Наш паровоз летит... в космос - EcoRocket из Румынии

Все мы знаем, что первый автомобиль - огненная тележка Кюньо - приводился в движение паром. И паровозы, которые ходили по железными дорогам в середине прошлого века, мы тоже видели, хотя бы в музее. Несовершенная была техника - каких-нибудь 50-100 км - и надо заправляться водой на гидроколонке. Угля в тендере хватало на 200-300 км. Неудивительно, что паровые локомотивы заменили на менее эффектные, но более практичные дизельные и электрические. Хотя старые паровозы до сих пор находятся в резерве РЖД - какой еще транспорт сможет при крайней необходимости двигаться на дровах?

Паровоз - это история! Он стал главным героем знаменитого короткометражного фильма братьев Люмьер "Прибытие поезда на вокзал Ла-Сьота", который наделал шороху в 1895 году. А в концовке современной драмы Эльдара Рязанова "Небеса обетованные" паровоз летит по небу. В Румынии фильм Рязанова тоже посмотрели и... в самом деле стали запускать "паровоз" в небо. Чтобы добраться на нем до звезд - румынская инновационная компания ARCAspace создает первую паровую ракету космического назначения!

Концепция паровых ускорителей для космических ракет

Для подъема ракет с земли достаточно часто применятся твердотопливные ускорители, которые создают большую тягу. Именно так, например, стартовали до недавнего времени американские шаттлы, про которые мы рассказывали в нашей статье "Время крылатых гигантов".

Но твердотопливные ускорители ненадежны при их многократном использовании, дороги при подготовке к запуску и, главное, токсичны. Ракеты с ними нежелательно запускать над районами, где ведется сельское хозяйство и живут люди. А кроме того, они не любят отрицательные температуры, которые характерны для российских континентальных и высокоширотных космодромов.

Поэтому и предлагается вместо твердотопливных ускорителей - применять ракетные блоки на перегретом паре, с удельным импульсом 50-60 сек, теоретически до 67 сек. Вода разогревается с помощью ТЭНов и аккумуляторных батарей (возможно, литий-титанатных), а также используется эффект вскипания при падении давления с увеличением высоты полета.

Любой специалист и неспециалист скажет, что удельный импульс (УИ, 1/9.81 от скорости истечения реактивных газов) совершенно смешной и вообще это никакая не ракета, а электрочайник со свистком. Тем не менее, от стартового ускорителя требуется, прежде всего, высокая тяга - с этой задачей паровая техника вполне справляется.

Авторы идеи паровых ускорителей показывают, как их применение позволяет сократить размеры основных американских ракет - Atlas 5 и Falcon 9, при этом Falcon 9 становится Falcon 7, поскольку обходится семью ракетными двигателями Merlin на первой ступени вместо девяти.

Эффективность паровых ускорителей — Варианты использования паровых ускорителей

Концепция ракеты EcoRocket

А чтобы показать силу своих идей, компания ARCAspace собирается сделать Румынию космической державой, запустив из акватории Черного моря трехступенчатую ракету EcoRocket.

Паровая ракета создается с 2019 года. Ее полезная нагрузка составляет всего 10 кг, т.е. речь идет о выводе т.н. наноспутников. Но здесь важен не тоннаж, а сам факт вывода любого спутника на орбиту. А кроме того, имеют значение заложенные в ракету технические решения, которые впоследствии можно будет отмасштабировать.

А здесь мы видим много интересного! EcoRocket будет стартовать не с дорогого космодрома, а с воды, как это предполагалось для нереализованного проекта сверхтяжелого Sea Dragon - "морского дракона". Здесь у нас, конечно, не сверх-драконище, а мини-дракончик. Но с поверхности воды ракеты-носители пока еще не даже не пробовали стартовать, от мала до велика. Им подавай бетонное космодромище, наподобие того, что строится на Дальнем Востоке для российской тяжелой ракеты-носителя "Ангара".

