В течение многих десятилетий единственным средством космических путешествий были ракетные двигатели, которые работали на реактивном движении. Сегодня, в начале 21 века, аэрокосмические инженеры разрабатывают инновационные способы, которые смогут унести нас прочь к звездам, в том числе двигатели на энергии термоядерного синтеза и антивеществе. Однако есть и другие типы. Тип космического корабля, который будет проталкиваться в космос электромагнитами, может увезти нас дальше, чем любой из перечисленных методов.
При охлаждении до чрезвычайно низких температур электромагниты демонстрируют необычное поведение: в течение первых нескольких наносекунд после применения к ним электричества они вибрируют. Дэвид Гудвин, менеджер по программам Министерства высоких энергий и ядерной физики США, еще несколько лет назад предположил, что если эту вибрацию направить в одном направлении, она предоставит достаточный толчок для того, чтобы отправить космический корабль дальше и быстрее в космос, чем любой из методов движения, которые находятся в разработке.
8 июля 2001 года Гудвин представил свою идею на конференции в Солт-Лейк-Сити. Давайте разберемся, как могла бы работать электромагнитная силовая установка Гудвина и как она однажды может стать основой для космолетов будущего.
Американское министерство энергетики (DOE), как правило, не занимается разработкой двигательных установок для NASA, однако постоянно работает над созданием сверхпроводящих магнитов и очень быстрых и мощных твердотельных переключателей. В середине 90-х годов Гудвин организовал проект в NASA, в рамках которого нужно было продумать систему двигателя без ракетного топлива, которая использовала бы потенциал высоких энергий и преодолела инерцию.
«Казалось, что есть какой-то способ использовать эту технологию, если объединить ученых DOE и цели NASA, и в принципе, отсюда все и пошло», — говорил Гудвин. От DOE была идея Гудвина использовать в двигательной установке космического корабля переохлажденные сверхпроводящие магниты, вибрирующие 400 000 раз в секунду. Если этот мощный импульс направить в одну сторону, можно создать крайне эффективную двигательную установку со способностью набрать скорость порядка одного процента от световой.
В течение первых 100 наносекунд (миллиардная доля секунды) электромагнит находится в нестабильном состоянии, которое позволяет ему пульсировать крайне часто. После того как этот период проходит, магнитное поле достигает стабильного состояния и пульсация прекращается. Гудвин описывает свой электромагнит как обычный соленоид, который по сути представляет собой сверхпроводящий магнитный провод, обернутый вокруг металлического цилиндра. Вся структура в диаметре составляет 30,5 сантиметра, длина ее 91,4 см, а вес — 25 кг. Провод сделан из ниобий-оловянного сплава. Некоторые из этих проводов будут обернуты в кабель. После этого электромагнит охлаждается жидким гелием до -269,15 градуса по Цельсию.
Чтобы магнит вибрировал, нужно вызвать асимметрию в магнитном поле. Гудвин планировал вводить металлическую пластину в магнитное поле для улучшения колебательных движений. Эта пластину могла быть из меди, алюминия или железа. Алюминиевые и медные пластины лучше проводят и лучше влияют на магнитное поле. Пластина будет заряжена и изолирована от системы, чтобы создать асимметрию. После пластина будет терять электричество в течение нескольких микросекунд, чтобы магнит колебался в нужном направлении.
«И вот, вопрос в том, можем ли мы использовать это нестабильное состояние так, чтобы двигаться в одном направлении?», — спрашивает Гудвин. — «Здесь момент очень спорный. Именно поэтому мы хотели провести эксперимент». В сотрудничестве с Boeing, Гудвин ждет финансирования от NASA, чтобы провести этот эксперимент.
Ключевой деталью системы является твердотельный переключатель, который стал бы посредником для электричества, посылаемого от источника питания к электромагниту. Этот переключатель по большей части включает и выключает электромагнит 400 000 раз в секунду. Твердотельный переключатель выглядит как негабаритный компьютерный чип — представьте себе микропроцессор размером с хоккейную шайбу. Его работа в том, чтобы взять стабильное питание и превратить его в мощный импульс с частотой 400 000 раз в секунду на 30 ампер и 9000 вольт.
Откуда возьмется это питание?
«Для глубокого космоса, Марса и далее, вам нужна ядерная энергия, чтобы передвинуть любую массу», — говорит Гудвин.
Реактор способен вырабатывать питание в процессе индуцированного ядерного деления, которое производит энергию, расщепляя атомы (к примеру, уран-235). Когда распадается один атом, он выпускает большое количество тепла и гамма-излучения. Полкило обогащенного урана используется для питания атомной подводной лодки или атомного авианосца и с успехом заменяет 3,8 миллиона литров бензина. Полкило урана размером с мячик для гольфа может находиться на космическом корабле в течение довольно длительного времени, особо не занимая места.
Тепловая энергия из ядерного реактора отлично подойдет для питания космического корабля.
«Вы не доберетесь до ближайшей звезды, но слетать к гелиопаузе — вполне», — говорит Гудвин. — «Если все пойдет хорошо, можно набрать скорость в один процент от световой. Даже с такой скоростью добраться до ближайшей звезды можно было бы за сотни лет, что довольно непрактично».
