Германия заказала разработку клиновоздушных ракетных двигателей — они нужны для космических самолётов

Германия сделала ставку на технологию, которая может перевернуть представление о ракетостроении. Федеральное ведомство по оборудованию, информационным технологиям и технической поддержке бундесвера (BAAINBw) заключило контракт с аэрокосмическим стартапом Polaris Raumflugzeuge на разработку полномасштабного прототипа клиновоздушного ракетного двигателя (КВРД). Речь идет не просто о модернизации, а о принципиально ином подходе к силовым установкам, который обещает сделать космические полеты дешевле и эффективнее.

Почему традиционные двигатели упираются в потолок

Современные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) с классическим колоколообразным соплом близки к пределу своих возможностей. Их главный недостаток — жесткая привязка к высоте полета. Каждое сопло оптимизировано под конкретное атмосферное давление. На старте, когда давление высокое, двигатель работает в одном режиме, в стратосфере — в другом, а в вакууме теряет до 30% эффективности. Это вынуждает конструкторов использовать многоступенчатые ракеты, где каждая ступень имеет свой двигатель, что увеличивает массу и стоимость.

Принцип «обрезанного колокола»

Клиновоздушный двигатель решает эту проблему радикально. Его сопло представляет собой как бы разрезанный пополам колокол. Отсутствующую половину заменяет набегающий поток воздуха. За счет этого геометрия рабочей камеры динамически меняется в зависимости от внешнего давления. По сути, двигатель сам подстраивается под высоту, сохраняя высокую эффективность от уровня моря до глубокого вакуума. Это позволяет заменить целую связку двигателей разных ступеней одним агрегатом, экономя топливо и массу конструкции.

Главная головная боль инженеров

Оборотная сторона эффективности — колоссальные технические сложности. Основная проблема — тепловая нагрузка. У КВРД огромная площадь открытой стенки «клина», которая подвергается воздействию раскаленных газов. Система охлаждения должна быть не просто мощной, а экстремально интенсивной. Вторая сложность — управление тягой. В классическом двигателе точка впрыска топлива одна, а здесь их целый ряд вдоль каждой стороны клина. Это требует сложнейшей электроники и алгоритмов управления, чтобы обеспечить стабильное горение и вектор тяги.

Эксперты отмечают, что именно эти инженерные барьеры остановили программу NASA X-33 в 1990-х, где КВРД планировали для многоразового космического корабля. Немецкий стартап Polaris Raumflugzeuge уже имеет практический опыт: компания создала и запускает уменьшенные модели космических самолетов длиной 2-3 метра. Следующий шаг — демонстратор NOVA длиной 6,7 метра, запуск которого намечен на начало следующего года. Не исключено, что именно на него установят новый двигатель.

Долгое время клиновоздушные технологии оставались уделом лабораторий и теоретических изысканий. Первые серьезные разработки велись в США в рамках программы создания многоразового корабля «Спейс Шаттл», но были свернуты из-за перерасхода средств. Сейчас интерес к ним возрождается на фоне гонки за многоразовыми носителями. Контракт с BAAINBw — первый случай, когда государство выделяет целевое финансирование на полномасштабный прототип КВРД, а не просто на исследовательские работы.

Если Polaris Raumflugzeuge удастся провести успешные летные испытания, это станет мировым прецедентом. Демонстрационный полет с КВРД откроет дорогу к созданию одноступенчатых космических самолетов. Такие аппараты смогут взлетать с обычных аэродромов, выводить грузы на орбиту и возвращаться обратно, не сбрасывая ступеней. Это радикально снизит стоимость килограмма полезного груза и сделает космос доступнее для коммерческих и военных проектов.