Кіріспе
Кеңейтілетін соқпақ – дәстүрлі конструкциялардан айырмашылығы, биіктіктің кең диапазонында тиімділігін сақтайтын ракета соқпағының бір түрі. Ол биіктікке бейімделетін соқпақтар класына жатады, оған плагин соқпақ және аэроспайк кіреді. Кеңейтілетін соқпақ техникалық жағынан ең қарапайым және модельдеу тұрғысынан түсінуге оңай болғанымен, оны жасау ең қиын болып көрінеді. Дәстүрлі қоңырау тәрізді соқпақта қозғалтқыш қаптамасы жану камерасынан шығатын кішкентай диаметрлі тесіктен біртіндеп кеңейеді, камерадан алшақ сарқылады. Негізгі идея – шығыс газдарының қысымын кеңейту арқылы төмендету, осылайша шығыс орнындағы қысым қоршаған ортаның қысымына жетеді. Теңіз деңгейінде жұмыс істеу үшін қаптама әдетте қысқа және тік бұрышты болады, кем дегенде ғарышта жұмыс істеуге арналған қаптамамен салыстырғанда, ол ұзын және біртіндеп жайылады. Бұл атмосфера арқылы елеулі уақытты жұмсайтын ракета қозғалтқышын оптималды пішіндеу мүмкін емес екенін білдіреді. Ракета жасаушылар өздерінің қажеттіліктеріне ең қолайлы нүктені таңдауы керек, бірақ бұл басқа биіктіктерде итермелеуді 30%-ға дейін азайтуы мүмкін. Кеңейтілетін соқпақ бұл мәселені бір қозғалтқышта екі қаптаманы, бірін екіншісінің ішіне орналастыру арқылы шешеді. Бірінші қаптама тікелей жану камерасына бекітіледі, төменгі биіктікте пайдалануға арналған, қысқа және кең. Екінші қаптама, біріншісінің сыртында орналасқан, төменгі биіктіктегі қоңыраудың үстінен киіліп, оны жоғары биіктікте қолданылатын ұзын және тар (ұзындығы бойынша өлшенетін) қоңырауға дейін кеңейтеді. Ұшып көтерілген кезде сыртқы қаптама ішкі қаптамадан шығарылып, шығыс газдарының жолынан бұрылады. Ғарыш кемесі биіктікке көтерілген сайын, сыртқы қаптама ішкі қаптаманың үстінен төмен түсіріліп, итермелеу тиімділігін арттырады. Осылайша кеңейтілетін соқпақта екі қолайлы нүкте болуы мүмкін, бұл жалпы өнімділіктің айтарлықтай жақсаруына әкеледі. Концепциясы бойынша қарапайым болғанымен, кеңейтілетін соқпақты жасау көрінетіннен әлдеқайда күрделі. Қозғалтқыш қоңырауларын ыстық ракета газдарынан зақымданудан қорғау үшін салқындату қажет, бұл кеңейтілетін соқпақтарды жасауда қиындықтар тудырады. Салқындату әдетте тотықтырғыш немесе отын (LH2 отыны бар қозғалтқыштар үшін) арқылы қоңыраудағы түтіктер арқылы жүргізіледі. Қоңырау қозғалғанда, салқындатқыш сұйықтықты қоңырауға жеткізетін түтіктер икемді болуы керек, бұл дизайнның артықшылықтарын тым қымбат ететін күрделілікті арттырады. Сұйық сутегінің жағдайында, сұйықтықтың химиялық жағынан өте реактивті болуы кемшілік болып табылады, бұл осы мақсатта қолдануға жарамсыз көптеген икемді материалдарды жасайды. Жоғарыда аталған себептерге байланысты қазіргі заманғы конструкциялар (мысалы, NK 33-1, RL 10A-4 және RL 10B-2) радиациялық салқындатылған күшейтілген көміртекті-көміртекті соқпақ ұзындығын қамтиды, оған ешқандай салқындатқыш түтік қажет емес. Кеңейтілетін соқпақты алғашқы рет қолданған қозғалтқыш дизайны Pratt & Whitney XLR 129 болып көрінеді. XLR 129 McDonnell Aircraft ұшағының көтеріліс-планерлік дизайнына қуат беру үшін жасалған, бұл жоба ISINGLASS (немесе RHEINBERRY) зерттеуінің бөлігі ретінде енгізілді, ол Lockheed A-12 ұшағының орнын алмастыруға арналған жаңа конструкцияларды қарастырды. Бұл сұйық оттегі/сұйық сутек дизайны, ол кезеңді жануды қолданады және шамамен итермелеу күшін тудырады. XLR 129-дың үлкейтілген нұсқасы Space Shuttle Main Engine конкурсына ұсынылды, бірақ оны Rocketdyne HG-3-тің үлкейтілген нұсқасы RS-25 жеңіп алды. Бұл қозғалтқыштар ұшырудан бастап атмосферадан тыс ғарышқа ұшуға дейін жұмыс істейтіндіктен, кез келген биіктікке бейімделу олардың жалпы өнімділігін айтарлықтай жақсарта алады. Кейін шығынды азайту кезеңінде кеңейтілетін соқпақтан бас тартылды, нәтижесінде RS-25 төмен биіктікте 25% өнімділік жоғалтты. Глушко RD 701 үш отынды ракетасында кеңейтілетін соқпақты қолданды. Совет мемлекетінің құлдырауымен қаржыландыру тоқтатылды, бірақ дизайнерлер қозғалтқыштың әлеуеті бар екеніне сенімді және қосымша қаржыландыру үшін бірнеше тарапқа жүгінді.
