Хлопець з каналу Integza багато років мріяв про одне — зібрати власний рідинний ракетний двигун. Не на пропані з повітрям, а по-дорослому: з рідинним паливом і окислювачем. І от нещодавно він це зробив. Двигун на 5 кілоньютонів тяги, надрукований з алюмінію, працює на ізопропіловому спирті та закису азоту. А головне — він не розплавився і не вибухнув. Сам Integza зізнається: раніше всі його спроби закінчувалися видовищними феєрверками. Але цього разу вийшло інакше.
Як усе почалосяМинулого року він знімав ролик про двигун, спроєктований штучним інтелектом від компанії Leap 71. Тестували його на полігоні Airborne Engineering у Великій Британії. Там Integza і познайомився з Алістаром — викладачем аерокосмічної інженерії з Університету Шеффілда. Той якраз допомагав командам у змаганні Race to Space, де студенти з усього світу будують і випробовують рідинні ракетні двигуни.
Integza попросився в цю тусовку. Алістар спочатку пожартував, що той застарий (йому, мовляв, уже під п’ятдесят), але потім сказав «ок». І все завертілося.
Гроші на друк і тести дав AnyDesk. У компанії є програма підтримки наукових і інженерних проєктів,
і вони вирішили допомогти. Решту — проєктування — взяли на себе хлопці з «французької» команди. Хоча французи серед них тільки за місцем роботи Еліаса. Фінтон — з Шеффілда, Брендон — американець, Дом теж місцевий. Просто вони не представляли жоден університет, тож їх умовно записали французами.
Tomato Destroyer — двигун з характеромСпочатку дали ім’я. Tomato Destroyer. Потім визначили параметри: 5 кН тяги і 30 бар у камері згоряння. Паливо — звичайний ізопропіловий спирт. Дешево, безпечно, при кімнатній температурі рідкий. Окислювач — закис азоту. Той самий, що в балонах для збитих вершків і в системах швидкого прискорення автомобілів.
Алюміній для корпусу вибрали не випадково. Він добре проводить тепло і відносно недорогий. Але є нюанс: плавиться вже при 570 °C, а в камері згоряння температура легко доходить до 2700 °C. Тому без серйозного охолодження двигун просто зникне за кілька секунд.
Тут і почалася найцікавіша частина. Паливо пропускають через канали всередині стінок двигуна — класичне регенеративне охолодження. Але цього виявилося мало. Брендон і Дом,
які вже вигравали категорію на Race to Space, порадили робити суміш паливно-збагаченою. Тобто палити більше спирту, ніж потрібно для ідеального згоряння. Щоб він краще забирав тепло.
Канали біля горловини сопла зробили вужчими — там найгарячіше місце, і потік має рухатися швидше. Фінтон запропонував ще й плівкове охолодження: невелику кількість палива впорскувати прямо біля стінок, щоб створити тонкий захисний шар.
І наостанок — стара техніка 1950-х. У паливо додали трохи силіконової змазки (PDMS). Під час горіння вона залишає на стінках тонкий шар діоксиду кремнію. Це кераміка, яка тримає температуру до трьох тисяч градусів і майже не проводить тепло. Своєрідний щит.
Алюміній — це як масло серед металів. Без нормального охолодження він просто розтане. А тут GoPro на двигуні гріється сильніше, ніж сам корпус.
Інжектор і запалюванняІнжектор спроєктував Еліас. Це красива п’ятиелементна схема: чотири отвори для закису азоту і один центральний для спирту. Струмені б’ються один об одного, дробляться на дрібні краплі і добре змішуються. Еліас навіть написав Python-скрипт,
який підбирав розміри отворів з урахуванням тиску, температури і фазових переходів.
Запалювання — окремий маленький ракетний двигунчик на водні і кисні. Його самого підпалює звичайна свічка розжарювання, як у нітро-двигунах радіокерованих машин.
Друк і перші вогніДрукували на Aconity3D з алюмінієвого порошку лазером. Процес довгий, але дозволяє зробити складні внутрішні канали, які класичною обробкою майже нереально. Після друку все розпорошили, обробили поверхні, нарізали різьби.
Збирали двигун у дешевому Airbnb напередодні тестів. Виявилося, що отвори під болти Integza зробив трохи тісними. Довелося підпилювати. Класика.
Випробування проходили на легендарному полігоні Westcott — тому самому, де після війни британці вчилися будувати ракети в німецьких спеціалістів. Там навіть ходять легенди про привид обезголовленого нацистського вченого, якого вбило вибухозахисне скло під час одного з ранніх тестів. Зараз, звісно, все значно безпечніше.
Перший запуск — всього три секунди. Двигун спалахнув, полетів рівний факел, усі обіймалися. Мрія здійснилася.
Не без нюансів
Після аналізу даних з’ясувалося, що тиск у камері не дотягував до 30 бар. Тяги в 5 кН теж не було. Підняли тиск подачі. Потім ще раз. На третьому запуску нарешті вийшли на потрібні цифри. Двигун тримався.
Соплове подовження зробили з Inconel 718 — того самого суперсплаву, який використовують у серйозній ракетній техніці. Алюміній би вже розтікся, а цей метал тримає і 700 °C, і більше.
Перемогти в своїй категорії не вдалося. Перше місце взяла команда з Університету Кардіффа. Integza навіть трохи знайомий з одним із хлопців — той якось жартома зняв влог на його камеру, поки той ходив по їжу.
Що даліНайцікавіше попереду. Хлопці з Open Turbo Pumps (ті самі «французи») зробили відкритий турбонасос. І він майже ідеально підходить під параметри Tomato Destroyer — той самий ізопропіл, потрібний тиск і навіть трохи з запасом. Ніхто з аматорів раніше не стиковував саморобний рідинний двигун з саморобним турбонасосом. Якщо вийде — буде історія.
Integza вже дякує AnyDesk, Алістару і всій команді. І окремо просить: якщо дивитесь його ролики — сприймайте їх як історії ідіота, який просто веселиться, а не як інструкції. Хочете справді розібратися в ракетній техніці — ідіть у Discord r/rocketry. Там вас швидко приведуть до тями.
А томати, каже він наостанок, — гидота. Краще ракети.
Запис Ентузіаст нарешті зібрав справжній рідинний ракетний двигун спершу з'явиться на ProstoMob.
