Победитель школьной секции «Гагаринских чтений» разработал жидкостный ракетный двигатель

21 апреля 2022

С реактивным движением человек знаком ровно столько, сколько он наблюдает за живой природой. Мы знаем, что кальмары, осьминоги и каракатицы набирают в полость своего мягкого тела воду, а затем под давлением выстреливают её, получая толчок в противоположную сторону. Аналогичный принцип используется в реактивном двигателе, и, казалось бы, что принципиально нового можно привнести в его конструкцию по сравнению с изделиями американца Годдарда или ракетами, которые примерно в те же годы начала разрабатывать в СССР Группа изучения реактивного движения под руководством Сергея Королева?

Оказывается, можно. Это продемонстрировал Илон Маск, ликвидировавший государственную монополию на космос, и демонстрирует восьмиклассник Давид Губанов из тверской школы № 39, который пока успел меньше, но это исключительно в силу возраста.

Этой весной Давид участвовал в международной молодёжной научной конференции «Гагаринские чтения» в стенах Московского авиационного института и вернулся с уверенной победой. Строгое жюри покорил доклад школьника «Жидкостный реактивный двигатель «ЮГ-60». Проектирование, разработка, создание и испытание прототипа».

— Сама защита — это полная концентрация и готовность к любому повороту событий, — очень по-взрослому рассуждает молодой человек. — Надо быть способным спокойно дать чёткие ответы на вопросы жюри и слушателей, не рассеяться, мыслить логически, приводить сравнения, использовать все аргументы, которые послужат доказательством твоих знаний, авторского труда и индивидуальности. Не думать об успехе или поражении, просто дать понять жюри и аудитории, что всё, что ты делаешь, — это твой путь.

«Очевидными преимуществами перед имеющимися аналогами являются: высокая тяга, быстрое повторное использование, низкая себестоимость, использование экологически чистых компонентов топлива. Представленная презентация полностью раскрывает суть проекта, характеристики создаваемого ЖРД, его новизну и экономическую целесообразность создания. Команда проекта выглядит убедительно с точки зрения достижения поставленной цели», — отметил в своей рецензии член-корреспондент Российской академии космонавтики В.А. Сушенцов.

Команда молодости нашей

Название «ЮГ-60» — это дань уважения первому космонавту Земли, 60-летие полёта которого отмечалось в прошлом году. Имя Гагарина — достояние всей планеты, убежден Давид Губанов. «Космос внутри каждого из нас, задача — определить своё место во Вселенной» — вот такое кредо юный исследователь разместил в своей ленте.

Успех на Гагаринских чтениях послужил решающим импульсом к претворению чисто теоретического проекта в жизнь. Решено собрать опытный образец ЖРД «ЮГ-60» и ближе к осени испытать его. Партнёрами выступают уже знакомый читателям «МК в Твери», региональный центр выявления, поддержки и развития способностей и талантов у детей и молодёжи «Орион», ООО «ADDITIVKA», многопрофильное содружество молодых новаторов «Delta-Group», сам автор и разработчик двигателя Давид Губанов и генеральный спонсор проекта Александр Синютин. Теперь это одна дружная команда.

— Давида я узнала три года назад, он уже тогда ярко проявлял себя на школьных научно-практических конференциях и конкурсах разного уровня. В 7 классе мальчик рассуждал о космосе и технологиях на уровне как минимум студента. Дальше следила за его успехами на всероссийских конкурсах и, когда пришла работать в «Орион», предложила Давиду встретиться с нашими педагогами, которые одновременно являются сотрудниками ТвГУ и основателями стартапа «ADDITIVKA», — вспоминает научный куратор центра «Орион» Надежда Медведева.

А дальше сложился пазл: мощная поддержка наставников и семьи, незаурядные способности и «горение» мальчика идеей, молодая команда готовых профессионалов. По словам Надежды Медведевой, все в «Орионе» рады, что детская мечта перевоплощается в большую взрослую историю, что юные дарования выходят на независимую орбиту.

В День космонавтики состоялось подписание партнёрского соглашения по реализации первого этапа проекта — проектирования и создания испытательного стенда для будущего опытного образца. Следующими шагами станет изготовление прототипа двигателя, а затем проведение гидравлических и огневых испытаний. Заводским цехом для ЖРД «ЮГ-60» станет практико-ориентированный научно-технический клуб «Physica. Начало пути» при физико-техническом факультете Тверского государственного университета.

В чём изюминка ЖРД «ЮГ-60»?

Обратимся к сравнительным параметрам двигателя «ЮГ-60», а они совсем не свойственны вещи, собранной «на коленке».

Итак, разработанный тверским школьником ЖРД «ЮГ-60» работает на топливной паре метан-кислород, как и «Raptor» корпорации Маска «SpaceX». Оба двигателя весят по 1,5 тонны, в обоих давление в камере сгорания достигает 300 атмосфер. Американский мотор едва заметно превосходит тверскую разработку по удельному импульсу (361 против 355 в вакууме), однако придумка российского восьмиклассника обладает большей тягой хоть в космосе (2 181 662 Ньютона против 1 900 000 Ньютонов), хоть на поверхности Земли (2 024 484 Н против 1 700 000 Н). Средняя тяговооруженность (отношение тяги к весу двигателя) у продукции Илона Маска 120, у изобретения Давида Губанова — 143.

Оказывается, жидкостные ракетные двигатели бывают в основном открытого и закрытого цикла работы. Наиболее эффективен закрытый цикл, когда все продукты сгорания, вращающие турбины, которые в свою очередь заставляют работать топливные насосы, идут в общую камеру и там повторно дожигаются вместе с основным потоком.

Давид Губанов предложил схему с двумя газогенераторами, через которые проходит почти весь объём топливной смеси. Часть же все-таки остаётся негазифицированной и идёт в «форсунки завесы» (они создают газовую прослойку между самыми горячими областями пламени и стенкой камеры) и в теплообменники. Там этот остаток испаряется и используется для наддува топливных баков, благодаря которому топливо заходит в насос. По словам изобретателя, такая схема позволяет и увеличить эффективность, и уменьшить стоимость систем наддува баков. Иначе на ракете-носителе должны стоять большие баллоны с гелием или азотом, что может критически снизить её полезную нагрузку и просто сделать систему нерентабельной.