Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2004 № 09

Маленький «шаттл» не годится для дальних космических экспедиций — например, для полета на Марс, — но европейцы, похоже, к этому и не стремятся. Далекой перспективе исследования и освоения других планет они предпочитают довольствоваться запуском околоземных спутников для обеспечения работы телевидения и связи, метеонаблюдений.

Станислав ЗИГУНЕНКО

В начале 30-х годов XX века ученые СССР, Германии, Австрии и других стран делают первые шаги к реальной космонавтике. Начинаются работы по созданию жидкостных реактивных двигателей (ЖРД). ЖРД, напомним, представляет собой камеру в форме кувшина, куда впрыскиваются жидкое топливо и окислитель. Здесь они сгорают, а продукты сгорания, вытекая из камеры, создают реактивную тягу. Она и движет ракету.

Однако ракета и ее двигатель — это сложная взаимозависимая система. Чтобы развить необходимую скорость, важна не только тяга, но и то, каким образом она создается, с какой скоростью вытекают из двигателя продукты сгорания. Если увеличить эту скорость вдвое, то расход топлива при разгоне упадет в 7,5 раза! Неудивительно, что борьба сегодня идет за малейшую, порою измеряемую десятками метров в секунду, прибавку к скорости истечения продуктов сгорания.

Такая же ситуация была и в 30-е годы. Немецкий инженер Вернер фон Браун с большим трудом довел скорость истечения продуктов сгорания двигателя своей знаменитой «Фау-2» до 2000 м/с. А в то же время австрийский ученый Ойген Зенгер уже работал с двигателем, дававшим скорость 3048 м/с, на десятилетия опередив американских и советских ученых.

Как же Зенгеру это удалось?

Для получения высоких скоростей истечения температура продуктов сгорания должна быть не ниже 3000 °C, а давление в камере сгорания — десятки и сотни тысяч атм. В первых экспериментах оба этих фактора почти мгновенно разрушали стенки двигателя. Не спасали самые жаропрочные материалы. Охлаждать стенку — это значит отнимать у нее тепло. А отнятое тепло нужно куда-то девать. И это, как ни странно, довольно разорительно. При охлаждении, например, стенок цилиндра автомобильного двигателя в атмосферу выбрасывается треть тепла сгорающего в нем топлива!

В 1903 г. К.Э.Циалковский предложил заключить двигатель в особую охлаждающую рубашку и между ее стенками прокачивать топливо или окислитель. Забрав у стенок тепло, они нагреются, а затем, попав в камеру сгорания, возвратят отнятое тепло двигателю. Такой способ охлаждения называется регенеративным. Но на первых порах создание охлаждающей рубашки многим конструкторам показалось излишне сложным. Они предложили просто поместить двигатель в бак с топливом.

Попробовали, но оказалось, что двигатели прогорают в считаные секунды. Сделали охлаждающую рубашку — результат тот же.

Причину никто из ракетчиков объяснить тогда не смог, поскольку посмотреть, что творится в двигателях, было невозможно — они, как сказано, взрывались, а телекамер еще не существовало. Пришлось бы размещать двигатель за бетонной стеной и наблюдать за ним, как из подводной лодки, при помощи перископа. Нет нужды объяснять, как это дорого.

О.Зенгер, будучи на первых порах весьма стеснен в деньгах, решил эту задачу при помощи… паяльной лампы и железного бака для стирки белья. Направляя пламя лампы на стенку бака, он заметил, что, если пламя невелико, вода так сильно отнимала тепло у стенки, что та оставалась холодной. Но стоило пустить лампу на полную мощность, все менялось. По другую сторону стенки вода закипала, и возникала паровая подушка, которая полностью изолировала нагреваемое место от основной массы воды в баке. Стенка в считаные секунды раскалялась добела и прогорала. Однако, если перемешивать воду, паровая подушка исчезала.

Зенгер начал эксперименты с трубками из различных металлов, по которым пропускал керосин. При этом он нашел такие сочетания давления и скорости протекания керосина, при которых трубки выдерживали жар не только паяльной лампы, но даже сварочной горелки, которая легко плавила броневую сталь. Из своих экспериментов Зенгер сделал довольно неожиданный вывод: реактивный двигатель должен напоминать кокон бабочки, полученный намоткой тонкой трубки со спаянными между собою витками.

Успехи Зенгера были замечены, и военные предложили ему создать и возглавить секретный научно-исследовательский институт в местечке Трауэн ( Trauen ) по созданию космического самолета для удара по Америке.

В 1941 году Зенгер создал ЖРД с тягой 100 т. Но испытать его не успели. Гитлер почувствовал, что события на Восточном фронте принимают опасный оборот, и отказался от финансирования проектов, которые не могли привести в короткие сроки к появлению нового оружия на полях сражений. Работа же над проектом Зенгера требовала нескольких лет, и финансирование ее было прекращено. В дальнейшем Зенгера к работам над ЖРД не привлекали. Однако его идеи были творчески воплощены в дальнейших работах американских конструкторов.

А. ИЛЬИН

ПОКРАСИТЬ ТЕФЛОНсумели сотрудники кафедры физической электроники физфака МГУ. До сих пор никому не удавалось «приклеить» молекулы красителя к поверхности самого скользкого в мире вещества. По словам руководителя исследований, профессора Андрея Александрова, окраску тефлона удалось осуществить после того, как поверхность полимера была обработана пучками ускоренных ионов аргона или кислорода. В результате часть атомов фтора на поверхности тефлона была замещена на гидроксильные группы, с которыми и прореагировал краситель.

Кроме того, в результате обработки поверхность самого тефлона стала слегка шершавой. А это в некоторых случаях весьма удобно, поскольку помогает приклеить к тефлоновой поверхности посторонние молекулы. При этом свойства самого материала изменяются лишь в тончайшей пленке поверхностного слоя. Так что все свои полезные качества — устойчивость к высоким (до 400 °C) температурам и химическую стойкость — тефлон сохранил полностью.

ДЕШЕВЫЕ КВАЗИКРИСТАЛЛЫ, способные с одинаковым успехом делать прочными как сковородки, так и самолетные шасси, получили российские ученые. По словам руководителя проекта, профессора Московского государственного института стали и сплавов Сергея Калошкина, ученые еще двадцать лет назад научились получать твердые металлические сплавы, атомная структура которых отлична от классических кристаллов. До недавнего времени их производство отличалось сложностью и дороговизной. И все же удалось настолько упростить производство, что полученные порошки-наполнители добавляют в самые различные смеси — резину, полимеры. При этом происходит резкое упрочнение исходного материала.