Kosmik gəmilər üçün nüvə mühərrikləri. Patlama mühərriki - Rusiya mühərrik binasının gələcəyi

Bəşəriyyət həmişə ulduzlara can atırdı, ancaq yalnız 20-ci əsrdə elm və texnologiyanın inkişafı ilə havasız bir məkana çata bildi. Cazibə qüvvəsini aşmaq çətindir və məqsədə çatmaq üçün xüsusi bir şey icad etmək lazım idi. Raket mühərrikləri belə bir nəqliyyat vasitəsi kimi istifadə edilmişdir. İndi nə olduğunu və yaxın gələcəkdə nələrin görünə biləcəyini düşünsək, bəşəriyyətin dərin kosmos üçün hansı perspektivləri var?

Raket mühərriki nədir və hansı növləri var?

Roket mühərriki işləyən mayenin və iş üçün enerji mənbəyinin vasitənin özündə yerləşdiyi bir mexanizm olaraq başa düşülür. Yerin orbitinə faydalı yüklərin atılması üçün yeganə vasitədir və havasız məkanda da işləyə bilər. Əsas pay yanacağın potensial enerjisini bir jet axını şəklində istifadə olunan kinetik enerjiyə çevirmək üçün hazırlanır. Enerji mənbəyinin növünə əsasən kimyəvi, nüvə və elektrik roket mühərrikləri seçilir.

Səmərəlilik xarakteristikası olaraq spesifik impuls (və ya itələmə) konsepsiyasından istifadə olunur: impulsun işləyən mühitin kütləvi istehlakına nisbəti. M / s ilə hesablanır. Ancaq roket mühərrikləri əhəmiyyətli bir sürətə sahib olsa da, bu onların istifadə edildiyi anlamına gəlmir. Bunun niyə baş verdiyini nüvə və elektrik mexanizmlərini oxuyaraq öyrənəcəksiniz.

Kimyəvi raket mühərriki

Bunlar yanacağın və oksidləşdirici maddənin daxil olduğu kimyəvi reaksiyaya əsaslanır. Reaksiya zamanı yanma məhsulları əhəmiyyətli dərəcədə istiləşir, eyni zamanda mühərriki tərk etmək üçün nozzlelərdə genişlənir və sürətlənir. Belə bir mühərrikin yaratdığı istilik, qaz halına gələn işləyən mayenin genişləndirilməsi üçün istifadə olunur. Bu tip mexanizmin iki növü var.

Qatı itələyici mühərriklər dizayn baxımından sadədir, istehsalı ucuzdur və əhəmiyyətli saxlama və hazırlıq xərcləri tələb etmir. Bu, onların etibarlılığını və istifadədə arzuolunanlığını müəyyənləşdirir. Eyni zamanda, bu növün əhəmiyyətli bir çatışmazlığı var - çox yüksək yanacaq istehlakı. Həm də yanacaq və oksidləşdirici qarışıqdan ibarətdir. Daha səmərəli, eyni zamanda kompleks bir maye itələyici roket mühərrikidir. İçərisində yanacaq və oksidləşdirici müxtəlif çənlərdədir və nozzle ölçülür. Əhəmiyyətli bir üstünlük, yem səviyyəsini və buna görə kosmik gəminin sürətini tənzimləmək mümkündür. Bu cür roket mühərriklərinin aşağı spesifik impulsa malik olmasına baxmayaraq, güclü itələmə inkişaf etdirirlər. Onların bu xüsusiyyəti, artıq praktikada yalnız istifadə olunduqlarına gətirib çıxardı.

Nüvə raket mühərriki

Bu, müasir hərəkət sistemləri üçün ehtimal olunan analoqlardan biridir. Nüvə raket mühərrikində işləyən maye radioaktiv çürümə və ya termonükleer birləşmə zamanı çıxan enerji ilə qızdırılır. Bu cür mexanizmlər əhəmiyyətli bir spesifik impulsun əldə edilməsinə imkan verir. Və onların ümumi itkisi kimyəvi motorlarla müqayisə edilə bilər. Bəs neçə növ nüvə enerjisi mexanizmi var? Cəmi 3:

1. Radioizotop.
2. Nüvə.
3. Termonükleer.

Yer atmosferində nüvə raket mühərriklərinin istifadəsi radiasiya çirkliliyi səbəbindən olduqca problemlidir. Bu problemin mümkün həlli qaz fazası tipi ola bilər.

Elektrikli roket mühərriki

Bu növ gələcəkdə inkişaf və istifadə üçün ən böyük potensiala malikdir. Elektrikli roket mühərrikləri perspektivlidir. Beləliklə, onların xüsusi impulsları 210 km / s dəyərlərə çata bilər. 3 növ mühərrik var:

1. Elektrotermik.
2. Elektrostatik (məsələn, ion roketi mühərriki).
3. Elektromaqnit.

Bir xüsusiyyət (bunun həm üstünlük, həm də mənfi cəhət olduğunu söyləyə bilərik) spesifik impulsun artması ilə daha az yanacağa, lakin daha çox enerjiyə ehtiyac duyulmasıdır. Bu baxımdan qazla işləyən bir ion roketi mühərrikinin yaxşı bir şansı var. Bu anda orbital stansiyaların və peyklərin hərəkət trayektoriyasını düzəltmək üçün praktikada istifadə olunur. Kosmosdakı məhdud elektrik mənbələri və 100 kilometrdən çox yüksəklikdəki performans problemləri bu günə qədər onların geniş yayılmasına mane olur. Plazma roket mühərrikləri, işləyən mayenin plazma vəziyyətinə sahib olduğu, ancaq hələ təcrübə mərhələsində olduğu böyük bir istifadə potensialına malikdir.

Müasir roket mühərrikləri texnologiyanı orbitə çıxarmaq üçün yaxşı bir iş görür, lakin uzun kosmik səyahət üçün tamamilə yararsızdır. Buna görə, on ildən çoxdur ki, elm adamları gəmiləri sürət qeyd etmək üçün sürətləndirə biləcək alternativ kosmik mühərriklərin yaradılması üzərində işləyirlər. Bu sahədəki yeddi əsas fikrə nəzər salaq.

EmDrive

Hərəkət etmək üçün bir şeydən uzaqlaşmaq lazımdır - bu qayda fizika və astronavtika sarsılmaz sütunlarından biri hesab olunur. Roket mühərriklərində olduğu kimi yerdən, sudan, havadan və ya bir qaz jetindən nədən başlamaq o qədər də vacib deyil.

Tanınmış bir düşüncə təcrübəsi: bir astronavtın kosmosa çıxdığını təsəvvür edin, ancaq onu kosmik gəmiyə bağlayan kabel qəfildən qopdu və insan yavaş-yavaş uçmağa başladı. Əlində yalnız bir alət qutusu var. Onun hərəkətləri nədir? Düzgün cavab: alətləri gəmidən atmaq lazımdır. İmpulsun qorunması qanununa görə, bir şəxs aləti ilə eyni qüvvə ilə bir adam alətdən atılacaq, beləliklə tədricən gəmiyə tərəf hərəkət edəcəkdir. Bu boşluqda hərəkət etməyin yeganə yoludur. Düzdür, təcrübələrin göstərdiyi kimi, EmDrive-ın bu sarsılmaz ifadəni təkzib etmək şansı var.

Bu mühərrikin yaradıcısı, 2001-ci ildə öz şirkəti Satellite Propulsion Research şirkətini quran İngilis mühəndis Roger Shaerdir. EmDrive dizaynı olduqca ekstravaqantdır və hər iki ucunda möhürlənmiş formalı metal bir kovadır. Bu vedrənin içində elektromaqnit dalğaları yayan bir maqnitron var - şərti mikrodalğadakı kimi. Və çox kiçik, lakin olduqca nəzərəçarpan bir təkan yaratmaq üçün kifayətdir.

Müəllif özü mühərrikinin işini "vedrə" nin müxtəlif uclarındakı elektromaqnit şüalanmanın təzyiq fərqi ilə izah edir - dar ucunda enindən azdır. Bu, dar uca doğru bir çəkmə yaradır. Belə bir mühərrik istismarı ehtimalı bir dəfədən çox mübahisələndirilmişdir, lakin bütün təcrübələrdə Shaer qurğusu nəzərdə tutulan istiqamətdə itələmənin olduğunu göstərir.

Schaerin vedrəsini sınamış təcrübəçilər arasında NASA, Drezden Texniki Universiteti və Çin Elmlər Akademiyası kimi təşkilatlar var. İxtira müxtəlif şərtlərdə, o cümlədən vakuumda sınaqdan keçirildi, burada 20 mikronewton bir itələmə varlığı göstərildi.