Гелиопауза — это пункт, в котором солнечный ветер от Солнца встречается с межзвездным солнечным ветром, созданным другими звездами.
Для того, чтобы перевозить людей, должно быть построено крупное устройство, однако электромагнит совсем небольших размеров мог бы подтолкнуть небольшой исследовательский корабль на довольно большую дистанцию. Система, согласно Гудвину, чрезвычайно эффективна. Вопрос в том, смогут ли ученые конвертировать энергию движения, не разрушив сам магнит. Быстрая вибрация, скорее всего, поставит магнит перед вопросом быть или не быть.
Скептики говорят, что Гудвин сможет заставить магнит вибрировать быстро и часто, но это ни к чему не приведет. Гудвин признает, что нет никаких доказательств, что его силовая установка будет работать. Но один шанс из десяти есть. В конце концов, еще сто лет назад люди были твердо уверены, что мы никогда не доберемся до космоса.
hi-news.ru
NASA успешно испытывает новый космический двигатель, который не использует топливо и в принципе не должен работать, по крайней мере в соответствии с законами физики. Мы о нем немного знаем, да и концепция не нова. Двигатель, который называется Cannae Drive, хорошо показал себя в прямых испытаниях NASA, отрицая физику.
Cannae Drive построен по работам Роджера Шойера, британского ученого, который задумал так называемый EMDrive. В основе его работы лежит отскакивание микроволн в закрытой камере, которое создает тягу. Шойер так и не нашел того, кто был бы заинтересован в его устройстве, несмотря на многочисленные демонстрации. Его критики просто отрицали устройство, указывая на нарушение закона сохранения движения.
Китайцы тихо испытывают свою версию EMDrive с 72-граммовой тягой, чего достаточно, чтобы вести спутник. Об устройстве просто не сообщают, потому что мало кто верит в саму возможность его существования.
Cannae Drive, по всей видимости, был разработан независимо от EMDrive, хотя работает точно так же. В испытаниях NASA продемонстрировало, что двигатель Cannae был в состоянии создать менее одной тысячной от тяги китайской версии. Но демонстрация показала, что он работает.
NASA — серьезный игрок в области космической науки, поэтому когда команда из агентства представила, что «невозможный» микроволновый двигатель работает, это очень странно: либо результаты ошибочны, либо NASA осуществило серьезный прорыв в сфере космических двигателей.
Британский ученый Роджер Шойер пытался заинтересовать людей в своем EMDrive на протяжении нескольких лет. По его заверениям, EmDrive конвертирует электрическую энергию в тягу, не требует никакого топлива, и всю работу делают микроволны в закрытом контейнере. Он построил ряд демонстрационных установок, но критики стояли на своем: в соответствии с законом сохранения импульса, работать они не могут.
По хорошей научной практике, необходимо было, чтобы третья сторона повторила результаты Шойера. Это произошло: в прошлом году китайская команда инженеров создала свой собственный EmDrive, о котором мы упомянули. Такой двигатель мог бы работать на солнечной энергии, исключая необходимость подачи топлива, которое занимает до половины стартовой массы многих спутников. Китайская работа тоже привлекла немного внимания; похоже, никто на Западе всерьез не верит в такую возможность.
Свой собственный микроволновый двигатель построил и американский ученый Гвидо Фетта, и вот ему как раз удалось убедить NASA испытать его. Результаты оказались положительными.
Команда NASA из Космического центра Джонсона назвала работу «Производство аномальной тяги из радиочастотного устройства, измеренное с помощью низкотягового торсионного маятника». Пять ученых провели шесть дней, создавая испытательное оборудование, а после еще два дня экспериментировали с разными конфигурациями. Испытания включали «нулевое движение», идентичное живой версии, но модифицированное таким образом, что устройство производит нагрузку, которая могла бы проявить некоторый эффект, не связанный с актуальным устройством.
В 90-х годах NASA испытывало то, что можно было бы назвать антигравитационным устройством, основанном на вращающихся сверхпроводящих дисках. Результаты испытаний показывали себя очень хорошо, пока ученые не поняли, что помехи от устройства влияют на измерительные приборы. Это был хороший урок.
Крутильные (торсионные) весы, которые они используют для проверки тяги, были достаточно чувствительны, чтобы обнаружить тягу менее чем в десять микроньютонов, но двигатель на деле произвел от 30 до 50 микроньютонов — меньше одной тысячной от китайских результатов, но определено положительно, несмотря на закон сохранения импульса.
«Результаты испытаний показывают, что проект радиочастотного двигателя с резонирующей полостью, уникального устройства на электроэнергии, производит силу, которую нельзя отнести к любому из известных классических электромагнитных явлений, и, следовательно, может демонстрировать взаимодействие с квантовой вакуумной виртуальной плазмой».
Последняя строка означает, что двигатель может работать, толкая призрачное облако частиц и античастиц, которые постоянно выскакивают на свет и снова исчезают в пустом пространстве. Но команда NASA пытается избежать объяснения своих результатов, просто сообщая о том, что нашла.
