С самого начала времен Человек поднимая глаза в небо и задавался вопросами: что там «наверху» и как до этого «верха» добраться. Проходили эпохи и века, но человек так и не оставлял своей мечты отправится ввысь. С каждым новой идеей, с каждым новым гением, Человек приближался к своей мечте. Медленно, но целеустремленно, Человек подчинял законы мироздания для своей мечты. Сначала самодельные крылья, потом воздушный шар. Следующим шагом стал Самолет, перевернувший весь взгляд на авиастроение. Сотни и тысячи молодых умов были воодушевлены на новые открытия. И вот уже Человек покорил атмосферу Земли и уже устремил свои взгляды дальше и выше, в Космос. Человек опять принялся соревноваться, но на сей раз не только с природой, но и с самим собой за звание первого в космосе. И после тысячи экспериментов и тестов Человек покорил рубеж земной орбиты. Дальше была она: Луна. И опять человек доказал свой ум и терпение, покорив и Луну. Но Человек знал, что может больше и отправлял зонды ко всем телам в нашей солнечной системе. Совсем недавно Человек своими роботами добрался и до Плутона, теперь взгляда Человека устремлены как никогда вдаль. И только технологии сдерживают его воображение и тягу к первооткрыванию.
Сейчас мы окунемся в мир перспективных космических двигателей, которые собственно и будут нашими лошадей которые несут нас по направлению к звездам. Для начала стоит понимать, что их себя представляет обычный реактивный двигатель. Третий закон Ньютона гласит- «Сила действия равна силе противодействия», это высказывание лежит в основе всего ракетостроения. То есть если тяга двигателя направленна в одну сторону, то ускорение самого аппарата с этим двигателем направленна в противоположную сторону, и эта сила равна по модулю.
Таким образом напрашивается вывод: чем больше массы вы выбросим в противоположную сторону нашего желаемого направления, тем большую скорость разовьем. Это не совсем верно пора ввести новое понятие: «Удельный импульс» это показатель эффективности реактивного двигателя и равен отношению создаваемого им импульса к расходу топлива. Чем больше удельный импульс, тем меньше топлива надо потратить, чтобы получить определённое количество движения. Теперь нам нужно учитывать и скорость вылета рабочего тела из сопла.
В современных ракетных двигателях для повышения удельного импульса используются разные топливные па́ры. Существуют 3 типа использующихся топливных пар:
1 Керосин (РГ-1) + жидкий кислород. Удельный импульс – 250-306 с
Такая пара обеспечивает наибольшую надёжность и общую дешевизну использования. Двигатели на такой паре используют советские и российские РД-107 и РД-108 на ракетах семейства Р-7 («Восток», «Молния», «Восход», «Союз»). Говоря о том, что эта система очень надежна надо понимать, что за 59 лет использования в разнообразных миссиях по запуску как пилотируемых, так и дистанционно управляемых аппаратов, было совершенно около 1500 запусков с 97% успеха. Такого процента не достигло ни одно семейство ракет.
2 Жидкий водород + жидкий кислород. Удельный импульс – 311-339 с
На сегодняшний день основным оператором такой системы является НАСА и Европейское космическое агентство, двигателями советского производства РД-180, двигателями европейского производства «Вулкан-2», а также американскими RS-68. Такая пара обеспечивает наибольший удельный импульс среди используемых систем. Но в тоже время его сложность в содержании и поддержании определённой температуры на протяжении полета, означают высокую стоимость запуска. Большую эффективную показывают в условиях вакуума, следовательно, целесообразно использования во вторых и третьих ступенях.
3 Несимметри́чный диметилгидрази́н + тетраоксид диазота. Удельный импульс – 288-316 с
Отличительные особенность этой пары — это возможность длительного хранения ракет в заправленном виде при нормальных температурах, а значит самым рациональным использованием является питание ядерных ракет средней и межконтинентальной дальности. Так как ядерное оружие должно быть в строю длительное время без серьёзного обслуживания и дозаправки. Но есть и минусы у этой системы: токсичность, канцерогенность, вероятность взрыва НДМГ в присутствии окислителя, а также НДМГ заметно дороже керосина. Также используется в российских ракетах «Протон» и «Протон-М»
Все эти системы помогли Человеку покорить орбиту Земли, но чтобы идти дальше нужны новые технологии почти фантастические. Начнем мы с более отработанных на практике.
