Паровая ракета-модуль с лазерными источниками тепла

Полезная модель относится к ракетам с двигателями, использующими в качестве рабочего тела воду и источник тепла для генерации потенциальной энергии избыточного давления газообразного рабочего тела и создания при его расширении пропульсивной силы, движущей летательный аппарат, и может быть использована для аппаратов, движущихся в воде, атмосфере и безвоздушном пространстве в ракетно-космической технике в качестве не только для доставки полезного груза на орбиту, но и для межпланетных полетов.
Известен лазерный ракетный двигатель, содержащий непрерывный лазерный источник тепла, в качестве рабочего тела водород и сверхзвуковое сопло (патент US №4036012, МПК Н05Н 1/24).
Известна лазерная резка металла под водой (ООО "РНЛТ", Санкт-Петербург).
Известно открытие №65 «Светогидравлический эффект» генерации водяного пара сверхвысокого давления при воздействии на поверхность воды тепловой энергии лазерного луча.
Известно устройство для лазерного воспламенения топлива в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя (Патент РФ №2533262).
Известен ракетный двигатель с непрерывно-детонационным горением топливной пары «природный газ-кислород» (Доклады Академии наук, том 478, №4, с. 429-43).
В известных РД генерация рабочего тела осуществляется в объеме КС, где продукты сгорания находятся под большим давлением, подача компонентов топлива из баков осуществляется вытеснением инертным газом в ТНА и затем в КС, после чего продукты сгорания истекают через сопло Лаваля.
При создании полезной модели ставились задачи:
- использовать для двигателя самый простой термодинамический цикл,
- использовать для рабочего тела самое эффективное, экологически чистое вещество,
- использовать для генерации газообразного тела более эффективный, компактный источник тепловой энергии,
- резко упростить конструкцию двигателя и ракеты,
- обеспечить универсальность при использовании в различных типах ракет,
- обеспечить многоразовое использование ракеты и двигателя без ремонта после межпланетного полета и возвращения на Землю.
Задачи решены тем, что:
- в качестве вещества для генерации газообразного рабочего тела содержит воду.
- в качестве источника тепловой энергии, генерирующего перегретый водяной пар, содержит лазерный источник тепловой энергии (ЛИТ).
- для генерации пара содержит камеру-сопло полусферической формы,
- подача воды из бака в камеру-сопло осуществляется насыщенным паром, генерируемым в баке тепловой энергией лазера.
- для управления полетом содержит плоские рули с приводами, установленными на срезе сопла, обеспечивающие изменение потока пара и траектории в двух перпендикулярных плоскостях, или всеракурсное сопло, обеспечивающее изменение траектории полета в любом направлении.
В паровом двигателе заявленной ПМ генерация пара осуществляется не в закрытом объеме, а в открытом, сообщающейся с окружающей средой, полусферической камере-сопле, поэтому, для обеспечения подачи воды из бака в камеру-сопло, не требуется большого давления подачи и вытеснение воды из бака в камеру-сопло осуществляется насыщенным паром, генерируемым в баке установленным в нем лазером.
На рис. 1 изображена принципиальная схема ракеты - модуля где 1 - отсек для ПН, 2 -ЛИТ для вытеснения паром воды, 3 - бак, 4 - канал подачи воды в камеру-сопло, 5, 6 - ЛИТ и испаритель, 7, 8 - привод рулей и рули, на рис. 2 камера-сопло, на рис. 3 - космический корабль для межпланетных полетов.
Работа парового двигателя осуществляется следующим образом.
При включении лазера, установленного в баке, генерируется насыщенный пар и вытесняет воду, которая, проходя через каналы испарителя, внутри которого установлен лазер, нагревается и, поступая на поверхность, взрывается в полости камеры-сопла с образованием перегретого пара высокого давления, действующего на поверхность камеры-сопла и создающего пропульсивную силу, толкающую ракету.
2
2
Например, при площади камеры - сопла 1000 см (∅=36 см.), температуре насыщенного пара Т=370°С, давлении Р=200 кг/см, сила (тяга) F=200 т.(«Справочник химика 21»).
Для старта ракеты-модуля или космического корабля используется простейший пусковой стол - плоская площадка.
При старте в замкнутом объеме между площадкой и камерой-соплом происходит накопление пара с повышением давления и кратковременным увеличением пропульсивной силы и более быстрый подъем и ускорение.
В качестве устройства, управляющего полетом ракеты, она содержит плоские рули с приводами, установленными на срезе сопла и обеспечивающими изменение потока пара и траектории в двух перпендикулярных плоскостях, или всеракурсное сопло, обеспечивающее изменение траектории в любом направлении.
Для межпланетных полетов собирается космический корабль, по меньшей мере, из двух ракет-модулей, установленных соосно и развернутых относительно друг друга на 180°, при этом между ними располагается КА, одна доставляет на планету КА, вторая возвращает его на Землю.
Взлет корабля с Земли, посадка на планету, взлет с планеты и посадка после возвращения на Землю выполняются без разворота ракет-модулей, и корабль возвращается полностью сохраненным, обеспечивая возможность его многократного использования.
Ракета-модуль может содержать один, или несколько баков с водой и равномерным расходом из них воды для сохранения продольной центровки ракеты во время полета и эффективного управления при полете.
Ракеты-модули и космические корабли, имеющие небольшой вес, при возвращении на Землю могут тормозиться работающим двигателем и опускаться на пусковой стол или как КА на парашюте.
При наличии воды на планете, на которую прилетает космический корабль, его баки заполняются планетной водой и он возвращается на Землю.
При запуске при отрицательных температурах воздуха требуется термостатирование баков, исключающее ее замерзание.
Двигатель ракеты-модуля реализует простой термодинамический цикл с использованием в качестве рабочего тела воды, для генерации пара содержит простейший лазерный источник тепловой энергии, характеризуется полной экологической безопасностью, простой конструкцией, низким объемом и стоимостью разработки КД и небольшим сроком изготовления.