Изобретатель двигателя, Гвидо Фетта, назвал его Cannae Drive («Каннский двигатель»), сославшись на битву при Каннах, в которой Ганнибал одержал победу над более сильным римским войском: вы хорошо сражаетесь, оказавшись в трудном положении. Впрочем, как Шойер, Фетта потратил годы, пытаясь убедить скептиков просто взглянуть на него. Похоже, он пришел к успеху.
«Из того, что я понимаю о работе NASA и Cannae, — их радиочастотный двигатель на самом деле работает аналогично EmDrive, кроме того, что асимметричная сила вытекает из пониженного коэффициента отражения на одном конце платы, — говорит Шойер. Он считает, что это снижает удельную тягу двигателя.
Фетта работает над рядом проектов, которые пока не может обсуждать, а PR-команда NASA не смогли получить комментарии у группы ученых. Однако справедливо предположить, что эти результаты были получено довольно быстро, как в случае с аномальными нейтрино быстрее скорости света. Вопрос с теми нейтрино прояснился достаточно быстро, но, учитывая то, что это уже третий случай создания независимого двигателя без топлива, который работает в тестах, аномальную тягу может быть намного сложнее объяснить, чем кажется.
Работающий микроволновый двигатель может серьезно сократить расходы спутников и космических станций, продлить их рабочую жизнь, обеспечить тягой миссии в глубокий космос и доставить астронавтов до Марса за недели, а не за месяцы. Возможно, это станет одним из величайших изобретений Великобритании.
Впрочем, из объяснений NASA можно предположить, что космическое агентство тоже не до конца уверено. Вопрос в другом: можно ли масштабировать этот двигатель и использовать для космических путешествий? Возможно. Но нужно больше исследований.
hi-news.ru
Это двигатель, который использует микроволны для ионизации газа для получения плазмы, которая затем используется для тяги через электромагнитные поля. Данный тип двигателя может работать только в вакууме. VASIMR может работать в низких тяговых режимах, что позволяет экономить топливо и плавно перемещать объекты, например коректировать орбиты космических аппаратов.
Основным преимуществом этой системы является защищенные магнитным полем детали двигателя от плазмы. Это поле в свою очередь может быть использована для защиты космонавтов от космического излучения.
Сегодня, прототипы таких двигателей, достигают двигательных импульсов от 3 до 30 000 секунд (скорость потока от 30 км/с до 300 км/с). Нижний предел этого диапазона можно сравнить с некоторыми ионными двигателями. Основная возможность VASIMR контролировать тягу в низком диапазоне.
Одним из первых применений двигателя будет на космических буксирах. Многочисленные исследования показывают, что даже при длительном перелете, VASIMR будет наиболее эффективным способом для перемещения грузов в космосе. Космические буксиры с одним VF-200 плазменым двигателем, смогут двигаться с нагрузкой 7 тонн на низкой околоземной орбите. Для перелета на лунную низкую орбиту ему понадобится 6 месяцев и всего нескольких килограммов топлива и солнечной энергии.
В 2011 году, как ожидается, будет установлен первый прототип этого двигателя для реальных испытаний в пространстве международной космической станции. VX-50 прототип с максимальной мощностью 50 кВт и КПД 59%. Этот прототип предназначен исключительно для наземных испытаний в вакуумной камере Ad Astra. Прототип VX-100 имеет максимальную мощность 100 кВт и КПД 72%
Прототип первого реального двигателя VX-200 будет весить 300 килограммов, и будет использовать 200 кВт мощности. Он будет установлен для тестирования на космическую станцию и в случае успеха будет использоваться в дальнейшем для корректировки орбиты станции.
