче и дешевле. Баки станут меньше, так как жидкий метан плотнее, чем водород, что также позволит сберечь деньги и уменьшить общий вес. Кроме этого, метан достаточно безопасен для здоровья человека. В то время как отдельные виды топлива потенциально токсичны, «… мы называем метан зелёным топливом, - говорит Трэмел, - вам не придётся надевать защитный костюм для работы с ним, как это делают на большинстве космических аппаратов».

Однако ключевым достоинством метана стало то, что он присутствует или может быть найден на многих планетах, которые NASA планирует посетить в рамках межпланетных миссий, включая Марс. Несмотря на то что запасы метана на Марсе не очень велики, возможно его производство посредством процесса Сабатье. Данная реакция проходит между углекислым газом и водородом при нагревании, а её продукты – метан и вода. Марсианская атмосфера в избытке содержит углекислый газ, а также небольшие объёмы водорода – таким образом, реагенты могут быть взяты с Земли либо добыты из марсианского льда.

Чем дальше путешествие в Солнечной системе, тем легче будет найти запасы метана. На спутнике Сатурна – Титане жидкий метан буквально льётся с неба. Спутник весь покрыт метановыми реками и озёрами, а также другими углеводородами, способными однажды послужить складами топлива. Представьте: ракета-носитель на метановых двигателях доставляет на поверхность Титана робот-зонд для сбора геологических образцов, пополнения баков топливом и возвращения на Землю. Подобные межпланетные миссии ещё никогда не осуществлялись. Метан содержат атмосферы Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, а Плутон имеет запасы замороженного метана на поверхности. Использование метановых двигателей может позволить новые миссии к этим планетам.

Первые серии испытаний 7500 фунтового двигателя прошли успешно, однако нужно решить ещё множество проблем, прежде чем метановые двигатели будут готовы к использованию в космических миссиях. «Один из основных вопросов с метаном – его способность к воспламенению», - утверждает Трэмел. Отдельные виды ракетного топлива воспламеняются спонтанно, будучи смешанными с окислителем, но метан требует воспламенитель. Подобные устройства сложны в изготовлении, так как планетарные температуры достигают сотен градусов ниже нуля. Трэмел и её коллеги в Маршалле и Центре Гленна в настоящее время работают над тем, чтобы реализовать механизм поджига в любых условиях.

По утверждениям Трэмел, усилиями NASA подобные проблемы преодолимы, и она верит в использование двигателей на основе метана и жидкого кислорода в космических аппаратах будущего. Голубое пламя в пустыне Мохаве – прекрасное тому подтверждение.

science.nasa.gov