Японские исследователи из института ISAS (подразделение JAXA) представили инновационную концепцию ракетного двигателя, который использует атмосферный воздух для увеличения эффективности космических запусков. Идея заключается в том, чтобы отказаться от традиционного подхода, при котором ракета несёт с собой весь запас жидкого кислорода с момента старта. Такой подход делает ракеты большими, тяжёлыми и дорогими. Новый метод позволяет использовать кислород из атмосферы на первых этапах полёта, существенно снижая массу ракеты и повышая удельный импульс двигателя.
Ключевым элементом проекта стал гибридный двигатель ATRIUM (Air Turbo Rocket for Innovative Unmanned Mission). Двигатель сочетает воздушно-турбинный (air-turbo) режим и классический жидкостный ракетный режим. На низких высотах двигатель забирает атмосферный воздух, который смешивается с газами от сгорания водорода и кислорода, вращает турбину и создаёт дополнительную тягу. На средних высотах работает комбинированный режим, а выше ~30 км — полностью ракетный режим. Такой подход позволяет вертикально взлетать, экономно расходовать топливо и минимизировать вибрации и шум при взлёте и посадке.
Для практической проверки идеи реализуется экспериментальный проект CRAFT (Compact Reusable Air-assist Flight Test rocket). В рамках проекта создаётся малый экспериментальный аппарат с двигателем ATRIUM мощностью ~10 кН. Первый этап испытаний включает вертикальные подъёмы на низкой высоте (менее 1 м) для проверки работы air-turbo системы. В дальнейшем планируются более высокие полёты и проверка работы двигателя на разных этапах подъёма:
-
На старте (0–5 км): работает как турбовентиляторный двигатель. Газогенератор сжигает водород и немного кислорода, вращая турбину, которая засасывает огромные объемы атмосферного воздуха. Этот воздух смешивается с остатками топлива и сгорает, создавая мощную тягу.
-
На средних высотах (5–30 км): двигатель работает в смешанном режиме (воздух + бортовой кислород).
-
В космосе (выше 30 км): когда воздух становится слишком разряженным, воздухозаборники закрываются, и ATRIUM переходит в режим чистого ракетного двигателя.
Авторы проекта подчёркивают, что такая система позволит создавать компактные, высокоэффективные многоразовые ракеты, которые могут запускаться чаще и с меньшими затратами, чем классические системы. Кроме того, снижение шумового и вибрационного воздействия делает возможным использование научных приборов без сложной амортизации.
Примечательно, что проект CRAFT объединил две ранее конкурирующие группы внутри ISAS: сторонников многоразовых систем (вертикальная посадка) и адептов воздушно-реактивных двигателей (горизонтальный полет). Теперь они работают над единой целью — создать «умную» транспортную систему, которая эффективно использует среду, в которой находится.
Если JAXA удастся доказать эффективность ATRIUM, это изменит экономику запусков. Вместо огромных «бочек с топливом» мы получим компактные, маневренные и очень эффективные аппараты, способные летать в космос так же часто, как обычные самолеты.
