Путешествия в космос - Васильев Михаил. Страница 16

В том, что реактивный двигатель самолета использует в качестве окислителя кислород воздуха, а ракетный двигатель космического корабля должен будет взять его с собой — основная разница между ними.

…С прозрачного синего неба, в котором, словно подчеркивая его синеву и прозрачность, лишь кое-где плавают легкие кучевые облачка, доносится гул самолета. Люди поднимают головы, смотрят в сторону этого гула, стараясь увидеть его источник. Но небо в той стороне чисто. И только совсем в стороне случайно некоторые замечают черную точку, несущуюся по небосклону. Вот она качнулась в воздухе, и в лучах солнца сверкнули серебристые крылья. Она изменила движение и пошла почти вертикально вверх. Вот она почти растаяла в голубом просторе. А звуки доносятся к нам из той части неба, в которой ее уже давно нет. Это летает реактивный самолет.

Еще несколько стремительных разворотов в воздухе, мертвых петель, вертикальных взлетов и падений — и, стремительно снизившись, краснозвездный самолет уже бежит по бетонной дорожке аэродрома. У него красивое тонкое тело, узкие, отброшенные назад, крылья, высоко поднятое хвостовое оперение. Он похож на метательный снаряд, на стрелу, выбрасываемую гигантской катапультой. И полет его — отнюдь не парение в воздухе прежних самолетов. Воздух больше мешает, чем помогает его полету…

В передней части корпуса самолета большое круглое отверстие. Когда самолет движется с большой скоростью, в это отверстие попадает встречная струя воздуха. Она сразу же поступает на лопасти компрессора, вращающиеся со скоростью 14–15 тыс. оборотов в минуту. Компрессор сжимает воздух, делает его более плотным. Этот сжатый воздух направляется в камеры сгорания, в которые вбрызгивается и жидкое топливо. Оно смешивается с воздухом и моментально сгорает. Температура в камере сгорания поднимается выше 1500°, и этот раскаленный поток сжатых газов устремляется в выхлопные сопла. Но на пути их встречается неожиданное препятствие — лопасти газовой турбины. Огненный вихрь ударяет в них и заставляет вращаться. Эта турбина и приводит в движение компрессор, который сжимает входящий в двигатель воздух. Пройдя турбину, поток раскаленного газа попадает в выхлопное сопло.

Сопло устроено расширяющимся к выходному отверстию. В таком расширяющемся сопле по мере продвижения газов от наиболее узкого места к широкому газы расширяются, снижаются их температура и давление, но непрерывно растет скорость движения. А мы уже знаем, что чем больше скорость выхлопных газов, тем больше будет тяга двигателя, тем он будет мощнее.

Современный реактивный авиационный двигатель — двигатель высоких параметров. Свыше 1500° температура в его камере сгорания, сотни и тысячи метров в секунду — скорость газовых потоков в реактивном сопле, 15 тыс. оборотов в секунду — скорость вращения дисков компрессора и турбины.

Вместе с тем реактивный двигатель очень прост по своему устройству. У него нет частей, совершающих возвратно-поступательное движение, как у поршневого двигателя, нет или почти нет зубчатых и других передач. Даже в тех случаях, когда на валу такого двигателя устанавливают впереди пропеллер, это не требует сложных устройств, вроде тех, что существуют у поршневых моторов для превращения возвратно-поступательного движения во вращательное.

Но, конечно, торжество реактивного двигателя в авиации еще отнюдь не означает окончательной смерти поршневого двигателя. Реактивный двигатель в настоящее время еще несколько менее экономичен, чем поршневой. Поэтому он применяется главным образом в тех случаях, когда необходимо развить высокую скорость полета. На малых же скоростях полета, километров до 750 в час, еще долго основным видом самолетного двигателя будет поршневой двигатель внутреннего сгорания.

Современная техника знает несколько видов реактивного двигателя. Мы здесь рассказали о так называемом турбореактивном двигателе (сокращенно — ТРД), наиболее широко распространенном в наше время. Такой двигатель наиболее удобен, экономичен для работы на скоростях свыше 750 километров в час и до 1500 километров в час.

