Немецкие студенты проектируют космическую бензоколонку

Полет людей на Луну, а тем более на Марс потребует огромных ракет с гигантским запасом топлива на борту. Вывод в космос таких махин - задача почти неосуществимая. Возможное решение проблемы - дозаправка в космосе.

Все ведущие космические агентства мира - и американское, и российское, и европейское - планируют в обозримой перспективе пилотируемые полеты на Луну, а затем и на Марс. Понятно, что столь далекие путешествия потребуют немалого количества ракетного топлива. Если брать его с собой с Земли, это существенно повысит стартовую массу корабля, что, в свою очередь, потребует еще больше топлива. С этим заколдованным кругом американцы столкнулись уже в 1969 году, при подготовке и осуществлении своей первой миссии на Луну.

98 процентов массы ракеты - в отходы

Общая длина ракетно-космического комплекса, состоявшего из ракеты-носителя "Сатурн-5" и лунного модуля "Аполлон", превышала 110 метров, суммарная масса составляла без малого 3 тысяч тонн. Однако более 98 процентов этой массы приходилось на первые две ступени с десятью двигателями и на баки с керосином, жидким водородом и жидким кислородом, которые сбрасывались по мере того, как топливо выгорало. На окололунную орбиту прибыла третья ступень ракеты-носителя с модулем "Аполлон" и остатками топлива общей массой 65 тонн.

Понятно, что для новых полетов на Луну, а тем более на Марс нужны новые концепции, например, дозаправка на околоземной орбите. "Это особенно важно, если иметь в виду среднесрочные и долгосрочные перспективы, то есть исследовательские миссии, которые не ограничиваются околоземными орбитами, - говорит Юрген Шлуц (Jürgen Schlutz) из Института космических систем при Штутгартском университете. - Чтобы лететь к Луне или к Марсу, нужны очень большие корабли, расходующие очень много топлива. Вывести в космос такую махину, так сказать, "одним махом" практически невозможно. Значит, нам необходима технология дозаправки крупных ракет-носителей в космосе, на околоземной орбите".

Проект EXPLORE

Именно такую технологию разработала и намерена теперь испытать группа студентов под руководством Юргена Шлуца. Их проект получил название EXPLORE - в переводе с английского это, с одной стороны, означает "изучать", "исследовать", "выяснять", "разведывать", а с другой - это аббревиатура от EXPeriment for Liquid On-orbit REfueling, что переводится как "эксперимент по жидкостной орбитальной дозаправке". Этот эксперимент планируется осуществить в период с 14 по 26 февраля: небольшая ракета Rexus с опытной установкой на борту стартует с европейского космодрома близ города Кируна на севере Швеции, поднимется на высоту в 100 километров и, описав параболу, устремится вниз, к земле. Мягкую посадку обеспечат парашюты.

"На этом этапе проекта мы хотим смоделировать процесс дозаправки топливом пустого бака, - поясняет Юрген Шлуц. - Наша опытная установка на борту ракеты состоит из шести небольших резервуаров, которые во время полета должны будут с различными скоростями заполняться топливом из одного большого бака. Именно скорость заправки и является тем параметром, который мы намерены оптимизировать в ходе этого эксперимента".

Главное - чтобы не было пузырей

Опытная установка имеет скромные размеры (30х30х30 сантиметров) и массу, не превышающую 10 килограммов. Резервуары, предназначенные для заполнения жидким топливом в ходе эксперимента, строго говоря, не пустые: в них закачан газ На то есть веские причины, объясняет Юрген Шлуц: "Газ там для того, чтобы поддерживать в баках по возможности постоянное давление - это не даст топливу улетучиваться. То есть мы должны будем по мере заправки откачивать газ и следить за тем, чтобы его объем точно соответствовал объему поступающего топлива".

Поскольку использование в ходе эксперимента настоящего ракетного топлива могло привести к взрыву, было решено из соображений безопасности заменить его водой. А чтобы придать воде физические свойства, характерные для топлива, к ней будет подмешан антифриз - это уменьшит поверхностное натяжение воды и, соответственно, повысит ее текучесть. "Конечно, мы предварительно провели математические вычисления, обсчитали весь процесс на компьютерной модели, - говорит Юрген Шлуц. - Расчеты показывают, что в зависимости от скорости наполнения в баках могут образовываться различного объема пузыри воздуха или газа. Мы же хотим этого избежать, чтобы заполнить бак полностью. Такого эксперимента, как тот, что запланирован на вторую половину февраля, в мире еще не проводилось".

Полет ракеты Rexus продлится около 10 минут, из них на состояние невесомости придется меньше 3 минут, и весь эксперимент должен уложиться в эти жесткие временные рамки. Бортовая электроника зарегистрирует давление и температуру, а кроме того - осуществит видеосъемку всего процесса заправки. Уже в июне обобщенные результаты эксперимента штутгартские студенты хотят передать в Немецкий центр аэрокосмических исследований.