1 Ионный двигатель. Эта система используется и модернизируется уже с 1964 г. В основе лежит создание реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле. В качестве рабочего тела использует ионизированный инертный газ (аргон, ксенон и т. п.) и электричество. В вакууме удельный импульс достигает 4000 с, однако тяга такого двигателя крайне мала и где обычный ракетный двигатель справился бы за пару секунд, ионному надо месяцы. Таким образом это идеальный выбор для малы спутников которым надо достичь высокой орбиты или дальних небесных тел в нашей солнечной системе. Еще используемый в качестве топлива ксенон очень дорог, что содвигает на поиски более дешевого аналога.
2 Ядерный двигатель. Этот двигатель испытывался только в лабораториях и не видел практического применения, однако результаты исследований показывают перспективность данного типа двигателей из-за высокого удельного импульса (порядка 800с) и большей по сравнению с ионным двигателем тягой. Еще один плюс такой системы — это необходимость только одного вида рабочего тела – водорода. Но все же трудности эксплуатации присутствуют, например, для работы двигателя водород разогревается в ядерном реакторе, что приводит к экранированию от радиационного излучения, а, следовательно, большей массе. Но из-за ядерного реактора на борту можно не беспокоится о электричестве.
3 Проект «Орио́н» — проект пилотируемого ядерно-импульсного космического корабля («взрыволёт») для исследования межпланетного и межзвёздного пространства. В основу его работы положено использование энергии ядерного взрыва. Из космического аппарата, в направлении, противоположном полёту, выбрасывается ядерный заряд небольшого эквивалента и подрывается на сравнительно малой дистанции от корабля (до 100 м). Заряд сконструирован таким образом, чтобы бо́льшая часть продуктов взрыва в виде расширяющегося плазменного фронта, движущегося с релятивистскими скоростями, была направлена в хвост космического корабля: где массивная отражающая плита принимает на себя импульс и передает его кораблю через систему амортизаторов (или без них — для беспилотных версий). Проект «Орион» закрыт в 1965 году и в настоящий момент не только не разрабатывается, но и не рассматривается в качестве потенциального направления создания двигателей для космических аппаратов, связанно это с запретом на использование ядерного оружия в космосе.
4 «Солнечный парус» — проект приспособление, использующее давление солнечного света или лазера на зеркальную поверхность для приведения в движение космического аппарата. С этой системой лететь к другим звездам можно без топлива как такового, но возникает проблема с использованием солнечного света. Так как давление солнечного света уменьшается пропорционально квадрату расстояния от звезды. Однако солнечный парус может действовать в течение почти неограниченного периода времени поэтому в некоторых случаях его использование может быть привлекательно, в том числе запуск исследовательских зондов к другим звездам.
5 Межзвёздный прямоточный двигатель Бассарда – имеет другой принцип использования топлива, вместо того чтобы нести всё топливо с собой. Предлагается брать его из межзвёздного пространства воронкой огромных размеров, как реактивные самолеты забирают из воздуха кислород для своих двигателей. Однако хоть в межзвёздном пространстве водород самый распространенный газ, число его атомов приблизительно в тысячу раз больше атомов всех остальных элементов, вместе взятых, его все равно ничтожно. Возможна установка генератора электромагнитного в центре воронки, для большего числа пойманного водорода. Но у этой системы существует еще одно ограничение – это ограничение по скорости, связанное с тем, что при улавливании каждого атома водорода корабль теряет определённый импульс, который удастся компенсировать тягой двигателя только если скорость не превышает некоторого предела. Для преодоления этого ограничения необходимо как можно более полное использование кинетической энергии улавливаемых атомов, что представляется достаточно трудной задачей.
6 Фотонный двигатель. Скорость движения обычных ракет существенным образом зависит от скорости истечения рабочего тела. Ни химические, ни ядерные реакции, известные в настоящее время, не позволяют достичь скоростей истечения, достаточных для разгона космического судна до околосветовой скорости. В качестве одного из вариантов решения проблемы предлагается использование в качестве рабочего вещества ракеты элементарные частицы, движущиеся со световой или околосветовой скоростью. Для получения таких частиц можно использовать аннигиляцию материи и антиматерии. Например, взаимодействие электронов и позитронов порождает гамма-излучение, которое используется для создания реактивной тяги. К плюсам данной системы относится КПД равный 100%, то есть превращение материи в энергию целиком и полностью. Однако основными проблемами при создании аннигиляционных ракет с подобными двигателями являются получение нужного количества антивещества, а также его хранение. По состоянию на май 2011 года рекордное время хранения атомов антиводорода составило 1000 секунд (~16,5 минут). По оценкам НАСА 2006 года, производство миллиграмма позитронов стоило примерно 25 миллионов долларов США. По оценке 1999 года, один грамм антиводорода стоил бы 62,5 триллиона долларов.