Bu kimyəvi reaktiv mühərriklərə nisbətən çox azdır. Lakin Shaer mühərrikinin istədiyiniz müddətdə işləyə biləcəyini nəzərə alsaq, yanacaq tədarükünə ehtiyac duymadığına görə (günəş batareyaları maqnetronun işləməsini təmin edə bilər), potensial olaraq kosmik aparatları böyük sürətlərə qədər sürətləndirə bilər. işıq sürətinin faizi.

Mühərrikin fəaliyyətini tam sübut etmək üçün daha çox ölçmə aparmaq və xarici maqnit sahələri ilə yarana biləcək yan təsirlərdən qurtarmaq lazımdır. Bununla birlikdə, Shaer mühərrikinin anormal itkisi üçün alternativ mümkün açıqlamalar artıq irəli sürülür ki, bu da ümumiyyətlə adi fizika qanunlarını pozur.

Məsələn, mühərrikin kvant səviyyəsində sıfır olmayan enerjiyə sahib olduğu və daim ortaya çıxan və yox olan virtual elementar hissəciklər ilə doldurulmuş fiziki vakuumla qarşılıqlı əlaqəsi sayəsində təkan yarada biləcəyi versiyaları irəli sürülür. Sonda kim haqlı olacaq - bu nəzəriyyənin müəllifləri, Şaerin özü və ya digər skeptiklər - bunu yaxın gələcəkdə öyrənəcəyik.

Günəş yelkənli

Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, elektromaqnit şüalanma təzyiq göstərir. Bu o deməkdir ki, nəzəri cəhətdən hərəkətə çevrilə bilər - məsələn, yelkən köməyi ilə. Keçmiş əsrlərin gəmiləri yelkənlərində külək tutduğu kimi, gələcəyin kosmik gəmiləri də yelkənlərində günəş işığı və ya başqa bir ulduz işığı tutacaqdı.

Ancaq problem işıq təzyiqinin son dərəcə kiçik olması və mənbədən uzaqlaşdıqca azalmasıdır. Buna görə də təsirli olmaq üçün belə bir yelkən çox ağır və sahəsi çox böyük olmalıdır. Və bu, bir asteroid və ya başqa bir cisimlə qarşılaşdıqda bütün quruluşun məhv olma riskini artırır.

Günəş yelkənli gəmilərin kosmosa qurulması və buraxılması cəhdləri artıq baş verib - 1993-cü ildə Rusiya Proqress kosmik gəmisində günəş yelkənini sınadı və 2010-cu ildə Yaponiya Veneraya gedərkən uğurlu sınaqlar etdi. Ancaq heç bir gəmi yelkəndən əvvəlcə sürətləndirmə mənbəyi kimi istifadə etməyib. Digər bir layihə, elektrikli yelkən, bu baxımdan bir az daha ümidverici görünür.

Elektrikli yelkən

Günəş yalnız fotonları deyil, həm də maddənin elektrik yüklü hissəciklərini də yayır: elektronlar, protonlar və ionlar. Bütün bunlar günəş səthindən saniyədə bir milyon ton maddə götürən günəş küləyi deyirlər.

Günəş küləyi milyardlarla kilometrə yayılır və planetimizdəki bəzi təbii hadisələrdən məsuldur: geomaqnit fırtınaları və şimal işıqları. Yer öz maqnit sahəsi ilə günəş küləyindən qorunur.

Hava küləyi kimi günəş küləyi səyahət üçün olduqca uyğundur, sadəcə yelkənlərdə əsdirməyiniz lazımdır. 2006-cı ildə Fin alimi Pekka Janhunen tərəfindən yaradılan elektrikli yelkən layihəsinin zahirən Günəşlə ortaq cəhəti yoxdur. Bu mühərrik, jantsız bir çarxın dişlərinə bənzəyən bir neçə uzun, nazik kabeldən ibarətdir.

Səyahət istiqamətinə qarşı yayan elektron tabancası sayəsində bu kabellər pozitiv yüklənmiş potensial əldə edirlər. Bir elektronun kütləsi bir protonun kütləsindən təqribən 1800 dəfə az olduğundan, elektronların yaratdığı itki əsas rol oynamayacaqdır. Günəş küləyinin elektronları belə bir yelkən üçün vacib deyil. Lakin müsbət yüklənmiş hissəciklər - protonlar və alfa radiasiya - iplərdən dəf ediləcək və bununla da jet itkisi yaradılacaqdır.

Bu itələmə günəş yelkənindən təxminən 200 dəfə az olmasına baxmayaraq, Avropa Kosmik Agentliyi maraqlıdır. Fakt budur ki, elektrikli bir yelkənli kosmosda dizayn etmək, istehsal etmək, yerləşdirmək və istismar etmək daha asandır. Əlavə olaraq, cazibə qüvvəsini istifadə edərək, yelkən həm də yalnız külək mənbəyindən deyil, həm də ulduz küləyinin mənbəyinə səyahət etməyə imkan verir. Və belə bir yelkənin səthi günəş yelkənindən daha az olduğundan, asteroidlərə və kosmik zibillərə qarşı daha az həssasdır. Bəlkə də yaxın bir neçə ildə elektrikli yelkənli ilk təcrübə gəmilərini görəcəyik.

İon mühərrik

Maddənin yüklü hissəciklərinin, yəni ionların axını yalnız ulduzlar tərəfindən yayılmır. İonlaşdırılmış qaz da süni şəkildə yaradıla bilər. Normalda qaz hissəcikləri elektrik baxımından neytraldır, lakin atomları və ya molekulları elektronlarını itirəndə ionlara çevrilir. Ümumi kütləsində belə bir qazın hələ də elektrik yükü yoxdur, ancaq fərdi hissəcikləri şarj olur, yəni maqnit sahəsində hərəkət edə bilərlər.

Bir ion mühərrikində bir təsirsiz qaz (ümumiyyətlə ksenon) yüksək enerjili elektronlar axını ilə ionlaşdırılır. Elektronları atomlardan qoparırlar və müsbət bir yük əldə edirlər. Bundan əlavə, yaranan ionlar elektrostatik bir sahədə 200 km / s-lik sürətlərə qədər sürətləndirilir ki, bu da kimyəvi reaktiv mühərriklərdən qaz axınının sürətindən 50 dəfə çoxdur. Buna baxmayaraq, müasir ion itələyicilər çox aşağı bir itələmə gücünə malikdir - təxminən 50-100 millinewtons. Belə bir mühərrik hətta masadan kənara çıxa bilməz. Ancaq ciddi bir artı var.

Böyük spesifik impuls mühərrikdəki yanacaq istehlakını əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər. Günəş batareyalarından alınan enerji qazı ionlaşdırmaq üçün istifadə olunur, buna görə ion mühərriki çox uzun müddət - fasiləsiz üç ilə qədər işləyə bilər. Belə bir müddət üçün kosmik gəmini kimyəvi mühərriklərin heç xəyal etmədiyi sürətlərə sürətləndirməyə vaxtı olacaq.

İon mühərrikləri bir neçə dəfə günəş sisteminin genişliyini müxtəlif missiyaların bir hissəsi olaraq şumladılar, ancaq ümumiyyətlə əsas deyil, köməkçi olaraq. Bu gün plazma mühərrikləri, ion itələyicilərinə alternativ olaraq getdikcə daha çox müzakirə olunur.

Plazma mühərriki

Atomların ionlaşma dərəcəsi yüksək olarsa (təxminən 99%), onda maddənin belə məcmu vəziyyətinə plazma deyilir. Plazma vəziyyəti yalnız yüksək temperaturda əldə edilə bilər, buna görə ionlaşdırılmış qaz plazma mühərriklərində bir neçə milyon dərəcəyə qədər qızdırılır. Isıtma xarici enerji mənbəyi - günəş panelləri və ya daha real olaraq kiçik bir nüvə reaktoru istifadə edilərək həyata keçirilir.

Daha sonra isti plazma, raket ucluğundan atılır və ion itələyicidən on qat daha çox bir itələmə meydana gətirir. Bir plazma mühərrik nümunələrindən biri keçən əsrin 70-ci illərindən bəri inkişaf edən VASIMR layihəsidir. İon itələyicilərdən fərqli olaraq plazma itələyicilər hələ kosmosda sınaqdan keçirilməyib, lakin böyük ümidlər onlara bağlıdır. Marsa insanlı uçuşlar üçün əsas namizədlərdən biri olan VASIMR plazma mühərrikidir.

