Китайские ракетостроители начали 2024 год с сенсационной новости: они создали самый мощный на Земле двигатель.

Такое смелое открытие стало возможным, потому что в новой ракете соединили две технологии, которые ранее казались абсолютно несовместимыми.

Воздушно-реактивный двигатель теоретически мог бы поднять самолет со взлетно-посадочной полосы более чем на 30 км в стратосферу и непрерывно разгонять его до скорости, в 16 раз превышающей скорость звука (то есть 16 Махов).

При такой даже самые длительные межконтинентальные перелеты могут занимать всего один или два часа, причем лайнеры будут потреблять меньше топлива по сравнению с обычными.

Засекречивать свое открытие китайцы и не думали. Более того, схема нового двигателя подробно описана в статье в китайском научном журнале Propulsion Technology. Разработали двигатель инженеры под руководством Чжан Инина из Пекинского института энергетического машиностроения.

• Открытие произвело фурор. Даже бывший командующий Объединенного комитета начальников штабов США генерал Марк Милли заявил, что испытания китайского гиперзвукового двигателя «приковали к себе все наше внимание».
• Первый в мире устойчивый детонационный двигатель был разработан советскими учеными еще во время Холодной войны, но оставался лабораторным прототипом. А в последние годы Китай и США вступили в жесткую конкуренцию в области создания гиперзвуковых двигателей.

Китайский чудо-двигатель в четыре раза эффективнее турбореактивного

Китайский двигатель способен работать в двух различных режимах. При скорости ниже 7 Махов он функционирует как непрерывно вращающийся детонационный.

Двигатель полагается на высокую скорость транспортного средства для сильного сжатия поступающего воздуха. Засасываемый снаружи, он смешивается с топливом и детонирует, создавая ударную волну, которая распространяется в кольцевой камере. Ударная волна воспламеняет больше топлива во время вращения, обеспечивая самолету мощную и непрерывную тягу.

А вот при скорости движения выше 7 Маха ударная волна прекращает вращение и фокусируется на круглой платформе в задней части двигателя, поддерживая тягу за счет почти прямолинейной наклонной детонации. Топливо автоматически детонирует, когда достигает задней платформы, из-за очень высокой скорости поступающего воздуха.

Чжан и его коллеги не раскрыли в своей статье КПД нового двигателя. Однако, основываясь на предыдущих научных оценках, взрыв горючих газов может преобразовать почти 80% химической энергии в кинетическую. Обычные турбореактивные двигатели, которые основаны на медленном сгорании топлива, имеют КПД не выше 20−30%.

Команда Чжана заявила, что конструкция двигателя не имеет аналогов в мире, поскольку в ней совмещается два типа детонации — ротационная и линейная.

• «Наше конструктивное решение повысит оптимальную эффективность термодинамического цикла во всех диапазонах скоростей, что приведет к революционным изменениям в аэрокосмической отрасли», — говорится в исследовании.

Атлантику можно будет пересечь шесть раз за сутки

На гиперзвуковые ракеты Китая сейчас ставят в основном прямоточный реактивный двигатель. И они менее эффективны из-за необходимости перевозить кислород, в то время как воздушно-реактивные двигатели требуют, чтобы транспортное средство разогналось до скорости выше 4 Махов. Но ближе к 10 Махам происходит резкое снижение тяги.

Изобретение Чжана Инина решает все эти проблемы. А значит, новый двигатель можно будет применять не только в гиперзвуковых ракетах, но и в гиперзвуковом транспорте. Сейчас многие страны разрабатывают проекты создания авиалайнеров на криогенном топливе, которые могли бы летать со скоростью 7−10 Махов на высоте более 20−30 км.

Такие проекты есть у крупнейших корпораций, например, у Boeing. В 2018 году он представил концепт гиперзвукового лайнера, который мог бы преодолевать Атлантику за два часа, а Тихий океан за три.

• Это позволило бы выполнять обратные трансокеанские рейсы в тот же день. Такой лайнер мог бы пересекать Атлантику четыре или пять раз в сутки (сверхзвуковой Concorde не мог делать этого чаще, чем дважды).
• Создавая концепт, инженеры Boeing как раз обратили внимание на отсутствие работающего гиперзвукового двигателя, который позволил бы иметь два режима работы: ротационный и прямоточный реактивный. Boeing хотел создать комбинированный двигатель с осесимметричной кольцевой компоновкой с одним впускным отверстием и соплом. Охлаждать его мог бы жидкий метан.
• Однако концепция Boeing так и осталась на бумаге, а китайский двигатель работает.

Чжан Инин заявил, что при разработке нового двигателя самым сложным был переход между двумя режимами работы. Когда скорость приближалась к 7 Махам, режим вращающейся детонации становился неустойчивым. Авторы исследования заявили, что возможные решения проблемы включают снижение скорости воздуха с 7 до 4 Маха или ниже, чтобы топливо достаточно нагрелось для самовоспламенения.

Нет никаких сомнений, что новый двигатель после всех доработок пойдет в серию. Ведь проекты как военных, так и гражданских гиперзвуковых лайнеров остро нуждаются в новых силовых установках для достижения большей полезной нагрузки и дальности полета при меньших затратах.

Пекинский институт энергетического машиностроения, в котором работает Чжан Инин с соавторами, — крупнейший в Китае производитель реактивных двигателей (в том числе для гиперзвуковых ракет). В новой разработке активно участвовало подразделение № 93160 НОАК со штаб-квартирой в Пекине — одно из самых засекреченных в армии, никакой общедоступной информации о нем нет.