Таким образом хочется повести итог, никакие технологические преграды не остановят целеустремленность человека. Атмосфера, орбита, Луна и все это только начало. И посмотрев назад надо видеть тысячи гениев и выдающихся умов служащих одной цели: ответить на вопрос «что там «наверху»?»
freedocs.xyz
Сенсационное заявление распространил Роскосмос. С 2010 года Россия начнет исследования в области создания ядерных энергетических установок для космических кораблей. Об этом сообщил сегодня журналистам глава Роскосмоса Анатолий Перминов. Цитата:»Ядерные энергетические установки для космических кораблей — это очень хорошее направление. Такие двигатели нужно создавать, если например лететь к Марсу и другим планетам. Россия начнет с 2010 года научные исследования в этом направлении«, — сказал он.
ГОРКИ, 12 апр. Президент России Дмитрий Медведев заявил, что работу над новым проектом исследовательского центра имени М.В.Келдыша по созданию космического транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки надо продолжить.
Глава государства в День космонавтики провел сеанс связи с экипажем МКС и встретился с руководителями космической отрасли. После беседы с российскими и иностранными космонавтами, работающими на МКС, директор исследовательского центра имени Келдыша Анатолий Коротеев доложил президенту о новой разработке центра.
«Речь идет о том, чтобы вернуть ядерную энергию в космос, с тем, чтобы получить более эффективное и принципиально новое транспортное средство«, — сказал Коротеев.
По его словам, новый двигатель станет намного эффективнее и экомичнее нынешних.
«Есть предел возможностей энергии, с помощью которой мы сегодня передвигаемся в космосе. Ядерная энергия даст возможность этот предел снять или, по крайней мере, отодвинуть его примерно раз в 30, подняв эффективность двигателя«, — заявил директор центра.
Проект позволит создать новые космические средства передвижения — транспортно-энергетический модуль на основе ядерной энергодвигательной установки, с уровнем энергообеспечения более чем в 30 раз выше и при этом более чем в десять раз экономнее по расходу топлива.
«В проект закладываются технические решения, позволяющие создать электроракетные буксиры, энергетические и баллистические характеристики которых обеспечат выполнение всего спектра космических задач 21-го века в дальнем космосе», — сказал Коротеев.
Разработчики уверены, что создание принципиально нового транспортно-энергетического средства в космосе обеспечит лидирующую роль России в перспективных масштабных международных проектах по исследованию и освоению космического пространства.
Реализация проекта, как считают ученые, позволит наладить производство в космосе в условиях глубокого вакуума таких материалов, которые невозможно получить в земных условиях, в частности, наноструктур с ультравысокими свойствами. Ученые рассчитывают и на возможность, благодаря этому проекту, выйти на создание систем энергоснабжения Земли из космоса.
Помимо этого, разработка дает возможность бороться с опасностью от астероидов и комет, а также очищать околоземную орбиту от космического мусора.
Сроки проекта «достаточно реалистичные», заявил Коротеев.
«Дух захватывает, что называется. Это будет реально новый этап в космических полетах», — заявил президент России.
«Конечно, нужно еще все это создать, но, безусловно, это способно вдохновить любого человека на то, чтобы помечтать о том, какие перспективы открывают такого рода двигатели», — сказал Медведев.
Президент заявил, что космос является одним из приоритетов государства. «Сворачивать здесь мы никуда не будем», — сказал он.
www.gradremstroy.ru
16:1605.10.2015
(обновлено: 21:09 05.10.2015)
9616062115
Двигатель включает силовую установку, работающую на двух режимах - воздушном и ракетном. Самолета пока нет. Сначала для него создадут двигатель, потом запустят в работу саму машину.