Füzyon mühərriki

İnsanlar iyirminci əsrin ortalarından bəri termonükleer birləşmənin enerjisini ram etməyə çalışdılar, amma bu günə qədər bunu edə bilmədilər. Buna baxmayaraq, idarə olunan termonükleer birləşmə hələ də çox cəlbedicidir, çünki bu, çox ucuz yanacaqdan - helyum və hidrogen izotoplarından əldə edilən böyük bir enerji mənbəyidir.

Hal-hazırda, termonüvə sintezi enerjisi üzərində bir jet mühərriki dizaynı üçün bir neçə layihə var. Bunlardan ən perspektivlisi maqnit plazma qapalı bir reaktora əsaslanan bir model hesab olunur. Belə bir mühərrikdə olan bir termonükleer reaktor, 100-300 metr uzunluğunda və 1-3 metr diametrində sızan silindrik bir kamera olacaqdır. Kamera yüksək temperaturlu plazma şəklində yanacaqla təmin edilməlidir ki, bu da kifayət qədər təzyiq altında nüvə birləşməsi reaksiyasına girir. Kameranın ətrafında yerləşən maqnit sisteminin rulonları bu plazmanı avadanlıqla təmasda saxlamalıdır.

Termonükleer reaksiya zonası belə bir silindrin oxu boyunca yerləşir. Maqnetik sahələrin köməyi ilə son dərəcə isti plazma reaktorun ucundan axaraq kimyəvi mühərriklərdən dəfələrlə çox böyük bir itələmə yaradır.

Antimadter mühərrik

Ətrafımızdakı bütün materiya fermionlardan - yarım tam spinli elementar hissəciklərdən ibarətdir. Bunlar, məsələn, atom nüvələrindəki protonları və neytronları meydana gətirən kvarklar və elektronlardır. Üstəlik, hər fermionun öz hissəcikləri var. Elektron üçün bu pozitron, kvark üçün - antikar.

Hissəciklər, digər bütün kvant parametrlərinin işarəsi ilə fərqlənərək həmişəki "yoldaşları" ilə eyni kütləyə və eyni spinə sahibdirlər. Teorik olaraq, antipartiküllər antimaddə meydana gətirmə qabiliyyətinə sahibdirlər, lakin bu günə qədər Kainatın heç bir yerində qeydə alınmamışdır. Əsas elm üçün ən böyük sual niyə mövcud olmadığıdır.

Ancaq laboratoriya şəraitində biraz antimaddə ala bilərsiniz. Məsələn, bu yaxınlarda maqnit tələsində saxlanılan proton və antiprotonların xüsusiyyətlərini müqayisə edən bir təcrübə aparıldı.

Antimaddə və adi maddə qarşılaşdıqda, nəhəng enerjinin partlaması ilə müşayiət olunan qarşılıqlı məhv prosesi baş verir. Beləliklə, bir kilo maddə və antimaddə götürsək, görüşdükləri zaman ayrılan enerji miqdarı bəşəriyyət tarixinin ən güclü hidrogen bombası olan "Çar Bombası" nın partlaması ilə müqayisə edilə bilər.

Üstəlik, enerjinin əhəmiyyətli bir hissəsi elektromaqnit şüalanma fotonları şəklində sərbəst buraxılacaqdır. Buna görə, günəş yelkəninə bənzər bir foton mühərriki yaradaraq bu enerjini kosmik səyahət üçün istifadə etmək istəyi var, ancaq bu vəziyyətdə işıq daxili bir qaynaq tərəfindən yaradılacaqdır.

Ancaq bir jet mühərrikində radiasiyadan səmərəli istifadə etmək üçün, bu fotonları əks etdirə biləcək bir "güzgü" yaratmaq problemini həll etmək lazımdır. Axı, gəmi itələmək üçün birtəhər itələməlidir.

Heç bir müasir material belə bir partlayış zamanı yaranan radiasiyaya dözməyəcək və dərhal buxarlanacaqdır. Strugatsky qardaşları elmi fantastik romanlarında bu problemi "mütləq bir reflektor" yaratmaqla həll etdilər. Real həyatda buna bənzər bir şey hələ edilməyib. Bu vəzifə və çox miqdarda antimadənin yaradılması və uzun müddət saxlanılması məsələləri də gələcəyin fizikası ilə əlaqəli bir məsələdir.

GİRİŞ

İki yarım onillik bizi bəşəriyyət tarixini iki dövrə ayırmaq məqsədi daşıyan 4 oktyabr 1957-ci ildən ayırır: kosmosdan əvvəlki və kosmik. Bu müddətdə kosmosla bağlı ilkin məlumatları Jül Vernin romanından deyil, teleqraf agentliklərinin, televiziya hesabatlarının və kinostudiyaların demək olar ki, gündəlik mesajlarından alan bir nəsil doğuldu və böyüdü. Bu gün laboratoriyalarda, tədqiqat mərkəzlərində, dizayn bürolarında, fabriklərdə və fabriklərdə yüz minlərlə insan bu gün bu və ya digər dərəcədə kosmosla "məşğul" olur. Çoxdan bir sensasiya olmaqdan çıxdı, amma çox lazımlı oldu. İnsanlar, kosmik rabitə, meteoroloji peyklər və naviqasiya sistemləri böyük ölçüdə zəmanəmizi müəyyənləşdirir.

Eyni zamanda, kosmik yolların dik adlandırılması da boş yerə deyil. Onlarda hər şey istədiyimiz kimi olmur. Son iki yarım onillikdə kosmik tədqiqatın prioritet vəzifələri barədə fikirlər köklü şəkildə dəyişdi. Yalnız həvəskarlar, fantastika müəllifləri üçün deyil, mütəxəssislər üçün də demək olar ki, aydın olan "Ay - Mars - daha da hər yerdə" kosmonavtika inkişafının "əsas" xətti cəmiyyətin ehtiyacları və imkanları nəzərə alınmaqla əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdi. Məsələn, Marsa insanlı uçuş kimi bir sıra layihələr kosmik texnologiyanın hazırkı inkişaf səviyyəsində və eyni zamanda, bu məqsədlər üçün iqtisadi cəhətdən mümkün olan xərclərin xaricində texniki cəhətdən mümkünsüzdür.

"Əsas" yoldan davam etməyə imtina faktının özü göstərir ki, kosmos və kosmik sənayesi yalnız emosional və siyasi deyil, həm də iqtisadi amilə çevrilmişdir. Xərclərin daha da artması yalnız o zaman əsaslandırılır ki, investisiya gəlirliliyi investisiyanın əhəmiyyətli bir hissəsini əhatə edə bilər. Bu yeni mərhələdə kosmik proqramların iqtisadi cəhətdən bərpa olunması tələbi əsasən kosmonavtikanın bütövlükdə inkişaf yollarını müəyyənləşdirir.

Bu broşurada sabahın kosmik hərəkət sistemlərinin mümkün inkişaf yollarını təsəvvür etməyə çalışılır. Təbii olaraq, kosmik vasitələrin yaradılması kimi mürəkkəb və çətin bir məsələdə eyni problemin həlli üçün həmişə çoxsaylı variantlar mövcuddur. Bundan əlavə, texniki fikir və imkanların arsenalı daim böyüyür və yenilərinin bir çoxu günümüzdə bilinənlərdən daha yaxşı bir şəkildə ola bilər. Buna görə, kosmik gəminin, məsələn, 30-50 ildən sonra hansı mühərriklərlə təchiz ediləcəyi sualına aydın bir cavab almaq istəyən oxucular məyus ola bilərlər. Broşurada bu suala birmənalı cavab verilmir və bu, ümumiyyətlə mümkün deyil. Kosmik mühərriklər sahəsində bir sıra ənənəvi və yeni fikir və layihələri, onların imkanlarını və bugünkü baxışlara görə çox uzaq gələcəkdə ən aktual olacağı tapşırıqlara uyğunluğunu araşdırır.

Kosmik itələmə perspektivləri baxımından kosmik texnologiyanın inkişafının əsas istiqamətlərini şərti olaraq dörd qrupa bölmək olar.

1. Yer səthindən aşağı orbitlərə böyük yük axınlarının (ildə on və yüz min ton) təşkili. Hazırda bu yük axınları təxminən 10 dəfə azdır. Yük trafikində əhəmiyyətli dərəcədə artım həm prinsipial olaraq yeni problemlərin həlli üçün (xüsusən kosmik texnoloji istehsal müəssisələri və enerji sistemlərinin yaradılması üçün) həm də dərin kosmosda tədqiqatların davam etdirilməsini təmin etmək üçün lazımdır.