Первая ступень EcoRocket - паровая с аэроспайком(!), тяга 11.3 тонны, время работы 40 сек, высота подъема 8.5 км, скорость в конце активного участка 760 м/c. И опять-таки, аэроспайк - сопло с центральным телом, которое одинаково эффективно работает около земли и на высоте - еще нигде и никогда не применялось. Есть только проекты их применения, например, беспилотного космического грузовика ГРЦ Макеева, которые специалистами космической отрасли рассматривается как своего рода научно-техническая фантастика. В Румынии эту фантастику не рассматривают, а осуществляют! Мало того - первая ступень EcoRocket еще и многократного использования, поскольку снабжена специальным посадочным двигателем регулируемой тяги. Добавим - беспрецедентно многократного использования, поскольку, например, первая ступень современной американской ракеты-носителя Falcon 9 используется всего 10 раз.

Читатель, наверное уже приготовился узнать, как румыны на своем инновационном многоступенчатом кипятильнике улетят в космос. Но нет, инновации инновациями, а формулу Циолковского не обманешь. Паровоз может подняться высоко над Землей, но разогнаться до орбитальной скорости ему все-таки не дано.

Для достижения орбитальной скорости требуется ракетный двигатель с приличным УИ. Поэтому только вторая ступень EcoRocket использует пар и аэроcпайк. Возможно, что это будет первая многоразовая вторая ступень в истории мирового ракетостроения, если только американцы еще раньше не запустят свой "Старшип". А для третьей космической ступени EcoRocket предлагается обычное двухкомпонентное ракетное топливо - керосин и 90% перекись водорода c удельным импульсом в вакууме до 250 сек. Именно эта третья ступень, выводимая в верхние слои атмосферы двумя паровыми ступенями, набирает скорость 7.8 км/сек и выходит на орбиту. Ее возвращение на Землю не предусматривается.

Стоимость запуска EcoRocket, ее проблемы и перспективы

Теперь про экономическую эффективность. Стоимость запуска частично многоразовой ракеты EcoRocket оценивается авторами проекта в 390 тыс. долл. Для будущей более грузоподъемной ракеты EcoRocket Heavy под полезную нагрузку 60 кг обещают стоимость запуска в 1 млн 80 тыс. долл.

Это конкурентные цифры - например, для российского проекта носителя на базе твердотопливной геофизической ракеты МН-300 указывается стоимость запуска в 900 тыс. долл. при выводе на орбиту наноспутника весом 15 кг. А единственная находящаяся в эксплуатации ракета сверхлегкого класса - новозеландская Electron совершает свои полеты за 4.9-6.6 млн. долл. Правда, и полезная нагрузка у нее выше - до 250 кг.

Полетит румынский "паровоз" в космос или нет?

При всех первоначальных восторгах к создателям EcoRocket есть определенные вопросы.

Во-первых, вместо воды H2O, которая кипятится на электронагревателях, можно было бы использовать каталитическое разложение перекиси водорода H2O2. В качестве выхлопа получается тот же водяной пар, но добавление химии позволяет поднять земной удельный импульс в два раза, а именно до 100-130 секунд. Соответственно росту УИ вдвое уменьшается стартовая масса ракеты.

Во-вторых, интересно выглядит картинка с ракетой, которая плавает в воде. Дело в том, что ракеты, если только в них не применяется жидкий водород или метан, не плавают. Заправленная ракета тяжелее воды, она тонет. Или в баках EcoRocket находится перегретый пар под давлением - похоже, именно так происходят испытания ее ступеней с аэроспайком, когда они поднимаются на небольшую высоту.

В-третьих, у разработчиков EcoRocket пока еще нет третьей космической ступени, которая должна иметь очень высокое массовое совершенство (отношение массы конструкции к массе ракетного топлива). Для ее создания требуются деньги и технологии, которыми создатели паровых ракет, похоже, не вполне владеют. А средства они собирают путем сбора дотаций, поскольку Румынское комическое агентство (ROSA - Romanian Space Agency) подвергает их деятельность критике.

В общем, посмотрим на то, как будут дальше развиваться события. ARCAspace не раз меняла направление своих усилий по созданию средств выведения. Ее новая концепция 2019 года хорошо вписывается в экологическую повестку дня современной Европы. Поэтому попытка улететь в космос без применения дорогостоящих технологий и с минимальными выбросами CO2 только в верхних слоях атмосферы заслуживает внимания.