Кіріспе

Бір мезгілде 3 жанар майды жағатын немесе тотықтырғышпен 2 отынды тізбектей жағатын зымыран. Үш жанар майлы зымыран – бұл екі жанар майды пайдаланатын екі жанар майлы зымырандарға немесе бір жанар майды пайдаланатын бір жанар майлы зымырандарға қарағанда үш жанар майды қолданатын зымыран. Үш жанар майлы жүйелер жоғары нақты импульсқа ие болуы үшін жобалануы мүмкін және бір сатылы орбитаға шығу жобалары үшін зерттелген. Rocketdyne және NPO Energomash компаниялары үш жанар майлы қозғалтқыштарды сынақтан өткізген, бірақ үш жанар майлы зымырандардың ешқайсысы ұшырылмаған. Үш жанар майлы зымыранның екі түрі бар. Бірі – үш жеке жанар май ағынын араластырып, үш жанар майды бір уақытта жағатын зымыран қозғалтқышы. Екінші түрі – бір тотықтырғыш, бірақ екі отынды пайдаланатын зымыран, онда екі отын ұшу кезінде бірінен соң бірі жағады.

Бір мезгілде жану

Бір мезгілде үш компонентті жүйелер көбінесе қазіргі екі компонентті жүйелерге жоғары энергия тығыздығы бар металл қоспасын, мысалы бериллий немесе литийді қосуды қамтиды. Мұндай қозғалтқыштарда отынның окистендіргішпен жанасуы, окистендіргіш пен металл арасындағы күштірек реакцияға қажетті белсендіру энергиясын береді. Бұл жүйелердің теориялық модельдеуі екі компонентті қозғалтқыштарға қарағанда артықшылықтарды көрсетсе де, практикалық қолданылуына кедерес келтіретін бірнеше фактор бар, олардың ішінде қатты металды итергіш камераға енгізудің қиындығы, фазалар арасындағы жылу, масса және импульс тасымалдауының шектеулері, сондай-ақ металдың жануын қамтамасыз ету және оны тұрақтандырудың қиындығы жатады. 1960 жылдары Rocketdyne сұйық литий, газ тәрізді сутек және сұйық фтор қоспасын қолданып, 542 секундтық ерекше импульс беретін қозғалтқышты сынақтан өткізді, бұл химиялық ракеталық қозғалтқыштар үшін өлшенген ең жоғары мән болуы мүмкін.