2. Həcmli yüklərin aşağı orbitlərdən yüksək orbitlərə və əksinə daşınması, oxşar yüklərin yer üzündəki orbitdən Aya daşınması. Əksər tapşırıqlar üçün kosmik gəminin istinad orbitinə atılması ara mərhələdir. Rabitə peykləri, yuxarıda göstərilən enerji sistemləri və digər bir çox kosmik vasitə yüksək orbitlərdə yerləşməlidir. Buna görə də, interbital uçuşlar üçün iqtisadi vasitələrə artan ehtiyac var.

3. Planetlərarası sürətli uçuşlar.

4. Günəş sistemi xaricindəki uçuşlar üçün kosmik gəmilərin yaradılması, kosmik gəmiləri ən yaxın ulduzlara göndərmək.

Sistemləşdirmə naminə broşurada nəzərdən keçirilən kosmik mühərriklər şərti olaraq üç qrupa bölünür: 1) enerji mənbəyi və işləyən mayenin gəmidə olması ilə xarakterizə olunan muxtar; 2) xarici enerji mənbələri ilə hərəkət sistemləri və 3) xarici kütlə mənbələrindən işləmə mühiti kimi istifadə edən hərəkət sistemləri.

Birinci qrupa maye itələyici və digər kimyəvi roket mühərrikləri, nüvə və termonüvə mühərrikləri, ikincisi - işləyən mayeni sürətləndirmək üçün kosmik gəminin xaricində yerləşən lazerlərin və ya mikrodalğalı generatorların enerjisindən istifadə edən kosmik mühərriklər və enerjidən istifadə edən mühərriklər daxildir. bu və ya digər şəkildə Günəşin ... Nəhayət, üçüncü qrupa atmosfer, planetlərarası mühit, planetlərin süxurları və asteroidlərin iş mühiti kimi istifadə olunduğu mühərriklər daxildir.

AVTOMON MOTOR SİSTEMLƏRİ

Avtonom sürmə sistemlərinin imkanları. Roket mühərrikinin rolu bir növ enerjini raketin kinetik enerjisinə çevirməkdir. Tanınmış jet itkisi prinsipinə uyğun olaraq bu çevrilmə köməkçi bir kütlə atılaraq, yəni mühərrikin işləyən mayesine müəyyən bir sürət verilərək reallaşdırıla bilər. Beləliklə, hər hansı bir itələmə sistemi bir enerji mənbəyi, atılan kütlə mənbəyi (mühərrikin işçi orqanı) və mühərrikin özü - mənbənin enerjisinin işçi orqanının kinetik enerjisinə çevrildiyi bir cihaz daxil etməlidir.

Bəzi mühərrik dizaynlarında enerji mənbəyi və işləyən maye birləşdirilə bilər. Məsələn, maye itələyən roket mühərriklərində (LRE) işləyən mayenin tərkib hissələrinin kimyəvi reaksiyası səbəbindən enerji sərbəst buraxılır. Enerji mənbəyi və işləyən maye raketin göyərtəsindədirsə, bu cür itələmə sistemlərinə avtonom deyilir.

Enerjinin qorunması qanundan belə çıxır ki, raketin göyərtəsindəki minimum ehtiyat, yükün kinetik enerjisinin cəminə və raket fəzadan atıldığı zaman cazibə qüvvəsini və hava müqavimətini aşmağa sərf olunan işin cəminə bərabər olmalıdır. Yer səthi. Məsələn, 300 km hündürlüyü olan bir orbitə süni peyk atarkən 1 kq kütlə atma dəyəri 4,5 · 10 7 C-dir.

Enerji mənbəyinin sürətlənməsi həm də əmək xərclərini tələb etdiyindən, vahid kütlə başına maksimum enerji sərbəstliyi verəcək mənbələrdən istifadə etmək arzu edilir. Enerji müxtəlif formalarda - mexaniki, elektrik, maqnit, kimyəvi, nüvə şəklində saxlanıla bilər. Kimyəvi və nüvə reaksiyalarından istifadə edən enerji mənbələri ən yaxşı xüsusiyyətlərə malikdir.

Hazırda istifadə olunan reaksiyalar və perspektivli reaksiyalar üçün xüsusi enerjilər cədvəldə verilmişdir. bir.

Cədvəl 1

Müxtəlif növ roket mühərrikləri üçün enerji mənbələrinin parametrləri

Bundan belə çıxmaq olar ki, 1 kq kütləsi olan bir Yer peykinin orbitə çıxarılması üçün 3,5 kq ağırlığında bir oksigen-hidrogen qarışığının reaksiyası zamanı və ya uranın parçalanması zamanı kifayət qədər enerji olduğu görünə bilər. -235 çəki 0,5 mq. Bununla birlikdə, raketin göyərtəsində yığılmış enerjinin kinetik enerjiyə tam çevrilməsi praktik olaraq mümkün deyildir.

Birincisi, bunun səbəbi, yığılmış enerjinin işləyən mayenin kinetik enerjisinə çevrilməsinin səmərəliliyinin həmişə 100% -dən az olmasıdır. Enerjinin bir hissəsi (elektrik mühərrikləri vəziyyətində, əksəriyyəti) boş yerə istilik radiasiyası şəklində yayılır, digəri isə atılan kütlənin daxili enerjisi (istilik, ayrışma enerjisi, və s.). Bu itkilər sevk sisteminin səmərəliliyi ilə xarakterizə olunur.

İkincisi, atılan kütlənin kinetik enerjisindən tam istifadə yalnız onun sürəti raketin sürətinə zidd və bərabər olduqda mümkündür, yəni bu kütlə mühərrikdən çıxdıqdan sonra başlanğıc nöqtəsinə nisbətən sabit qalırsa raket. Atılan kütlənin və raketin sürətlərinin mütləq dəyərlərindəki fərqdən qaynaqlanan itkilər, sözdə itələmə effektivliyi ilə xarakterizə olunur.

Əncirdə 1 müxtəlif raket mühərrikləri üçün enerji balansının diaqramını göstərir. Nisbi itkilərin təxmini dəyərləri maye itələyici mühərrik və həmçinin elektrik mühərriki üçün (mötərizədə) verilir.

Şek. 1. LPRE və ERE-də hərəkət sisteminin enerji tarazlığı (mötərizədə)

Roketin bir kütlə vahidini sürətləndirmək üçün raket mühərrikinin sərf etdiyi iş sürət kvadratının ölçüsünə malikdir, buna görə də bu işin ölçüsü olaraq müəyyən bir xarakterik sürət götürmək rahatdır - v x. Cazibə qüvvələri olmadığı bir boşluqda bir roketi sürətləndirərkən bu sürət raketin öz sürəti ilə üst-üstə düşür. Müvafiq olaraq, işləyən mayenin mühərrikində sürətlənməyə sərf olunan iş, sürəti - sözdə axın dərəcəsi ilə ifadə edilə bilər v və.

Bu sürətlər arasındakı əlaqə, sabit bir çıxma sürətində, Tsiolkovski tənliyi ilə təsvir edilmişdir v x \u003d v və ln (1 + z) harada z - raketin göyərtəsində saxlanılan işləyən mayenin kütləsinin "boş" raketin kütləsinə (yük, mühərrik və quruluşun kütləsi daxil olmaqla) nisbətinə bərabər Tsiolkovski ədədi.

Xarakterik sürət, ümumiyyətlə bir tapşırığı yerinə yetirmək üçün lazım olan enerjinin xərclənməsi səbəbindən müvafiq sürətlərlə ifadə olunur. Bunlar cazibə sahəsindən çıxma sürəti, orbital sürət və uçuş hədəfidirsə, planetə yaxınlaşma sürəti. Məsələn, süni bir Yer peykinin buraxılması üçün xarakterik sürət 9,5 km / s, Yerin cazibə sahəsindən çıxmaq üçün 12,5, planetlərarası uçuşlar üçün 30-50 km / s-dir.

Tsiolkovski nömrəsi roketin ən vacib xüsusiyyətidir: müəyyən yük kütləsi üçün raketin atış kütləsini təyin edir və buna görə mümkün olan ən aşağı dəyəri arzu edilir. Tsiolkovski tənliyindən belə çıxır ki, müəyyən bir xarakterik sürət üçün Tsiolkovski ədədi yalnız axın sürətini artırmaqla azaldıla bilər. Beləliklə, sona çatma sürəti mühərrikin əsas xüsusiyyətlərindən biridir və artması raket mühərriklərinin təkmilləşdirilməsinin əsas vəzifəsidir.