skybox.org.ua
В течение многих десятилетий единственным средством космических путешествий были ракетные двигатели, которые работали на реактивном движении. Сегодня, в начале 21 века, аэрокосмические инженеры разрабатывают инновационные способы, которые смогут унести нас прочь к звездам, в том числе двигатели на энергии термоядерного синтеза и антивеществе. Однако есть и другие типы. Тип космического корабля, который будет проталкиваться в космос электромагнитами, может увезти нас дальше, чем любой из перечисленных методов. При охлаждении до чрезвычайно низких температур электромагниты демонстрируют необычное поведение: в течение первых нескольких наносекунд после применения к ним электричества они вибрируют. Дэвид Гудвин, менеджер по программам Министерства высоких энергий и ядерной физики США, еще несколько лет назад предположил, что если эту вибрацию направить в одном направлении, она предоставит достаточный толчок для того, чтобы отправить космический корабль дальше и быстрее в космос, чем любой из методов движения, которые находятся в разработке. 8 июля 2001 года Гудвин представил свою идею на конференции в Солт-Лейк- Сити. Давайте разберемся, как могла бы работать электромагнитная силовая установка Гудвина и как она однажды может стать основой для космолетов будущего. Толчок в космос Американское министерство энергетики (DOE), как правило, не занимается разработкой двигательных установок для NASA, однако постоянно работает над созданием сверхпроводящих магнитов и очень быстрых и мощных твердотельных переключателей. В середине 90-х годов Гудвин организовал проект в NASA, в рамках которого нужно было продумать систему двигателя без ракетного топлива, которая использовала бы потенциал высоких энергий и преодолела инерцию. "Казалось, что есть какой-то способ использовать эту технологию, если объединить ученых DOE и цели NASA, и в принципе, отсюда все и пошло", - говорил Гудвин. От DOE была идея Гудвина использовать в двигательной установке космического корабля переохлажденные сверхпроводящие магниты, вибрирующие 400 000 раз в секунду. Если этот мощный импульс направить в одну сторону, можно создать крайне эффективную двигательную установку со способностью набрать скорость порядка одного процента от световой. В течение первых 100 наносекунд (миллиардная доля секунды) электромагнит находится в нестабильном состоянии, которое позволяет ему пульсировать крайне часто. После того как этот период проходит, магнитное поле достигает стабильного состояния и пульсация прекращается. Гудвин описывает свой электромагнит как обычный соленоид, который по сути представляет собой сверхпроводящий магнитный провод, обернутый вокруг металлического цилиндра. Вся структура в диаметре составляет 30,5 сантиметра, длина ее 91,4 см, а вес - 25 кг. Провод сделан из ниобий-оловянного сплава. Некоторые из этих проводов будут обернуты в кабель. После этого электромагнит охлаждается жидким гелием до -269,15 градуса по Цельсию. Чтобы магнит вибрировал, нужно вызвать асимметрию в магнитном поле. Гудвин планировал вводить металлическую пластину в магнитное поле для улучшения колебательных движений. Эта пластину могла быть из меди, алюминия или железа. Алюминиевые и медные пластины лучше проводят и лучше влияют на магнитное поле. Пластина будет заряжена и изолирована от системы, чтобы создать асимметрию. После пластина будет терять электричество в течение нескольких микросекунд, чтобы магнит колебался в нужном направлении. "И вот, вопрос в том, можем ли мы использовать это нестабильное состояние так, чтобы двигаться в одном направлении?", - спрашивает Гудвин. - "Здесь момент очень спорный. Именно поэтому мы хотели провести эксперимент". В сотрудничестве с Boeing, Гудвин ждет финансирования от NASA, чтобы провести этот эксперимент. Ключевой деталью системы является твердотельный переключатель, который стал бы посредником для электричества, посылаемого от источника питания к электромагниту. Этот переключатель по большей части включает и выключает электромагнит 400 000 раз в секунду. Твердотельный переключатель выглядит как негабаритный компьютерный чип - представьте себе микропроцессор размером с хоккейную шайбу. Его работа в том, чтобы взять стабильное питание и превратить его в мощный импульс с частотой 400 000 раз в секунду на 30 ампер и 9000 вольт. Откуда возьмется это питание? За пределы Солнечной системы Министерство энергетики США также работало над планами по созданию ядерного космического реактора для NASA. Гудвин считает, что этот реактор можно использовать для питания системы электромагнитного движения. Министерство энергетики работало над обеспечением финансирования и 300-киловаттным реактором, который мог стать реальностью к 2006 году. Силовая установка преобразовывала бы тепловую энергию, вырабатываемую реактором, в электроэнергию. "Для глубокого космоса, Марса и далее, вам нужна ядерная энергия, чтобы передвинуть любую массу", - говорит Гудвин. Реактор способен вырабатывать питание в процессе индуцированного ядерного деления, которое производит энергию, расщепляя атомы (к примеру, уран-235). Когда распадается один атом, он выпускает большое количество тепла и гамма- излучения. Полкило обогащенного урана используется для питания атомной подводной лодки или атомного авианосца и с успехом заменяет 3,8 миллиона литров бензина. Полкило урана размером с мячик для гольфа может находиться на космическом корабле в течение довольно длительного времени, особо не занимая места. Тепловая энергия из ядерного реактора отлично подойдет для питания космического корабля. "Вы не доберетесь до ближайшей звезды, но слетать к гелиопаузе - вполне", - говорит Гудвин. - "Если все пойдет хорошо, можно набрать скорость в один процент от световой. Даже с такой скоростью добраться до ближайшей звезды можно было бы за сотни лет, что довольно непрактично". Гелиопауза - это пункт, в котором солнечный ветер от Солнца встречается с межзвездным солнечным ветром, созданным другими звездами. Для того, чтобы перевозить людей, должно быть построено крупное устройство, однако электромагнит совсем небольших размеров мог бы подтолкнуть небольшой исследовательский корабль на довольно большую дистанцию. Система, согласно Гудвину, чрезвычайно эффективна. Вопрос в том, смогут ли ученые конвертировать энергию движения, не разрушив сам магнит. Быстрая вибрация, скорее всего, поставит магнит перед вопросом быть или не быть. Скептики говорят, что Гудвин сможет заставить магнит вибрировать быстро и часто, но это ни к чему не приведет. Гудвин признает, что нет никаких доказательств, что его силовая установка будет работать. Но один шанс из десяти есть. В конце концов, еще сто лет назад люди были твердо уверены, что мы никогда не доберемся до космоса. hi-news.ru Новости Lenta-UA Другие новости по теме: Загрузка... Выбор редактора На Евромайдане сформировали женскую сотню самообороны В центре Киева на Евромайдане сформировали женскую сотню самообороны - активистки будут учить женщин защищать себя и оказывать медицинскую помощь.Сейч... ВАЖНОЕ На Евромайдане сформировали женскую сотню самообороны Гриценко привел доказательства, почему Австрия должна арестовать Азарова ЕС не должен применять санкции к Украине, пока там ведется политический диалог ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ 15:00 На Евромайдане сформировали женскую сотню самообороны 14:45 Вера Брежнева отпраздновала свой День рождения в Киеве (ВИДЕО) 14:30 102 населенных пункта остаются обесточенными 14:15 Ученые смогли вырастить полноценную искусственную кожу 14:00 Гриценко привел доказательства, почему Австрия должна арестовать Азарова Программа на TVgid.ua (все каналы). Автобазар Avtosale в Киеве. 2012-2014.