КУБИНКА (Московская область), 5 окт — РИА Новости. Двигатель для перспективного воздушно-космического самолета, который будет применяться как в Вооруженных силах РФ, так и в гражданской сфере, создали в серпуховском филиале Военной академии РВСН имени Петра Великого, сообщил РИА Новости в понедельник представитель академии.
Разработчик "Булавы" поставит Минобороны РФ установки для очистки водыКомбинированный воздушно-ракетный двигатель с прямоточной камерой пульсирующего горения, форкамерой и системой воздушного запуска создан для обеспечения возможности работы двигательной установки как в атмосфере, так и в космическом пространстве. Перспективный самолет с таким двигателем может с большей выгодой доставлять грузы на орбитальные станции, отметил собеседник агентства. "Решена задача создания комбинированной силовой установки летательного аппарата для перевода двигателя с воздушного режима работы при полете в атмосфере на ракетный — в космическом пространстве. Двигатель включает силовую установку, работающую на двух контурах (режимах) — воздушном и ракетном", — пояснил представитель академии в ходе выставки "День инноваций Минобороны РФ — 2015".
Принцип работы, по его словам, таков: "Самолет патрулирует воздушное пространство, взлетает с обычного аэродрома, дальше получает команду на отработку в космосе, например перехват боевых блоков, уничтожение целей, выходит в космическое пространство, там отрабатывает и возвращается в атмосферу".
Представитель академии отметил, что самого воздушно-космического самолета пока еще нет, сначала для него создают двигатель, а потом запустят в работу саму машину: "Проект этой модели был разослан в ведущие российские организации, были получены отзывы и замечания. Два завода уже берутся сделать опытный образец в натуральную величину. НПО "Молния" ведет сейчас разработку НИРа по гиперзвуковому воздушно-космическому самолету, но у них нет двигательной установки, мы пытаемся с ними начать проводить научную работу вместе".
По его словам, размерность двигателя будет зависеть от стартовой массы самолета и полезной нагрузки, которую он понесет. Представленная на "Дне инноваций" модель — действующая, она прошла огневые испытания — работоспособность агрегата доказана.
В силовой установке на воздушном режиме использовалось керосиновое топливо, а для космоса — метан и газообразный кислород. Задач делать двигатель с экологически чистым топливом пока не стоит, так как будущий летательный аппарат возвращаемый, многоразовый и не будет иметь проблем с отработанными ступенями, как у обычных космических ракет.
По предварительным оценкам академии, стоимость созданного двигателя — 90 миллионов рублей, тогда как жидкостные ракетные двигатели на ракету с одной ступенью стоят порядка 120-140 миллионов. Таким образом, установка выходит гораздо выгоднее как по собственной стоимости, так и с учетом многоразового ее использования, отмечают в научном заведении.
ria.ru
Обзор перспективных космических двигателей
По материалам http://www.2000-online.ru/
- Я заметил, что космические корабли, запущенные на просторы вселенной писателями-фантастами в последние десятилетия, чаще всего используют для полетов силу "солнечного ветра", ионов или антигравитации. Это что, действительно наиболее перспективные концепции двигателей будущих космолетов? Если да, то когда можно ждать первые рабочие образцы?
- Трудно сказать, какие двигатели окажутся наиболее перспективными в будущем, но сегодня ученые различных стран работают над различными принципиальными схемами. В том числе и над теми, которые используют писатели-фантасты.
Хотя ионный двигатель сегодня уже пересек границу, отделяющую научную фантастику от науки, он пока остается средством передвижения для очень терпеливого космического путешественника.
Принципиальная конструкция такого двигателя была реализована в первой рабочей модели, созданной в Льюисовском (позднее переименованном в Гленновский) исследовательском центре американского космического агентства НАСА еще в далеком 1959 году. Суть ее в том, что электроны выстреливаются в камеру, заполненную газом ксеноном, из атомов которого они, в свою очередь, выбивают электроны. Ксенон при этом приобретает положительный электрический заряд. Наэлектризованная металлическая сетка на одном конце камеры ускоряет заряженные атомы ксенона, и они вылетают через решетку со скоростью больше ста километров в час.
Импульс движения, который несут тяжелые атомы ксенона, толкает двигатель в противоположном направлении точно так же, как это делают стартовые ускорители, выводящие сегодня космический корабль на орбиту.
Есть только маленькое "но". Ионная тяга такова, что едва сможет прогнуть лист бумаги, который вы держите в руке.