Kombinə edilmiş enerji mənbələri olan mühərriklər və atılan kütlə ilə işləmə mayesinin daxili enerjisi sayəsində sürətləndirildiyi zaman çıxma sürətinin müəyyənləşdirilməsinə əsaslanaraq, xaric olan kütləsinin kinetik enerjisini bərabərləşdirərək xaricə çıxma sürətini asanlıqla hesablamaq olar. enerji mühərrikin səmərəliliyinə vurulur. Cədvəl 1, 100% -ə bərabər bir motor səmərəliliyi ilə fərqli reaksiyalara uyğun axın dərəcələrini göstərir.

Əncirdə 2, müxtəlif Tsiolkovski nömrələri üçün xarakterik sürətin çıxma sürətindən asılılığının qrafikini göstərir. Bu qrafikin Cədvəldəki məlumatlarla müqayisəsindən. 1, bütün kosmik uçuş problemlərinin, rötör yanacağı kimi uran-235 istifadə edilərək asanlıqla həll edilə biləcəyi qənaətinə gələ bilərik, deyerium və tritiumdan bəhs etmirik. Həqiqətən, planetlərə uçuş üçün tələb olunan xarakterik bir sürət üçün 50 km / s uranın parçalanma enerjisinə uyğun çıxma sürətindəki Tsiolkovski sayı 5.5 · 10-3-dir. Mühərrik səmərəliliyi% 1 olsa belə, uran kütləsinin raket kütləsinə nisbəti yalnız 0,056 olacaqdır.

Bununla birlikdə, bütün uran atomları dizayn axın sürətinə çatmaq üçün mühərrikdə reaksiya göstərməlidirlər. Özünü davamlı bir nüvə parçalanma reaksiyası, sözdə kritik kütlədən az olmayan (uran üçün təxminən 1 kq) parçalanan bir maddə kütləsi tələb etdiyindən, mühərrikdə bir müddət içində böyük bir enerji 10 13 J çıxacaq. Bu enerjinin bir hissəsinin belə qısa müddətdə raketin kinetik enerjisinə keçməsi son dərəcə yüksək sürətlənmələrə və dolayısı ilə heç bir raket dizaynının tab gətirə bilməyəcəyi həddindən artıq yüklərə cavab verir. Bundan əlavə, reaksiya məhsullarının 50 milyon K-dan çox bir temperaturu var və mühərrikin divarları ilə qarşılıqlı əlaqəsi onun istilik məhvinə səbəb olacaqdır.

Şek. 2. Müxtəlif Tsiolkovski ədədləri üçün xarakterik sürətin çıxma sürətindən asılılığı

Atom reaktorlarında baş verən təxirə salınmış nəzarətli bir nüvə reaksiyası halında, parçalanma parçaları reaksiyasız atomlarla toqquşmalarda enerjisini itirir, konsentrasiyası bir neçə dərəcə daha yüksəkdir və ümumiyyətlə, bütün bölünən maddələr çox enerji alır. nüvə reaksiyasının spesifik enerjisindən azdır. Bu enerjini bölünən maddənin özünün axma sürətini yaratmaq üçün istifadə etmək sərfəlidir, çünki reaksiya verilməmiş nüvələrin daxili enerjisi şəklində çox enerji itiriləcək və bu səbəbdən mühərrikin səmərəliliyi qəbuledilməz dərəcədə aşağı olacaqdır.

Bu məhdudiyyətlərlə əlaqəli olaraq, roket mühərriklərində nüvə reaksiyalarının istifadəsi, ilk növbədə enerjinin raketin göyərtəsində saxlanılan neytral kütləyə ötürülməsini əhatə edir, yəni enerji mənbələri və proqnozlaşdırılan kütlə ayrılır.

Bu cür mühərriklər və işləyən mayenin eyni zamanda enerji mənbəyi olduğu mühərriklər üçün axın sürətinə dair tələblərdə aşağıdakı əsas fərqi qeyd etmək lazımdır. Tsiolkovski tənliyi ilə təsvir olunan sabit bir çıxış sürətinə malik uçuş rejimi itmə itkiləri baxımından faydalı deyil (itələmə effektivliyi yalnız çıxma sürətinin raket sürətinə bərabər olduğu trayektoriyanın o nöqtəsindədir). Həqiqətən, Şek. 1, tipik bir Sabit Çıxış Hızı (LRE) mühərriki üçün atılan kütlə ilə əlaqəli kinetik enerji itkiləri bütün itkilərin təxminən yarısını təşkil edir.

Bununla birlikdə, raketin hərəkət tənliklərinin analizindən belə çıxır ki, işləyən mayenin daxili enerjisini enerji mənbəyi kimi istifadə edən mühərriklər üçün müəyyən bir mühərrik üçün mümkün olan maksimum çıxma sürətində Tsiolkovskinin minimum dəyəri say, xarakterik sürətin dəyərindən asılı olmayaraq verilir. Digər tərəfdən, ayrı-ayrı enerji mənbələri və proqnozlaşdırılan kütləsi olan mühərriklərdə sabit bir egzoz sürəti olan raketlərin sürətlənməsi rejimi artıq optimal deyil və itələmə səmərəliliyinin artması raketin xüsusiyyətlərini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırır. Bu vəziyyətdə sona çatma sürəti raket sürətinə nisbətdə artmalıdır.

Çıxış sürətinin spesifik dəyərlərini təsvir edən asılılıqlar kifayət qədər mürəkkəbdir və bunlar üzərində dayanmayacağıq. Bundan əlavə, dəyişkən egzoz sürət mühərriklərinin praktikada tətbiqi çətindir. Buna görə, ayrılmış enerji mənbələri və rədd edilmiş kütləsi olan mühərrikləri müəyyən bir orta işlənmə sürəti ilə xarakterizə etmək məsləhətdir. Raketin göyərtəsindəki minimum enerji ehtiyatı (məsələn, uran-235 kütləsi ilə xarakterizə olunur) xarakterik sürətin təxminən 62% -nə bərabər olan Tsiolkovski sayına və 4-ə bərabər olan bir çıxış sürətində əldə edilir. göyərtədəki enerji ehtiyatı və xarakterik sürət verilir, sonra bitmə sürətinin verilmiş optimal dəyəri raketin mümkün olan maksimum yükünə cavab verir.

Buradan belə çıxır ki, ayrı-ayrı enerji mənbələri və proqnozlaşdırılan kütləsi olan mühərriklərdə axın sürəti müəyyən bir kosmik uçuş problemi ilə təyin olunan optimal dəyəri aşmamalıdır. Bu mövqe, yeni mühərriklər hazırlayarkən egzoz sürətini artırmaq istəyi ilə əlaqədar yuxarıda deyilənlərə zidd deyil, çünki mövcud mühərrik sxemlərində əksər problemlər üçün optimal işlənmə sürəti hələ əldə olunmamışdır.

Bəzi hallarda, işləyən mayenin daxili enerjisini istifadə edən mühərriklər üçün belə, passiv kütlə əlavə edərək axın sürətini azaltmaq üstünlük təşkil edir. Məsələn, Ayı tərk edən maye itələyici mühərriki olan bir raket, təxminən 2,5 km / s xarakterik bir sürət yükünü məlumatlandırmalıdır. Bu tapşırıq üçün optimal çıxış sürəti 1,6 km / s-dir (0,62.) v x). Maye itələyən roket mühərrikinin çıxma sürəti əhəmiyyətli dərəcədə yüksəkdir və bu səbəbdən işçi mayeyinə ay tozunu əlavə edərək (tercihen mühərrikin işləmə temperaturunda buxarlanan komponentlərinin mühərriki ilə) onu optimala endirmək üstünlük təşkil edir. raketin Aya enməsi zamanı sərbəst buraxılan boş tankları varsa ... Bu əməliyyat nəticəsində raket yanacağının növündən asılı olaraq faydalı yük 20% -ə qədər artırıla bilər.

Şek. 3. Avtonom mühərriklərin təsnifatı

Roket mühərriklərinin bir-biri ilə müqayisə edildiyi digər bir mühüm parametr itələmə, yəni mühərrikin raketləri sürətləndirməsi üçün yaratdığı gücdür. İtmə miqdarı atılan kütlənin (mühərrik işləyən maye) ikinci axın sürətinin axın sürəti ilə hasilinə bərabərdir. Bu parametrə görə, itələmə raketin ağırlığını aşdıqda və ikincisi Yerin səthindən atıla biləcəyi zaman, yüksək təkan mühərriklərini və yalnız peyk orbitindən atılmaq üçün uyğun olan aşağı güclü mühərrikləri ayırd edirlər.