the skirt is generally short and highly angled, at least in comparison to a skirt designed for operations in space, which are longer and more gradually shaped. This means that a rocket engine that spends any significant amount of time climbing through the atmosphere cannot be optimally shaped; as it climbs the ambient pressure changes, so the exact shape and length of the skirt would have to change in order to maintain the proper pressure. Rocket designers have to select the sweet spot that is most appropriate to their needs, realizing that this will reduce thrust by as much as 30% at other altitudes. The expanding nozzle addresses this to a degree by including two skirts on a single engine, one inside the other. The first skirt, attached directly to the combustion chamber, is designed for use at lower altitudes and is short and squat. The second, sitting outside the first, fits over the lower altitude bell to extend it into a longer and narrower (measured in terms of length) bell used for higher altitudes. At liftoff the outer bell is pulled up from the inner bell, out of the way of the exhaust. As the spacecraft climbs, the outer bell is pushed back down over the inner bell to increase the thrust efficiency. Thus an expanding nozzle can have two sweet spots, which can lead to a major improvement in overall performance. Generally simple in concept, the expanding nozzle is considerably more complex to build than it might seem. Engine bells must be cooled to avoid damage from the hot rocket exhaust, and this has presented problems in expanding nozzle designs. The cooling is normally accomplished by running either the oxidizer or fuel (in the case of LH2 fueled engines) through tubing in the bell. With the bell moving, plumbing carrying the coolant to the bell has to be flexible and this increases complexity to the extent that the advantages of the design are often considered too costly. In the case of liquid hydrogen, the fluid also has the disadvantage of being highly reactive chemically, making a variety of common flexible materials unsuitable for use in this role. For the aforementioned reasons modern designs (e. g. NK 33 1, RL 10A 4, and RL 10B 2) feature radiatively cooled reinforced carbon–carbon nozzle extensions needing no coolant plumbing at all. The first engine design to include an expanding nozzle appears to be the Pratt & Whitney XLR 129. The XLR 129 was intended to power a McDonnell Aircraft boost glide aircraft design that was entered as part of the Project ISINGLASS (or RHEINBERRY) study looking at follow on designs to replace the Lockheed A 12 that was just entering service. It was a liquid oxygen/liquid hydrogen design that used staged combustion and generated about thrust. An enlarged version of the XLR 129 was proposed for the Space Shuttle Main Engine contest, but this was won by the RS 25, an enlarged Rocketdyne HG 3. Since these engines are fired from the point of liftoff into extra atmospheric space flight, any sort of altitude compensation could dramatically improve their overall performance. The expanding nozzle was later abandoned in a cost cutting phase, and the RS 25 suffers a 25% loss of performance at low altitude as a result. Glushko has used an expanding nozzle on one design, the RD 701 tripropellant rocket. Funding ran out with the fall of the Soviet state, but the designers are convinced the engine has potential and have approached several parties for additional funding.