При более высокой, чем последняя названная скорость целый ряд деталей реактивного двигателя становится ненужным, лишним. Двигатель еще упрощается.

В первую очередь отпадает необходимость в компрессоре. При скоростях свыше 1500 километров в час воздух специально сжимать уже не надо; он достаточно уплотняется стремительным движением самолета. Отпадает необходимость и в газовой турбине. Двигатель превращается по существу в трубу, в головное отверстие которой врывается сжатый движением воздух, в середине производится впрыскивание топлива и его сгорание, а задняя часть представляет собой расширяющееся сопло. Вообще никаких вращающихся и движущихся частей (если не учитывать насосов для подачи горючего) не содержит такой двигатель. Он называется прямоточным воздушно-реактивным двигателем (сокращенно — ПВРД).

ПВРД — двигатель будущего, двигатель сверхзвуковых самолетов.

Есть и другие системы реактивных двигателей: пульсирующий, с открывающимися и закрывающимися клапанами, турбовинтовые, снабженные в качестве движителя не только соплом, но и винтом, пороховые, работающие на твердом топливе, и т. д. Но они удобны при более низких скоростях, чем ТРД и ПВРД. В решении проблемы космических полетов они не сыграли и, по всей вероятности, не сыграют никакой роли.

САМАЯ ТРУДНАЯ ЧАСТЬ ПУТИ

А какое же значение могут иметь для решения проблемы космических полетов турбореактивный и прямоточный воздушнореактивный двигатели? Ведь они могут работать только в атмосфере, да и то не более чем до высоты в 40–50 километров. Дальше воздух становится столь разреженным, что его практически ни на какой скорости нельзя уже сжать до плотности, достаточной для горения топлива.

Но ведь этот первый участок пути — 40–50 километров сквозь атмосферу — и есть самый трудный участок. Большая часть горючего современной высотной ракеты тратится именно на преодоление этого участка пути.

Один из советских деятелей астронавтики, Н. А. Варваров, предложил применить для преодоления этого участка пути именно наиболее экономичные и удобные здесь турбореактивные и прямоточные воздушнореактивные двигатели.

Вот как представляет он себе взлет космического корабля.

Гигантский крылатый корабль с широкими крыльями, в которые вмонтированы прямоточные воздушнореактивные двигатели и под которыми в специальных кабинках подвешены турбореактивные двигатели, встанет у края наклоненной, устремленной ввысь эстакады, похожей на половину моста, ведущего в небо, но почему-то не достроенного его создателями.

Почти 5 километров будет длина этого моста — стартовой площадки для космического полета.

Крылатый корабль, очень похожий на сверхтяжелый самолет и не похожий на космическую ракету, какой мы ее себе сегодня представляем, не включая двигателей, помчится по эстакаде, увлекаемый специальной стартовой тележкой. Достигнув края эстакады, он, как камень, брошенный из пращи, полетит по воздуху. И вот тогда-то включаются турбореактивные двигатели, подвешенные под его крыльями. Они подхватят гигантский самолет и понесут его вперед и ввысь, все ускоряя скорость полета. До высоты около 20 километров и до скорости порядка 1500 километров в час поднимут и разгонят они корабль. А когда будут достигнуты эти величины, они отцепятся от широких крыльев самолета и спустятся на парашютах вниз.

На смену им включаются прямоточные воздушнореактивные двигатели, вмонтированные в крылья. Все выше и выше поднимают они самолет, все больше растет его скорость. Где-то на высоте около 50 километров, сообщив самолету скорость до 5000 километров в час, выключатся они и отвалятся вместе с большей частью широких крыльев корабля, уже не нужных ни в качестве «опоры» на воздух, ни в качестве баков для горючего.

И сразу корабль перестанет быть похожим на самолет и приобретет сходство с космической ракетой. Довершая сходство, включается его жидкостный ракетный двигатель еще разгоняя корабль и унося его ввысь. Может быть, не одна ступень, а две или три ступени жидкостных реактивных двигателей будет включаться последовательно. Но уже первая из этих ступеней включается не у Земли, а там, где почти нет атмосферы, и тогда, когда корабль набрал значительную часть космической скорости, когда он сделал первый шаг на пути к звездам.