Alçaq və yüksək gərginlikli mühərriklərə bölünmə birbaşa başqa bir parametrlə - mühərrikin xüsusi çəkisi ilə inkişaf edir, bu da mühərrikin ağırlığının inkişaf etdirmə qüvvəsinə nisbətinə bərabərdir. Təbii ki, xüsusi çəkisi birdən böyük olan mühərriklər aşağı itələyən mühərriklər kimi təsnif edilməlidir.

İndi muxtar mühərriklər üçün perspektivli sxemləri, eləcə də nəzərdən keçirilmiş parametrləri və ilk növbədə axın sürətini yaxşılaşdırmaq baxımından mövcud sxemləri yaxşılaşdırma yollarını nəzərdən keçirək. Bununla birlikdə əvvəlcə qeyd edək ki, enerjinin proqnozlaşdırılan kütlənin kinetik enerjisinə çevrilməsi üsulu ilə, roket mühərriklərinin iki əsas sinfi - istilik və elektrik ayırd edilə bilər (şəkil 3). Bundan əlavə, partlayıcı, foton və digər mühərriklər var.

İstilik mühərrikləri. İstilik mühərriklərində, istənilən istilik mühərriklərində olduğu kimi (qaz turbinləri, daxili yanma mühərrikləri) enerjinin çevrilməsinin əsas mexanizmi əvvəllər sıxılmış və yüksək temperaturda qızdırılan qazın genişləndirilməsidir. Bu çevrilməni həyata keçirən cihaz, işləyən mayenin xarici boşluğa axdığı bir jet nozzle (dəyişkən kəsişmənin profilli kanalı).

Burun çıxışındakı axın sürəti işləyən mayenin temperaturunun kvadrat kökü ilə mütənasib və molekulyar çəkisi ilə tərs mütənasibdir. Burunun istilik kimi termodinamik səmərəliliyi. Dəzgahın BATT-si, nozzle girişindəki və çıxışındakı qaz temperaturu fərqi ilə müəyyən edilir ki, bu da öz növbəsində nisbi təzyiq fərqindən, yəni qazın genişlənmə dərəcəsindən asılıdır. Qaz genişlənmə dərəcəsi mühərrikin ölçüsü və çəkisi ilə məhdudlaşır və bu səbəbdən həqiqi dizaynlarda termodinamik səmərəlilik% 60-70-i keçmir.

Beləliklə, termal roket mühərriklərinin xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq üçün yalnız iki imkan var - işləyən mayenin temperaturunu artırmaq və molekulyar çəkisini azaltmaq.

Kimyəvi mühərriklərin məhdudlaşdırılması imkanları. Günümüzdə geniş yayılmış kimyəvi reaksiyaların enerjisindən istifadə edən istilik mühərriklərində maye və itələyən roket mühərriklərində (bərk itələyən roket mühərrikləri) işləyən maye yanacağın reaksiya verməsi nəticəsində əmələ gəlir. oksidləşdirici. İşləyən mayenin temperaturu reaksiya istiliyi ilə, molekulyar çəki isə reaksiya məhsullarının molekulyar çəkisi ilə müəyyən edilir. Cədvəldə verilmişdir. 1, kimyəvi reaksiyalar, ən yüksək axın sürətini əldə etmək baxımından molekulyar ağırlıq və temperatur arasında optimal nisbət verir.

Hal-hazırda kimyəvi raket mühərrikləri demək olar ki, optimal performans həddi səviyyəsinə çatıb. Bir oksidləşdirici olaraq oksigendən istifadə edilən ən optimal reaksiyalar uzun müddətdir mənimsənilmişdir: oksigen-kerosin və hidrogen-oksigen mühərrikləri uzun illər kosmik texnologiyada istifadə olunur. Fluor ehtiva edən oksidantlardan istifadə etməklə bəzi performans yaxşılaşdırılması əldə edilə bilər. Ancaq flor kimyəvi cəhətdən çox aqressiv bir maddə olduğundan, bu kimyəvi elementin istifadəsini əsaslandıra bilən spesifik itkidə nisbətən az qazanc, işləmə narahatlıqlarını çətinliklə əsaslandırır.

Kimyəvi mühərriklərin işini yaxşılaşdırmağın ən radikal yolu sərbəst radikalların rekombinasiya reaksiyalarından istifadə etməkdir. Sərbəst radikal, molekulyar birləşmələrin ayrılması nəticəsində əldə edilən, elektriksel olaraq neytral bir atom və ya elektron qabığının qeyri-sabit vəziyyəti olan bir atom qrupudur. Məsələn, H2O -\u003e OH + H reaksiyasında hidroksil qalığı və atom hidrogen radikaldır. Ən yüksək enerjiyə bir hidrogen molekulunun H + H -\u003e H 2 əmələ gəlməsi reaksiyası sahibdir (bu reaksiyanın spesifik enerjisi təxminən 30 km / s çıxma sürətinə uyğundur).

Bununla birlikdə, sərbəst radikalların sabit bir molekula birləşmə meylinin yüksək olması səbəbindən onların toplanması və saxlanması yalnız kimyəvi reaksiya sürətlərinin kəskin azaldığı 0 K-ya yaxın temperaturlarda mümkündür. Ancaq 0 K-da belə, sözdə tunel reaksiyaları üçün ehtimal qalır. Buna görə sərbəst radikalları təmiz formada saxlamaq mümkün deyil. Radikalların neytral bir matrisə dondurulması düşünülür (məsələn, atom hidrogenini qatı hidrogenin kristal qəfəsinə qoyun), sərbəst radikalların konsentrasiyası isə prinsipcə 50% -dən çox ola bilməz.

% 10 atom hidrogen və% 90 molekulyar hidrogen qarışığı belə, yalnız 1200 K temperaturda təxminən 5 km / s çıxma sürəti əldə etməyə imkan verəcəkdir. Bu problem üzərində 20 ildən çox müddətdir ki, sərbəst radikalların yüzdə onda birini aşmayan bir konsentrasiyasına nail olmaq mümkündür. Buna baxmayaraq, sərbəst radikalların faydaları daha çox tədqiqatı stimullaşdırır.

Nüvə istilik mühərrikləri. Termal roket mühərriklərinin xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq üçün ən perspektivli istiqamət nüvə reaksiyalarının enerjisindən istifadə edilməsidir. Artıq göstərildiyi kimi, nüvə reaksiyalarını yalnız ayrılmış enerji mənbələri və atılmış kütlə ilə sxemlərdə istifadə etmək məsləhətdir. Burada nüvə yanacağı işləyən mayeyə ötürülən istilik mənbəyi rolunu oynayır.

Ən sadə nüvə roket mühərrikində, nüvə elektrik stansiyalarının reaktorlarında olduğu kimi, nüvə qabığın içərisində olan uran və ya plutonyum birləşmələri olan yanacaq elementlərindən ibarətdir. Yanacağın nüvə çürüməsi nəticəsində onlar istilənir. Maye işləyən maye, nasosların köməyi ilə nüvəyə vurulur, burada nüvədən istilik alaraq buxarlanır, temperatur yüksəlir və jet ucunda sürət artır.

İşləyən mayenin ən yüksək temperaturu yanacaq elementlərinin ərimə temperaturu ilə məhdudlaşır və tələb olunan istilik fərqi (istilik ötürülməsi üçün) və materialların kimyəvi müqaviməti nəzərə alınaraq, 2000 K-dan çox ola bilməz. kimyəvi mühərriklərdəki maye 3000-3500 K-dir, qatı nüvəli nüvə mühərriklərində axın sürətini artırmağın yeganə yolu, kimyəvi mühərriklərlə müqayisədə işləyən mayenin molekulyar çəkisində azalma var. Hidrogen minimum molekulyar ağırlığa (2 g / mol) malikdir, bunun üçün 8-9,5 km / s-lik bir çıxış sürəti əldə etmək mümkündür. Bu, qatı nüvəli termal roket mühərrikləri üçün yuxarı sərhəddir. Bu dəyərlərə yaxın xüsusiyyətlər ABŞ-da "Nerva" eksperimental nüvə mühərriki üzərində əldə edilmişdir.

Nüvə mühərriklərindəki işləyən mayenin temperaturunu daha da artırmaq üçün, ayrılan maddənin qaz fazında olduğu reaktorlara keçmək lazımdır. Lakin bu qaz fazalı nüvə reaktorlarının inkişafında bir sıra problemlər yaranır. Özünü davamlı bir nüvə reaksiyası üçün, nüvə yanacağının kritik olanından az olmayan kütləsinin reaksiyada iştirak etməsi lazımdır. Yüksək temperaturda qaz fazasında nüvə yanacağının sıxlığı aşağı olduğundan kritik kütləyə çatmaq üçün yüksək təzyiqlər və nüvənin böyük həcmləri tələb olunur.