И что, такая сила способна вывести космический корабль к внешним границам Солнечной системы? Способна. Надо только дать космическому кораблю хорошо разогнаться. Как считают, например, в Лаборатории реактивных двигателей НАСА, ионному двигателю для разгона потребуется год или два. И как только корабль с ионным двигателем достигнет крейсерской скорости, тяга такого двигателя в десять раз превысит тягу обычного ракетного двигателя - при таком же количестве топлива.
Однако разработка надежного ионного двигателя продвигается с трудом. Первый научный корабль, приводимый в движение ионным электростатическим микроракетным двигателем - "Глубокий космос-1", - был запущен американцами только в октябре 1998 года. Он доставил небольшой научный груз к астероиду Брэйль.
Уже этим летом, после шести недель, потраченных на разгон, ионный двигатель увеличил скорость корабля "Глубокий космос-1" на триста километров в час. Этой скорости, конечно, недостаточно, чтобы обогнать, скажем, современную боевую ракету, но все же, как считают специалисты, ионные двигатели - это пока лучшее из того, что есть, что может помочь людям слетать за пределы Солнечной системы. Те же эксперты НАСА считают, что ионный двигатель "поможет нам добираться до других планет гораздо быстрее", чем это было возможно раньше.
Что касается использования "солнечного ветра", то и он может в будущем помочь космическим путешественникам. Правда, для этого им понадобится, как и на Земле, специальный парус. Причем огромный и, естественно, не из ткани. Потребуется либо парус шириной около двадцати километров, сделанный из материала на основе углеводородных полимеров, либо парус, "сшитый" из магнитного поля.
"Космическим ветром" называют постоянный поток ионизированных частиц, непрерывно излучаемый Солнцем и расходящийся по всей Солнечной системе.
Менеджеры проекта программы "Технология космического паруса", разрабатываемой все в той же Лаборатории реактивного движения НАСА, надеются, что полновесный научный полет с использованием космических парусов может быть осуществлен уже в 2010 году.
В России тоже пытаются шить такие паруса. В начале этого года космонавты на нашей станции "Мир" пытались развернуть "космическое знамя", но, правда, потерпели неудачу. А ведь настоящий "космический парус", приводящий в движение космический корабль, будет намного больше по площади.
Альтернативой механическому парусу может стать магнитное поле. В этом году НАСА выделило полмиллиона долларов физику Роберту Вингли из Вашингтонского университета на разработку системы двигателя на магнитосферной плазме (M2P2). Размером с консервную, банку двигатель M2P2 генерирует небольшое магнитное поле и наполняет его ионизированными частицами. Частицы выдуваются из "банки", перенося магнитное поле и наполняя магнитный "воздушный шар" диаметром около тридцати километров, который отклоняет ионы "солнечного ветра" точно так же, как парус.
И наконец, полет с использованием силы аннигиляции. И этот фантастический двигатель с научной точки зрения вполне реален.
Антивещество существует как точное зеркальное отображение обычного вещества. Позитрон, например, имеет такую же массу, как электрон, только заряжен положительно. Когда позитрон и электрон сталкиваются, они уничтожают друг друга, а их масса превращается в высокоэнергетические гамма-лучи - потенциальный источник энергии, которую можно использовать в космических двигателях.
К сожалению, если с физической точки зрения космический полет на корабле с таким двигателем и возможен, то с технической и экономической точек зрения говорить о его реальной перспективе пока рано.
Сильное гамма-излучение смертельно для человека, а возможные защитные экраны космического корабля весили бы, при современном техническом уровне, столько, что преимущества использования антивещества для движения такого сверхтяжелого корабля сошли бы на нет.
Кроме того, как подсчитали американцы, миллиграмм антивещества обойдется ни много ни мало - в сто миллиардов долларов!
kuasar.ru
В октябре успешно начали штатную работу на орбите в составе космического аппарата разработки ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва" блоки коррекции на основе плазменных двигателей холловского типа нового поколения, которые были разработаны, испытаны и изготовлены специалистами ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша».
Созданием плазменных двигателей руководил профессор Олег Анатольевич Горшков во время его работы в ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша», являясь руководителем подразделения-разработчика и главным конструктором изделия (в течение 9,5 лет с момента начала проекта и до изготовления летных комплектов двигателей, что совпало с его переходом на постоянную работу в МФТИ).