Бірінен соң бірі жану

Бірінен соң бірі ұшатын үш жанармайлы зымырандарда, ұшу барысында жанармай ауыстырылады, сондықтан қозғалтқыш керосин сияқты тығыз жанармайдың жоғары итермелеуін ұшудың басында, ал кейін сұйық сутек (LH2) сияқты жеңіл жанармайдың жоғары тиімділігімен үйлестіре алады. Нәтижесінде, бір қозғалтқыш сатыланудың кейбір артықшылықтарын ұсынады. Мысалы, керосинмен жанатын қозғалтқышқа аз мөлшерде сұйық сутекті қосу жанармай тығыздығын төмендетпестен тиімділіктің айтарлықтай жоғарылауын қамтамасыз етеді. Бұл RD 701 вакуумда 415 секундтық тиімділікке қол жеткізгенінде көрсетілді (таза LH2/LOX RS 68-ден жоғары), ал ұқсас кеңейту қатынасы бар таза керосинді қозғалтқыш 330–340 секундтық тиімділікке жетеді. Сұйық сутек мүмкін болатын зымыран жанармайларының ең жоғары тиімділігін ұсынса да, оның төмен тығыздығы оны сақтау үшін үлкен конструкцияларды қажет етеді. Бұл конструкциялар көп салмаққа ие болуы мүмкін, жанармайдың өзінің жеңіл салмағын белгілі бір деңгейде теңдестіреді, сонымен қатар атмосферадағы кедергінің жоғарылауына әкеледі. Керосиннің тиімділігі төмен болса да, оның жоғары тығыздығы кішірек конструкцияларға әкеледі, бұл саты массасын азайтады және атмосфералық кедергіге байланысты жоғалтуларды азайтады. Сонымен қатар, керосинге негізделген қозғалтқыштар көбінесе жоғары итермелеуді қамтамасыз етеді, бұл ұшыру үшін маңызды, гравитациялық кедергіні азайтады. Жалпы алғанда, жанармайдың бір түрі екіншісінен тиімдірек болатын белгілі бір биіктік бар. Дәстүрлі зымыран конструкциялары осы биіктікті өз пайдасына пайдаланады, сатылану арқылы. Мысалы, Saturn V төменгі сатысында RP 1 (керосин), ал жоғарғы сатыларында LH2 пайдаланылды. Кейбір ертедегі Space Shuttle жобалары ұқсас конструкцияларды қолданды, бір сатыда керосин жоғары атмосфераға жіберілді, онда LH2 қуатты жоғарғы саты қосылып, одан әрі жалғастырды. Кейінгі Shuttle дизайны да біршама ұқсас, бірақ төменгі сатылары үшін қатты ракеталарды қолданды. SSTO зымырандары екі қозғалтқыш жиынтығын алып жүруі мүмкін, бірақ бұл ғарыш кемесі ұшудың көп бөлігінде біріншісін немесе екіншісін "өшірілген" күйде алып жүреді дегенді білдіреді. Жеңіл қозғалтқыштармен бұл орынды болуы мүмкін, бірақ SSTO дизайны өте жоғары массалық үлеске ие, сондықтан қосымша салмақ үшін өте тар шекаралары бар. Ұшыру кезінде қозғалтқыш әдетте екі жанармайды да жағады, биіктікке қарай қоспаны біртіндеп өзгертіп, шығарылатын ағынды "реттейді" (бұл тұмсық соплоға ұқсас стратегия, бірақ стандартты қоңырауды қолданады), ақырында керосин толық жанып кеткеннен кейін толық LH2 режиміне ауысады. Бұл жағдайда қозғалтқыш негізінен LH2/LOX қозғалтқышы болып табылады, оған қосымша жанармай сорғысы қосылған. Бұл тұжырымдаманы алғаш рет АҚШ-та Роберт Салкельд зерттеді, ол 1971 жылдың тамызында жарық көрген "Космикалық шаттл үшін аралас режимді қозғалтқыш, Астронавтика және Аэронавтика" еңбегінде тұжырымдама бойынша алғашқы зерттеуді жариялады. Ол осындай қозғалтқыштардың жердегі және әуеден ұшырылатын бірнеше үлгілерін зерттеді. Ол үш жанармайлы қозғалтқыштардың пайдалы жүктеме үлесінде 100%-дан астам (яғни екі есе) пайда, жанармай көлемін 65%-дан астам және құрғақ салмақты 20%-дан артық азайтатынын қорытындылады. Екінші жобалау сериясы Shuttle-дың SRB-ін үш жанармайлы бустерлермен ауыстыруды зерттеді, бұл жағдайда қозғалтқыш жобалардың жалпы салмағын жартысына дейін азайтты. Оның соңғы толық зерттеуі үш жанармайлы және (кейбір нұсқаларда) плагиндік соплоны қолданатын Орбитальды зымыран ұшағы болды, нәтижесінде Lockheed SR 71 ұшағынан сәл ғана үлкен ғарыш кемесі пайда болды, ол дәстүрлі ұшу-қону жолақтарынан жұмыс істей алады. Үш жанармайлы қозғалтқыштар Ресейде жасалды. Косберг пен Глушко 1988 жылы MAKS деп аталатын SSTO ғарыш ұшағы үшін бірқатар тәжірибелік қозғалтқыштар әзірледі, бірақ қозғалтқыштар мен MAKS 1991 жылы қаржыландырудың жетіспеушілігіне байланысты тоқтатылды. Глушконың РД 701 қозғалтқышы жасалып, сынақтан өткізілді, бірақ кейбір мәселелер болса да, "Энергомаш" мәселелерді толық шеше алатынын және жобалау ұшыру шығындарын шамамен 10 есеге азайтудың бір жолын білдіретінін айтады.