Qaz fazalı reaktorların inkişafındakı ikinci həll olunmayan problem, reaktiv olmayan nüvə yanacağının işləyən maye ilə birlikdə çıxarılmasıdır ki, bu da raketin enerji xüsusiyyətlərini xeyli azaldır.

İşləyən mayenin nüvə yanacağı ilə qarışdırılmasından və ya ondan ayrılmasından asılı olaraq, sırasıyla homojen və heterojen mühərriklərin sxemləri ayrılır. Məqsədlərinə şübhə yaradan homojen sxemlərin əsas çatışmazlığı, işləyən maye ilə birlikdə uranın böyük bir şəkildə çıxarılmasıdır - işləyən mayenin 1 tonu üçün təxminən 100 kq.

Heterojen sxemlərdə nüvə yanacağının nəqli əhəmiyyətli dərəcədə azaldıla bilər və ya sıfıra endirilə bilər. Reaktorun həcmində kənarlara doğru böyüyən solenoidlərin köməyi ilə güclü bir maqnit sahəsi yaranır. Bu vəziyyətdə, sahənin konfiqurasiyası sözdə bir maqnit "şüşə" meydana gətirir. Maqnetik "şüşə" bir plazma halındakı bir maddənin uzun müddət heç bir möhkəm divarın iştirakı olmadan içində saxlanması xüsusiyyətinə malikdir. Nüvə reaksiyalar nəticəsində uran plazma halına keçir və maqnit sahəsi onu işləyən maye (hidrogen) ilə qarışdırmaqdan saxlayır. Sonuncusu maqnit "şüşə" nüvə yanacağı ilə axır, ondan istilik götürür. Qarışmamaq üçün laminar axın vəziyyəti təmin edilməlidir. Bu vəziyyətdə, nüvə ilə işləyən maye arasında effektiv istilik mübadiləsi yalnız radiasiya ilə mümkündür. Hidrogen uran plazmasının şüalanması üçün şəffaf olduğundan, lityum ona% 1-2 miqdarda əlavə olunur, bu da ionlaşaraq şüalanmanı güclü şəkildə qəbul edir. Belə bir sxemdə, işləyən mayenin axın nisbətinə nisbətən% 2-dən az uran çıxarılması ilə 20-30 km / s-lik bir çıxış sürəti əldə etməsi gözlənilir.

Ayrışan material ötürülməsinin olmadığı qaz fazlı mühərriklərin sxemləri də araşdırılır. Belə bir mühərrikin yanacaq elementinin diaqramı Şek. 4. Mühərrik şəffaf odadavamlı materialdan (məsələn, leukosapphire) hazırlanmış cüt divarlı bir kapsuldur. İş şəraitində qaz fazasında olan bir kapsulun içinə bölünən bir maddə qoyulur. Hidrogen onları sərinləmək üçün divarlar arasına vurulur. Həm divarlar, həm də hidrogen radiasiya üçün şəffaf olduğundan, radiasiya şəklində sərbəst buraxılan nüvə enerjisi çıxır, burada eyni hidrogeni qızdırır, lakin lityum əlavə olunur. Reaktor nüvəsi bu cür yanacaq elementlərindən toplanır.

Bu sxemin həyata keçirilməsinə yüksək temperaturda və yüksək radiasiya axınlarında qazlı uranla təmasda davamlı olan şəffaf divarlar üçün uyğun materialların olmaması mane olur.

Plazma maqnitli "butulka" da saxlanıldıqda, nüvə birləşməsi reaksiyasından istifadə edərək termonüvə mühərriki həyata keçirmək mümkündür. Bununla birlikdə, termonükleer birləşmənin istifadəsinin daha perspektivli yolları bir az sonra nəzərdən keçiriləcək impulslu dövrələr hesab olunur.

Şek. 4. Heterogen olmayan bir qazın aktiv zonasının hüceyrəsi: 1 - safir divarları, 2 - uran plazması, 3 - işləyən maye

Elektrikli reaktiv mühərriklər. Elektrikli bir reaktiv mühərrik, bir roketdə meydana gələn elektrik enerjisini proqnozlaşdırılan kütlənin kinetik enerjisinə çevirmək üçün bir cihazdır. Ən sadə çevrilmə üsulu, işləyən mayenin elektrik cərəyanı ilə qızdırıldığı və daha sonra adi istilik mühərriklərində olduğu kimi bir jet nozzle sürətləndirildiyi zaman, termotermik mühərriklər adlanan yerdə həyata keçirilir.

Elektrikli isitmə ilə çox yüksək temperatur əldə olunmasına baxmayaraq, işləyən mayenin elektromaqnit sürətlənməsinə malik motorlara daha çox üstünlük verilir. Bu cür mühərriklərdə elektromaqnit sahəsinin enerjisi kinetik enerjiyə çevrilir və bu səbəbdən içərisində axın sürətinin dəyəri və enerjinin çevrilməsinin səmərəliliyinə görə termodinamik məhdudiyyətlər mövcuddur.

İşləyən mayeni sürətləndirmək üçün istifadə olunan elektromaqnit qüvvələrə görə ion, plazma və yüksək tezlikli mühərriklər fərqlənir. İyon mühərriklərində sürətlənmə elektrik sahəsinin işləyən mayenin ionları və ya yüklənmiş makropartikülləri ilə qarşılıqlı təsirindən baş verir. Plazma mühərrikləri bir cərəyanın maqnit sahəsi ilə qarşılıqlı təsirindən istifadə edir. Və nəhayət, yüksək tezlikli bir mühərrikdə sürətlənmə bir hərəkət edən elektromaqnit dalğasının sahəsi tərəfindən həyata keçirilir. Elektrik mühərriklərində, işığın sürətinə yaxın sürətlərə qədər (məsələn, mühərrik kimi hissəcik sürətləndiricilərindən istifadə edirsə) özbaşına yüksək axın sürətləri əldə etmək nisbətən asandır.

Elektrik enerjisinin (akkumulyatorların) işıq akkumulyatorlarının olmaması səbəbindən elektromaqnit sürətləndirmə prinsipinin istifadəsi yalnız nüvə enerjisinin elektrik enerjisinə çevrilməsi ilə birlikdə məntiqlidir. Hal-hazırda belə bir dönüşüm üçün effektiv birbaşa metodlar məlum deyil və bu səbəbdən muxtar elektrik mühərriklərinin istifadəsi həmişə istilik dövrü ilə işləyən bir nüvə elektrik stansiyası ilə birlikdə nəzərdən keçirilir.

Bir kosmik elektrik stansiyasının şematik diaqramı, hər hansı bir yerüstü elektrik stansiyası kimi bir istilik mənbəyi (bu vəziyyətdə nüvə reaktoru), bir istilik mühərriki (verilən istilik enerjisinə çevrilir) və bir soyuducu (xaric edən bir cihaz) ehtiva edir. israf). Kosmik elektrik stansiyaları ilə yerdəki həmkarları arasındakı ən əhəmiyyətli fərq, istiliyin aradan qaldırılması metodudur. Xarici məkanda istinin sərbəst buraxılması yalnız radiasiya ilə mümkündür.

Bu vəziyyətin nə qədər ciddi olduğunu aşağıdakı nümunədən görmək olar. Yerüstü elektrik stansiyalarında 50 ° C istilik çıxışı orta istilikdə 1 kVt istilik yaymaq üçün soyuducunun radiasiya səthi 1,64 m 2-dir. 100 kVt gücündə olan, yalnız 30 kq çəkmə qüvvəsi olan bir maye itələyici mühərrikin gücünə və eyni temperaturda itələmə sisteminin ümumi səmərəliliyinə 20% bərabər olan bir elektrik mühərriki üçün 1300 m 2 ərazi tələb olunur.

Vahid səthə yayılan enerji, temperaturun dördüncü gücü ilə mütənasibdir və buna görə soyuducunun sahəsini azaltmaq üçün onun temperaturunu artırmaq lazımdır. Bir elektrik stansiyasının istilik mühərriki kimi səmərəliliyi istilik mənbəyi ilə soyuducu arasındakı istilik fərqi ilə mütənasib olduğundan, səmərəlilik dəyərini qorumaq üçün mənbənin istiliyində müvafiq bir artım lazımdır.