Поздравляем коллектив разработчиков с успешным завершением многолетней ОКР —началом работы новых плазменных двигателей в космосе. Желаем дальнейших успехов в создании перспективных образцов космической техники.Плазменные двигатели холловского типа относятся к классу электромагнитных двигателей с внешним магнитным полем, в которых замкнутый дрейф электронов играет ключевую роль. В основе действия холловского двигателя лежит создание сильного электрического поля в плазме. Впервые идея о формировании заметного перепада потенциала в плазме была высказана советским физиком А.В. Жариновым в ходе исследований распределения потенциала по радиусу в цилиндрической магнитной ловушке с магнитными «пробками» при магнетронном способе создания плазмы, содержащей быстрые ионы. Позднее на базе этой идеи были разработаны две схемы холловских двигателей — двигатель с анодным слоем (предложен А.В. Жариновым) и стационарный плазменный двигатель (предложен А.И. Морозовым).
Принято считать, что размер зоны ускорения в осевом направлении в стационарном плазменном двигателе больше, чем в двигателе с анодным слоем. Тем не менее, эти двигатели близки по принципу действия и достигаемым параметрам. С более подробным описанием результатов современных исследований проблем создания холловских двигателей можно ознакомиться в монографии «Холловские и ионные плазменные двигатели для космических аппаратов» (О.А. Горшков, В.А, Муравлёв, А.А. Шагайда, под ред. академика РАН А.С. Коротеева. М.: Машиностроение, 2008).
Россия занимала и занимает лидирующие позиции в области разработки холловских двигателей. В нашей стране накоплен уникальный опыт их практического применения (1971 год — первые летные испытания; 1982 год — начало штатного использования в космосе). Основная область использования таких двигателей — поддержание орбиты геостационарных спутников связи в направлениях «север-юг» и «запад-восток».
С 2004 года российские холловские двигатели начали применяться на борту зарубежных космических аппаратов ведущих фирм США и Европы. В настоящее время 3 из 5 мировых лидеров по производству спутников (EADS Astrium (EU), Thales Alenia Space (EU) и Space Systems/Loral (USA)) используют холловские двигатели, сделанные в России.Таким образом, плазменные двигатели холловского типа — пример советской/российской технологии мирового уровня, активно использующейся не только в России, но и за рубежом.
sdelanounas.ru
Полвека назад, еще до начала космической эры, ученые ведущих стран пришли к выводу об отсутствии серьезных перспектив у существующих типов ракетных двигателей. Удельная мощность жидкостных и твердотопливных двигателей достаточна для имеющихся целей, однако слишком мала для отдаленной перспективы. Выходом из сложившегося «тупика» стали ядерные ракетные двигатели (ЯРД). Однако, несмотря на множество исследований, обе концепции таких двигателей так и не дошли до практического применения. Все закончилось несколькими испытаниями.Некоторое время назад появились новости о возобновлении работ в этом направлении, как в России, так и в Соединенных Штатах. В США этой программой занимаются одновременно ученые Университета Алабамы, NASA, Boeing, а также лаборатория Oak Ridge. Новый ракетный двигатель планируется делать по т.н. импульсной системе. Это значит, что во время работы из специального сопла будут выбрасываться небольшие порции радиоактивного вещества. После выброса порция урана, плутония или другого материала с подходящими свойствами взрывается и придает космическому кораблю импульс, ударяя в специальную плиту, окружающую выбрасывающее сопло. Поскольку при ядерном взрыве выделяется огромное количество энергии, импульсный ЯРД в настоящее время считается наиболее перспективным классом в отношении удельной мощности и соотношения расхода топлива к тяге. Однако такая система имеет ряд характерных недостатков: необходимость обеспечения должной прочности плиты, принимающей на себя импульс взрыва, выброс радиоактивных продуктов деления, а также правильный расчет мощности ядерного заряда и времени его подрыва. В связи с этим все работы по импульсным ЯРД пока ограничились исключительно теоретическими расчетами.