in-space.info
Электромагнитный ускоритель с изменяемым удельным импульсом (англ. Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket; VASIMR) — электромагнитный плазменный ускоритель, предназначенный для реактивного ускорения космического аппарата. Реактивный двигатель использует радиоволны для ионизации рабочего тела с последующим разгоном полученной плазмы с помощью электромагнитного поля для получения тяги.
Метод нагрева плазмы, используемый в VASIMR, был разработан в результате исследований в области термоядерного синтеза. Цель разработки VASIMR — заполнить разрыв между высокоэффективными реактивными системами малой тяги с высоким удельным импульсом и низкоэффективными системами большой тяги с низким удельным импульсом. VASIMR способен работать в режимах, близких к системам большой тяги и малой.
Концепция двигателя предложена астронавтом и учёным Франклином Чанг-Диазом из Коста-Рики в 1979 году и продолжает развиваться в настоящее время.
VASIMR, иногда рассматриваемый как электротепловой плазменный ускоритель (ЭПУ), использует радиоволны для ионизации и нагрева рабочего тела и электромагнитные поля для ускорения плазмы для получения ускорения. Этот тип двигателя можно рассматривать как вариацию безэлектродного плазменного ускорителя, отличающегося в способе ускорения плазмы. Оба типа двигателя не имеют никаких электродов. Основное преимущество такого проекта в исключении проблемы эрозии электродов. Более того, так как все части VASIMR защищены магнитным полем и не приходят в прямой контакт с ионизированной плазмой, потенциальная продолжительность эксплуатации двигателя, построенного по такому проекту, гораздо выше ионного двигателя.
Проект включает в себя три части:
Изменяя количество энергии на радиоволновый разогрев и количество рабочего тела, направленного на создание плазмы, VASIMR способен как производить малую тягу с высоким удельным импульсом, так и относительно высокую тягу с низким удельным импульсом.
Диаграмма VASIMRВ отличие от обычных циклотронно-резонансных нагревающих процессов, ионы в VASIMR сразу же проходят через магнитное сопло быстрее времени, необходимого для достижения термодинамического равновесия. Основываясь на теоретической работе 2004 года Арефьева (Arefiev) и Брейзмана (Breizman) из Техасского университета в Остине, практически вся энергия в ионной циклотронной волне будет равномерно распределена в ионизированной плазме за один проход в циклотронном абсорбционном процессе. Это позволяет ионам покинуть магнитное сопло с очень узким распределением энергии, что дает упрощенное и компактное распределение магнитов в двигателе.[1]
Текущие VASIMR должны обладать удельными импульсами в диапазоне от 3000 до 30 000 секунд (скорости истечения от 30 до 300 км/с). Нижний предел этого диапазона сопоставим с некоторыми существующими концепциями ионных двигателей. Регулируя получение плазмы и нагрев, VASIMR может управлять удельным импульсом и тягой. Двигатель также способен использовать гораздо более высокие уровни энергии (мегаватты) по сравнению с существующими концепциями ионных двигателей. Поэтому VASIMR может обеспечить в десятки раз большую тягу, при условии наличия подходящего источника энергии.
VASIMR не подходит для запуска полезной нагрузки с поверхности Земли из-за его низкого соотношения тяги к массе и может быть использован только в невесомости. Он может быть использован в качестве последней ступени, сокращая потребность в топливе для транспортировки в космосе. Ожидается, что двигатель должен выполнять эти операции за доли стоимости от стоимости на основе технологий химического реактивного движения:
Другие применения VASIMR (например, транспортировка людей к Марсу) требуют наличия источников очень высоких энергий с небольшой массой, таких как ядерные энергетические установки.
