Електрическите ракети: предизвикателства и възможности за бъдещето

Електрическите ракети имат потенциала да променят радикално ракетостроенето, но основното препятствие пред тях е осигуряването на огромно количество енергия по време на полет. Това обясни д-р Стоил Иванов от Физическия факултет на Софийския университет „Св. Климент Охридски“ и съосновател на Bulgarian Space Cluster в предаването „Футуризъм“ по Bloomberg TV Bulgaria с водещ Антон Груев.

Какво прави електрическите двигатели обещаващи и какво ги ограничава

Електрическите двигатели постигат много висока скорост на изхвърляне на пропелант — около 120 хил. м/с, но изстрелваният от тях дебит е изключително малък: грамове, микрограми или порция частици в секунда. Точно този нисък дебит е главното им ограничение, тъй като за увеличаването му е необходима огромна енергия. Д-р Иванов отбеляза две възможни решения: носим много мощен енергиен източник на борда или безжично предаване на енергия от Земята към ракетата. Сред разработките има идеи за ракети, оборудвани с антени, които улавят микровълни от Земята и ги превръщат в електрическа енергия.

Ядрени двигатели и рисковете при използването им

Друг клас двигатели са ядрените, при които не енергията в горивото, а поставен изотоп нагрява пропеланта. Те дават по-висока ефективност — около 9000 м/с изхвърляне на пропелант, което е приблизително два пъти по-добро спрямо химическите двигатели, посочи Иванов. Въпреки това наличието на радиоактивен материал на борда представлява сериозен риск: много ракети падат в океаните или близо до населени места, а боравенето и разполагането на радиоизотопи е трудно, затова този тип двигатели не се използват широко.

Химическите двигатели: достигнат лимит и модерни практики

Ефективността на двигателите по същество се определя от скоростта, с която горивото се изхвърля. При химическите двигатели теоретичният лимит е почти достигнат — около 4500 м/с. За да се намалят разходите за извеждане на апарати в орбита, космическите агенции и частни компании вече масово прилагат повторна употреба на степените, пример за което са практики на Китайската космическа агенция и SpaceX, изтъкна Иванов.

Най-употребяваните горива и проблемите със съхранението

Най-разпространените ракетни горива в момента са керосин, хидразин и комбинацията водород–кислород. Именно с водород и кислород са работили ракетите Saturn V, използвани при кацането на Луната. Според Иванов „горивото на бъдещето“ ще бъде това с по-голямо съдържание на енергия, като за момента водородът остава сред най-добрите варианти. В същото време той предупреждава, че водородът има сериозни особености при складиране и интеграция в системите — изисква високо налягане или криогенни условия, което води до инженерни усложнения. Дебитът на горивото трябва да се поддържа относително постоянен през целия полет, защото промяната му променя параметрите на двигателя.

Позицията на Европа и инициативите в България

Ариane, разработена от европейски консорциум без участие на България, остава сред най-надеждните ракети по отношение на съотношението успешни и неуспешни полети, отбеляза Иванов. Като пример за европейско частно предприятие той посочи германската Isar Aerospace, която е сравнима с европейски еквивалент на SpaceX и наскоро е осъществила успешен полет.

В България има няколко ракетни инициативи. Преди три години във Физическия факултет бе създаден ракетен клуб, съставен предимно от студенти. Те вече извършиха успешен полет с първата си ракета с твърдогоривен двигател. Горивната смес е разработка на студентка и съдържа сорбитол и калиев нитрат; това е била нейната дипломна работа. При първия полет ракетата достигна височина около 1 км. Следващата цел на клуба е изграждане на двустепенна ракета и при следващия тест, планиран за догодина, целта е да се достигне 5 км.

Д-р Иванов акцентира, че независимо от различните подходи — електрически, ядрен или химически — ключът към по-ефективните ракети остава управлението и доставката на енергия, както и инженерните решения за безопасно и практично използване на наличните технологии.