Новое предложение сотрудников лаборатории «Оак-Ридж» способно решить, как минимум, одну проблему ядерных ракетных двигателей – обеспечение правильной дистанции подрыва заряда и, как следствие, эффективное расходование топлива. Предложенная технология получила название Z-pinch (Z-сжатие). Ее суть заключается в создании плазменного «кокона», внутри которого и будет происходить взрыв топлива. Для этого предлагается оснастить «сопло» двигателя системой создания плазмы, а также рядом сопутствующего оборудование. Благодаря ему, сразу после выброса ядерного или термоядерного заряда системы двигателя пропускают через образовавшуюся плазму электрический разряд особо большой мощности. Разряд вызывает образование мощнейшего магнитного поля, которое захватывает заряд топлива. Последний, попав под такое воздействие, сжимается и достигает критической плотности. К моменту окончания подачи электричества, согласно расчетам, происходит взрыв. В качестве топлива для Z-двигателя в настоящее время предлагается использовать смесь дейтерия и литиевого изотопа Li6. Таким образом, предлагаемый двигатель имеет в своей основе термоядерные реакции.
Стоит отметить, что приведенное описание относится только к одному циклу работы перспективного ЯРД на Z-сжатии. В ходе работы двигателя такие циклы должны повторяться непрерывно, частота зависит от необходимой мощности. Нынешние расчеты показывают, что максимальная скорость космического корабля с Z-двигателем может достичь отметки в сто тысяч километров в час и даже перевалить через нее. Правда, для этого потребуется достаточно большое количество дейтериево-литиевого топлива. В защиту проекта стоит привести довод о меньших затратах топлива в весовом отношении: традиционные химические ракетные двигатели, способные разогнать аппарат до таких скоростей, имели бы совершенно неприемлемые размеры и расход топлива. Двигатель на Z-сжатии не имеет таких проблем, но, как это всегда бывает, не обошелся без собственных недостатков. В первую очередь, это сложность конструкции. На первый взгляд кажется, что такой ЯРД сравнительно прост, однако даже создание плиты, принимающей удар взрывов, само по себе является достаточно сложной задачей, ведь этой детали придется выдерживать сотни и тысячи взрывов достаточно высокой мощности. Кроме того, Z-сжатие требует колоссальных затрат энергии, которую космический корабль тоже должен откуда-то брать. Таким образом, экономия на непосредственном топливе оборачивается сложностями с другими элементами системы.
Тем не менее, сразу несколько американских научных организаций взялись за этот проект и, похоже, не собираются от него отказываться. Как минимум, до тех пор, пока не будет собран максимум информации, из которой можно будет вывести облик перспективного двигателя и список его плюсов и минусов технологического характера. Естественно, новые технологии требуют новой и уникальной научной аппаратуры. Основной площадкой для исследования Z-сжатия выбрана установка Z-machine. Собственно говоря, именно в честь этого аппарата и был назван принцип, лежащий в основе перспективной концепции ядерного двигателя. Импульсный энергетический ускоритель под названием «Z-машина» располагается на территории Национальной лаборатории Сандия (штат Нью-Мексико). Фактически он представляет собой комплекс из большого количества мощных конденсаторов, которые могут накапливать энергию и отдавать ее по команде. Подобные устройства давно существуют и используются учеными, но в проекте Z-двигателя будет использоваться именно ускоритель из Сандии. Причина этого – его мощность. Для удержания и сжатия порции термоядерного топлива требуются колоссальные энергии, которые попросту не под силу прочим ускорителям. Z-machine способен в течение одной наносекунды (миллиардная доля секунды) выдать электрический импульс мощностью в 210 тераватт. Ожидается, что Z-сжатия можно будет добиться и на меньших мощностях, но запас не повредит.
Энергетический ускоритель Z-machine, даже в отрыве от проекта нового ЯРД, представляет большой интерес. На данный момент он является самым мощным устройством этого класса. Кроме того, агрегат из лаборатории Сандия имеет приемлемые характеристики: зарядка конденсаторов системы длится несколько часов и не использует имеющиеся «общие» сети электропередачи. При этом Z-машина выдает рекордные значения мощности сверхкоротких импульсов. Целью создания импульсного ускорителя было изучение процесса термоядерного синтеза и, в будущем, исследование возможностей управления им. Именно по этой причине авторы проекта установки предусмотрели возможность накопления огромных зарядов. Примечательно, что во время разрядки конденсаторов вокруг проводников ускорителя образуются молнии.