В августе 2008 г. Тим Гловер (Tim Glover), директор по развитию фирмы «Ad Astra», публично заявил, что первым ожидаемым применением двигателя VASIMR является «заброс грузов (не людей) с низкой околоземной орбиты на низкую лунную орбиту» и будет предназначено для поддержки программы НАСА возвращения на Луну.[2]
Основным разработчиком VASIMR является «Ad Astra Rocket Company». На данный момент основные усилия были направлены на улучшение общей эффективности двигателя, путём увеличения уровней используемой энергии. Согласно данным компании, текущая эффективность VASIMR составляет 67 %. Опубликованные данные по двигателю VX-50 говорят о том, что двигатель способен использовать 50 кВт на излучение в радиодиапазоне, обладает КПД 59 %, вычисленное следующим образом: 90 % NA эффективность процесса получения ионов × 65 % NB эффективность процесса ускорения ионов. Модель VX-100, как ожидается, будет иметь общую эффективность 72 %, путём улучшения параметра NB, то есть эффективности ускорения ионов, до 80 %.[3][4]
Однако имеются дополнительные меньшие потери эффективности, относящиеся к конвертации постоянного тока в радиоволновую энергию и потребление энергии сверхпроводящими магнитами. Для сравнения, рабочий ионный двигатель NASA HiPEP, обладает общей эффективностью ускорителя 80 %.[5] Опубликованные данные испытаний по VASIMR модели двигателя VX-50 показывают, что он способен производить 0,5 Н тяги. «Ad Astra Rocket Company» планировала проведение испытаний прототипа двигателя VX-200 в начале 2008 г. с мощностью излучения в радиодиапазоне 200 кВт с целью достижения требуемой эффективности, требуемой тяги и удельного импульса.
24 октября 2008 года компания заявила, что генерация плазмы двигателем VX-200 с помощью радиоволн первой ступени или твердотельным высокочастотным излучателем энергии достигла планируемых рабочих показателей. Ключевая технология, твердотельное преобразование энергии постоянного тока в радиоволны, стала крайне эффективной и достигла уровня 98 %. Радиоволновый импульс использует 30 кВт для превращения газа аргон в плазму, оставшиеся 170 кВт расходуются на разгон и разогрев плазмы в задней части двигателя с помощью ион-циклотронного резонансного разогрева.[6]
На основании данных, опубликованных по предыдущим испытаниям VX-100[7], можно ожидать, что двигатель VF-200, который должен быть установлен на МКС, будет иметь системную эффективность 60—65 % и уровень тяги 5 Н. Оптимальный удельный импульс предполагается на уровне 5000 с и использованием в качестве рабочего тела аргона. Удельная мощность оценивается в 1 кг/кВт, что означает, что вес данной версии VASIMR будет составлять только 300 кг.
Одна из оставшихся проблем — определение соотношения потенциально возможной тяги по отношению к действительному её значению. То есть, будет или нет горячая плазма находится на расстоянии от двигателя на самом деле. Это будет подтверждено в 2009 г, когда двигатель VX-200 будет установлен и протестирован в достаточно большой вакуумной камере. Другая проблема — управление выделяемым паразитным теплом при работе (60 % эффективности означает около 80 кВт ненужного тепла), решение которой критически важно для продолжительного функционирования двигателя VASIMR.
10 декабря 2008 года «Ad Astra Rocket Company» заключила контракт с NASA на определение расположения и испытание полетной версии VASIMR VF-200 на МКС. Его запуск запланирован на 2011—2012 гг[2][8][9].
7 июля 2009 года сотрудники «Ad Astra Rocket Company» успешно испытали плазменный двигатель на сверхпроводящих магнитах.[10]
VASIMR-двигатель на МКС будет использоваться в пакетно-монопольном режиме, с периодическими включениями. Так как производство электроэнергии на МКС недостаточно велико, система будет включать в себя набор батарей с достаточно малым потреблением тока для подзарядки, которая позволит двигателю работать в течение 10 мин. Этого будет достаточно для поддержания высоты станции, что исключит необходимость дорогостоящей операции по подъему станции с использованием ускорителей на основе химических реакций горения.
Наиболее важным применением в обозримом будущем для VASIMR-ускоряемых космических аппаратов является транспортировка грузов. Многочисленные исследования показали, что VASIMR-ускоряемый аппарат будет более эффективным при движении в космосе по сравнению с традиционными интегрированными химическими ракетами. Космический буксир, ускоряемый одним VF-200, был бы способен переместить 7 т груза с низкой земной орбиты на низкую лунную орбиту примерно за шесть месяцев полета.
NASA планирует перемещение 34 т полезного груза от Земли до Луны. Для того, чтобы совершить такое путешествие, должно быть сожжено около 60 тонн кислород/водород. Сопоставимый космический буксир требовал бы 5 двигателей VF-200, потребляющих 1 МВт электроэнергии, получаемой от солнечных батарей или от ядерного реактора. Для того, чтобы проделать такую же работу, подобный буксир потратил бы только 8 тонн аргона. Время полета буксира может быть сокращено за счёт полета с меньшим грузом или используя большее количество аргона в двигателях при меньшем удельном импульсе (большем расходе топлива). Например, пустой буксир при возвращении к Земле должен покрывать это расстояние за 23 дня при оптимальном удельном импульсе 5000 с или за 14 дней при удельном импульсе 3000 с.
Предполагается, что 200-мегаваттный двигатель класса VASIMR сможет осуществлять миссии по доставке людей к Марсу всего за 39 дней, по сравнению с шестью месяцами, которые требуются традиционным ракетам.[11]
dic.academic.ru
Многие десятилетия космические путешествия осуществлялись с применением ракетных двигателей на реактивном топливе. Но этот способ используется достаточно долго, и аэрокосмические инженеры подумали, что пора придумать нечто новое, вроде двигателей на антивеществе или термоядерном синтезе. Правда, есть и более "альтернативные" идеи. Корабль на электромагнитах сможет отвезти нас дальше, чем любые существующие сегодня аппараты.
Когда электромагниты охлаждаются до низких температур, они демонстрируют интересное поведение: в первые несколько наносекунд после того, как к ним прикладывают электричество, магниты вибрируют. Дэвид Гудвин, менеджер Министерства ядерной физики и высоких энергий США, предположил еще несколько лет назад, что если такие вибрации направить в каком-нибудь одном направлении, их будет достаточно, чтобы отправить в космос космический корабль.
В 2001 году Гудвин рассказал про свою задумку в Солт-Лейк-Сити и объяснил принципы работы электромагнитной силовой установки. У исследователя была идея применить в двигательной установке корабля сверхпроводящие переохлажденные магниты, которые бы вибрировали со скоростью в 400000 колебаний в секунду. Направив этот импульс в одну сторону, можно было бы сделать эффективную установку, способную набрать скорость, равную примерно 1% скорости света.
Первые 100 наносекунд электромагнит нестабилен, что позволяет ему часто пульсировать. Когда данный период проходит, поле становится стабильным, и пульсации прекращаются. Гудвин описывает нужный магнит как обыкновенный соленоид, представляющий магнитный сверхпроводящий провод, обернутый около цилиндра из металла. Структура имеет диаметр в 30,5 сантиметра, длину в 91,4 сантиметра, вес в 25 килограмм. Провод выполнен из ниобий-оловянного сплава. Электромагнит охлаждают гелием до температуры в -269,15 градуса.
Для того чтобы начались вибрации, нужно создать асимметрию в поле. Гудвин собирался использовать введение металлической пластины, чтобы улучшить колебательные движения. Такая пластина могла бы быть сделана из алюминия, меди или железа, причем предпочтение отдавалось первым двум материалам, которые известны как отличные проводники. Ученый планировал заряжать пластину и изолировать от системы с целью создать асимметрию. Затем бы она начала терять электричество за несколько микросекунд, чтоб направить колебания магнита в выбранном направлении.
"И тут возникает вопрос: получится ли у нас использовать это нестабильное состояние, чтобы перемещаться в каком-либо направлении? — говорит Гудвин. — Момент спорный, потому нужен эксперимент". Сейчас Гудвин ожидает от NASA средства на реализацию эксперимента.
Также в системе нужен твердотельный переключатель, который бы включал и выключал электромагнит 400000 раз за секунду. Работа его состоит в том, чтобы используя стабильное питание, превратить его в мощный импульс на 30 А и 9000 В. Но откуда брать это питание? Гудвин думает, что для этого можно применить реактор, который разрабатывался Министерством энергетики.
Реактор может выработать нужную энергию при индуцированном ядерном делении, расщепляя атомы, например, уран-235. 0,5 килограмма такого урана отлично заменит почти 4 миллиона литров бензина.
"До ближайшей звезды, конечно, долететь не получится, но гелиопаузу достичь реально, — говорит Гудвин. — При хорошем раскладе можно разогнаться до скорости в 1 световой процент. Но даже с ней до ближней звезды нужно лететь сотни лет, что непрактично".
Чтобы возить много людей, электромагнит нужно сделать более крупным, чем предлагает Гудвин, но небольших его размеров будет достаточно для исследовательских кораблей. Гудвин считает, что система эффективна. Правда, еще остается вопрос, смогут ли ученые направить энергию так, чтобы не разрушить магнит. А высокая вибрация наверняка поставит вопрос ребром.
Скептики считают, что магнит может начать вибрировать часто и быстро, но результатов это не принесет. Гудвин согласен, что доказательств относительно того, сможет ли работать его устройство, нет, но шанс имеется. Стоит вспомнить, что 100 лет назад некоторые говорили, что и в космос подняться невозможно.
www.innoros.ru
NASA подтверждает работоспособность «невозможного» волнового двигателя, не использующего реактивную массу — EmDrive
Источник - http://habrahabr.ru/post/232093/Автор - Amberlight
Дисклеймер: данная статья написана неспециалистом в данной области. Корректировки, замечания и развёрнутые комментарии всячески приветствуются.
Суть новости
30 июля на 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference — пятидесятой совместной конференции Американского Института Аэронавтики и Астронавтики, Американского Сообщества Инженеров-Механиков, Сообщества Автомобильных Инженеров и Американского Сообщества Инженерного Образования, посвященной двигательным системам, если кому интересно значение сокращений, представители лаборатории NASA предоставили отчёт, согласно которому EmDrive, двигатель, создающий тягу без выброса реактивной массы, работает.