Проект ядерного ракетного двигателя, работающего на принципе Z-сжатия достаточно интересен, но одновременно с этим фантастичен. До настоящего времени человечество еще не проводило каких-либо экспериментов с импульсными ЯРД, тем более с основанными на термоядерной реакции. Однако до готового двигателя еще далеко. Пока перед учеными стоит задача тщательнейшего изучения особенностей термоядерных реакций в небольшом количестве вещества, а также доказательства практической возможности Z-сжатия. Кроме того, нужно будет создать источник энергии, который справится с генерацией необходимого для работы двигателя электричества, а также спроектировать работоспособную и высокозащищенную систему подачи термоядерного топлива в рабочую часть двигателя. На данный момент все эти задачи смотрятся более чем сложными. Будем надеяться, американцы справятся с ними и человечество получит новую технологию, способную дать мощный толчок космонавтике и обеспечить массовые полеты к другим планетам.
По материалам сайтов:http://dailytechinfo.org/http://nasa.gov/http://ornl.gov/http://sandia.gov/http://astronautix.com/
Автор: Рябов Кирилл
topwar.ru
Человечество осваивает космическое пространство пилотируемыми кораблями уже более полувека. Увы, за это время оно, образно говоря, недалеко уплыло. Если сравнить Вселенную с океаном, мы всего лишь бродим у кромки прибоя по щиколотку в воде. Однажды, правда, решились поплавать немного поглубже (лунная программа "Аполлон"), и с тех пор живем воспоминаниями об этом событии как о высочайшем достижении.
До сих пор космические корабли в основном служат транспортом доставки на орбитальные станции и обратно на Землю. Максимальная продолжительность автономного полета, достижимая многоразовым челноком "Спейс Шаттл", составляет всего лишь 30 дней, да и то теоретически. Но, быть может, космические корабли будущего станут гораздо совершеннее и универсальнее?
Уже лунные экспедиции "Аполлонов" наглядно показали, что требования к грядущим космолетам могут разительно отличаться от заданий для "космических такси". Лунная кабина "Аполлона" имела очень мало общего с обтекаемыми кораблями и не была рассчитана на полет в планетной атмосфере. Некоторое представление о том, как будут выглядеть космические корабли будущего, фото американских астронавтов дают более чем наглядно.
Самый серьезный фактор, который сдерживает эпизодическое исследование человеком Солнечной системы, не говоря уже об организации на планетах и их спутниках научных баз, - радиация. Проблемы возникают даже с лунными миссиями, длящимися от силы неделю. А полуторагодовой полет на Марс, который, казалось, вот-вот состоится, отодвигается все дальше и дальше. Исследования автоматами показали смертельно опасный для человека уровень радиации на всей трассе межпланетного перелета. Так что космические корабли будущего неизбежно обзаведутся серьезной противорадиационной защитой в сочетании со специальными медико-биологическими мерами для экипажа.
Понятно, что чем быстрее он доберется до места назначения, тем лучше. Но для быстрого полета нужны мощные двигатели. А для них, в свою очередь, высокоэффективное топливо, которое не занимало бы много места. Поэтому химические маршевые двигатели уже в ближайшем будущем уступят место ядерным. Если же ученым удастся укрощение антивещества, т. е. перевод массы в световое излучение, космические корабли будущего обретут фотонные двигатели. В этом случае речь пойдет уже о достижении релятивистских скоростей и межзвездных экспедициях.
Еще одним серьезным препятствием на пути освоения человеком Вселенной станет длительное обеспечение его жизнедеятельности. Всего лишь за сутки человеческий организм потребляет немало кислорода, воды и пищи, выделяет твердые и жидкие отходы, выдыхает углекислый газ. Брать с собой на борт полный запас кислорода и продуктов бессмысленно из-за их огромного веса. Проблему решает бортовая замкнутая система жизнеобеспечения. Однако до сих пор все эксперименты на эту тему не увенчались успехом. А без замкнутой СЖО немыслимы годами летящие сквозь пространство космические корабли будущего; картинки художников, конечно, поражают воображение, но не отражают реальное положение дел.
Итак, все проекты космолетов и звездолетов пока еще далеки от реального воплощения. И человечеству придется смириться с изучением Вселенной космонавтами под прикрытием магнитного поля Земли и получением информации от автоматических зондов. Но это, конечно же, временно. Космонавтика не стоит на месте, и косвенные признаки показывают, что в этой сфере деятельности человечества зреет большой прорыв. Так что, возможно, космические корабли будущего будут построены и совершат первые полеты уже в XXI веке.
fb.ru