Принцип работы
Очевидно, читатель, следуя примеру мирового научного сообщества, скептически выгибает бровь относительно предыдущей фразы. Потому тут же приведу описание принципа работы двигателя, представленное на сайте компании-изобретателя.
В самом общем виде устройство состоит из магнетрона и отражательной камеры специфической формы, создающей резонанс электромагнитной волны.Принцип действия основывается на эффекте давления электромагнитного излучения: микроволновое излучение оказывает давление на отражатель. Благодаря форме отражательной камеры давление на большей стороне оказывается выше, чем на меньшей. Возникает логичное возражение, что, согласно ньютонианским законам, такое давление в закрытой системе приведёт лишь к нагрузке на материал камеры. Однако, по утверждению создателей, в данном случае необходимо применение Специальной Теории Относительности, согласно которой, из-за околосветовой скорости движения волны, отражательная камера и волна должны рассматриваться в разных системах отсчёта и, следовательно, комбинация отражатель+волна становятся открытой системой и создаёт тягу без использования реактивного выброса. Сила волны дополнительно увеличивается благодаря создаваемому резонансу. Интересующиеся конкретными формулами могут посмотреть их в приведённом выше источнике.ИсторияПервый экспериментальный образец: медного цвета отражательная камера, магнетрон и много водного охлаждения.Первые новости о таком двигателе появились в 2000 году, когда британец Roger J. Shawyer основал компанию Satellite Propulsion Research Ltd, занятую разработкой этого устройства. Несмотря на то, что рабочий прототип был изготовлен ещё в 2003 году (устройство создавало тягу в едва заметные, но достаточные для доказательства работоспособности концепции 16 mN), полноценные независимые исследования были начаты только в 2008 году — тогда китайская команда учёных провела теоретические расчёты и согласилась, что теория жизнеспособна. В 2010 году та же команда опубликовала работу, где вывела формулу расчёта тяги такого двигателя, а так же заявила, что в экспериментах была получена тяга в 720 mN (72 грамма). Однако, и их работа была встречена с большим скептицизмом.Наконец, учёный из США, Guido Fetta, построил свою версию «безтопливного» двигателя, работающего на том же принципе, но использующего не форму отражателя камеры, а отражатели с разным коэффициентом отражения, и убедил NASA провести испытания.
Результаты испытаний лаборатории Eagleworks Laboratories были представлены 30 июля 2014г. Общий смысл отчёта можно сжать до «Мы не уверены, как это работает, но оно работает»: исследователи старались избегать размышлений о физике работы двигателя и просто привели результаты испытаний. Выдержка из отчёта.
Для надежности испытаний сотрудники лаборатории провели сравнительные испытания «нулевого двигателя» — той же системы, настроенной с незначительными изменениями, предотвращающими появление тяги, а также испытывали рабочий образец в разных направлениях, чтобы исключить возможные ошибки, вызванные воздействием электромагнитного поля на измерительное оборудование.
Согласно отчёту NASA, удалось достичь тяги в 30-50 mN. Заметно меньше, чем ранее заявленный результат китайской команды, однако вполне достаточно для подтверждения функциональности такой системы. К сожалению, количество затраченной электроэнергии указано не было, так что оценить эффективность такого двигателя пока не выходит.
Источники информации: раз и два.
Возможное применение
Дальнейший текст является исключительно авторскими размышлениями
Думаю, любой энтузиаст космической техники сможет привести немало возможных ситуаций, где подобный электрический двигатель будет крайне полезен. В первую очередь — вывод спутников на высокую земную орбиту. Сейчас большая часть массы отправляемого на геостационарную орбиту аппарата состоит из топлива. С использованием EmDrive, аппарат может выйти на высокую орбиту, получая энергию от солнечных батарей или РИТЭГов.
Аналогичная система может использоваться и для исследования Солнечной системы — двигаясь с постоянным, хоть и небольшим ускорением, космический аппарат сможет покрывать межпланетные расстояния куда быстрее, чем используя современную систему «начального пинка» от химической ракеты и полёта по баллистической траектории.
Аналогичную систему предлагают ионные двигатели, но, во-первых, в них всё же используется рабочее тело, а значит, что его количество накладывает ограничения на общее количество тяги, которое может произвести двигатель, не говоря о том, что топливо имеет массу. Во-вторых, судя по увиденному, конструкция EmDrive куда проще и дешевле ионного двигателя: отражательная камера, магнетрон, источник энергии и система охлаждения — все эти части достаточно просты и давно испытаны.
Разумеется, пока что речь идёт лишь о крайне лёгких аппаратах — ещё неизвестно, возможно ли будет создать двигатель с тягой достаточной, чтобы его можно было установить на пилотируемый корабль или аппарат размером с межпланетный модуль Curiosity. Однако, если это всё же окажется возможным, единственным ограничением в межпланетных перелётах окажется энергия, а в отличие от топлива, добывать её в космосе мы уже умеем.
ru-universe.livejournal.com