Beləliklə, həm istilik, həm də elektrik mühərriklərinin səmərəliliyinin artırılmasının ümumi vəzifəsi yüksək temperaturlu reaktor yaratmaqdır. Kosmik enerji tələbləri istiliyin elektrik enerjisinə yüksək temperaturda birbaşa çevrilməsi sahəsində intensiv araşdırmalara səbəb oldu.

Kosmik qurğular üçün ən perspektivli transformasiya sistemləri termionik çeviricilər (TEC) oldu. TPE-nin işləmə prinsipi Şek. 5, burada TEC bir dioddur, interelektrod boşluğu sezyum buxarı ilə doldurulur. Yüksək temperaturda katot anodda sıxlaşan elektronlar yayır və onu katotla əlaqəli mənfi potensiala doldurur. Nəticədə katot və anot arasında potensial fərq yaranır və yükə bağlandıqda dövrədə elektrik cərəyanı axır.

Elektronların "buxarlanmasından" və radiasiya itkilərindən qaynaqlanan katotun soyuması nüvə reaktorundan istilik tədarükü ilə kompensasiya olunur. Elektron kondensasiyası və katot tərəfdən parlaq istiləşmə nəticəsində anodda çıxan istilik soyuducu və ya birbaşa kosmosa radiasiya ilə çıxarılır.

Şek. 5. İstilik enerjisini elektrik enerjisinə çevirən bir termionik konvertorun sxematik diaqramı: 1 - katot, 2 - sezyum buxarı ilə doldurulmuş elektrodlararası boşluq, 3 - anod, 4 - yük

Bir volfram katodu olan bir termionik çevirici 2500 K-a qədər bir katot temperaturunda və 5 ilə 40 Vt / sm 2 arasında xüsusi bir güclə anod temperaturu ilə 1000-1400 K-da işləyə bilər; 25% -ə qədər. TPE-nin dezavantajı aşağı işləmə gərginliyidir (təxminən 0,5 V) və bu səbəbdən elementlərin bir sıra bağlantısı istifadə olunur.

Teorik olaraq, soyuducunun ölçüsü baxımından optimal olan istilik çıxışının temperaturu istilik mənbəyinin temperaturunun 75% -i olmalıdır. Bir qatı hal reaktoru tərəfindən tətbiq olunan istilik sərhədləri ilə radiator soyuducusu həmişə bir kosmik elektrik stansiyasının ən ağır olmasa da ən böyük hissəsi olacaqdır. Soyuducunun səmərəli işləməsi üçün onun səthində istilik dövrünün aşağı temperaturuna yaxın bir temperatur olmalıdır.

Materialların təbii istilik keçiriciliyi səbəbindən buna nail olmaq mümkün deyil; maye və ya qazlı bir istilik daşıyıcısının dövriyyəsi ilə istiliyin məcburi köçürülməsi lazımdır. Bu vəziyyətdə, soyuducunun pompalanması üçün əlavə enerji itkiləri meydana çıxır və quraşdırma meteorik bir qəzaya çox həssasdır. Soyuducunun geniş səthləri ilə, meteoritin soyuducu ilə kanalın divarını məhv etmək üçün kifayət qədər bir ölçüyə çarpma ehtimalı kəskin şəkildə artır, bu da qurğunun təzyiqdən çıxmasına və uğursuz olmasına səbəb olacaqdır.

Bu problemləri aradan qaldırmaq üçün ən uğurlu dizayn həlli (enerji itkisi və meteorit qəzası) istilik borusunun istifadəsidir. İstilik borusu, daxili divarlarında fitil deyilən bir boşluqla yerləşdiyi bir sirkulyasiya edən bir soyuducu bir kanaldır (ən sadə halda, incə bir meshdur). Əvvəlcədən boşaldılmış boru fitil və boru divarı arasındakı boşluğu doldurmaq üçün kifayət qədər miqdarda maye ilə doldurulur və burada kapilyar qüvvələr tərəfindən tutulur.

Bir istilik borusunda istilik, istilik ötürmə və soyutma zonaları fərqlənir. Radiator soyuducusunda, son iki zona, bir qayda olaraq, birləşdirilir. Isıtma zonasına verilən istilik buxarları fitil çuxurlarından borunun daxili boşluğuna keçən və soyutma zonasına qaçan mayeni buxarlayır. Orada kondensasiya istiliyinin radiasiya ilə xaric edildiyi boru divarlarına ötürülməsi ilə maye kondensasiya baş verir. Yoğuşma nəticəsində əmələ gələn maye, fitildə və fitil ilə boru divarı arasındakı boşluqda yaradılan kapilyar qüvvələr tərəfindən yenidən istilik zonasına qaytarılır.

Belə bir istilik ötürmə prosesi o qədər təsirli olur ki, məsələn, indi boru kəsiyi hər 1 sm 2 üçün 10 kW istilik axını bir neçə metr məsafədə boru arasındakı istilik fərqi ilə ötürən borular sınaqdan keçirilmişdir. 0,01 K-dən az başa çatır, bu, mis üçün müvafiq dəyərdən bir neçə min dəfə yüksək olan istilik keçiriciliyi əmsalı olan möhkəm bir çubuğun istilik ötürülməsinə bərabərdir. Yalnız maye metal soyuducusu olan sistemlər istilik ötürmə qabiliyyəti baxımından istilik boruları ilə rəqabət edə bilər, lakin nasos işləmə xərclərini tələb edir.

Şek. 6. Tozlu soyuducu-emitentin sxemi: 1 - nasos, 2 - istilik dəyişdiricisi, 3 - ferromaqnit toz, 4 - solenoid sarğı, 5 - maqnit sahə xətləri

Radiator soyuducusunun səthi istilik borularından yığılmışdır. İstilik təchizatı zonası ya soyudulacaq qurğu ilə birbaşa təmasda ola bilər, ya da ara istilik daşıyıcısı tərəfindən yuyula bilər. Şüalanan bir səth yaratmaq üçün bir çox istilik borusundan istifadə edilməli və kanalları bir-biri ilə əlaqəsiz ola biləcəyi üçün, bir və ya bir neçə borunun meteorit tərəfindən zədələnməsi bütün qurğunun işinə yalnız əhəmiyyətsiz təsir göstərəcəkdir.

İstilik daşıyıcısı, elektrik stansiyasının tullantı istilərini çıxarıb nasosla istilik dəyişdiricisindən pompalanan və xarici boşluğa atılan ferromaqnetik toz olduqda istilik axıdılması sxemləri mümkündür. Orada tutulurlar və yenidən nasos girişinə qaytarılırlar. Maqnetik bir sahədə bir-biri ilə bir-birinə bağlanan ferromaqnit hissəciklər şüalanan bir qabıq yaradaraq güc xətləri boyunca düzülür. Toz maddənin kifayət qədər maqnit keçiriciliyi ilə bütün xarici maqnit sahəsi bu qabıqda cəmləşir və faydasız saçılma baş vermir.

Bu tip soyuducu-emitentin üstünlüyü, meteorit zədələnməsinə tamamilə toxunulmazlığı və elektrik stansiyasını Yer səthindən peyk orbitinə apararkən kiçik ölçüsüdür, çünki toz kiçik ölçülü bir qabda ola bilər. Hazırda bu sxem hələ nəzəri tədqiqatlar mərhələsindədir. Onun tətbiqi, işıq və iqtisadi maqnit sahəsinin olmaması ilə məhdudlaşır.

Mikro partlayışlar üçün nəbz mühərrikləri və foton mühərriki. Diaqramları Şəkildə göstərilən impulslu nüvə raket mühərriklərinin (INRM) işləmə prinsipi. 7, və və b, dövri nüvə və ya termonükleer partlayışların kütlə yansıtıcısının səthində həyata keçirilməsindən ibarətdir. INRD-nin vacib elementləri, yüklənmiş reaksiya məhsullarının reflektor səthinə girməsini maneə törədən maqnit sahəsinin mənbəyidir və roketə ötürülən impuls yükünün düzəldilməsinə xidmət edən bir damperdir.

Ümumiyyətlə, partlayış nəticəsində bu cür mühərriklərdə ya reflektorun materialı, ya da reflektorun səthinə verilən işləyən maye buxarlanır. Bundan əlavə, nüvə reaksiyasının meydana gəlməsi üçün şərtləri yaxşılaşdırmaq, reaksiya verən atomların hissəsini artırmaq və partlayış temperaturunu azaltmaq üçün nüvə yükü passiv maddənin kifayət qədər qalın bir qabığına daxil edilmişdir. Nəticədə atılan kütlə əsasən reaksiyada iştirak etməyən maddələrdən (hidrogen, lityum və s.) İbarət olacaq və bu cür mühərriklərdə egzoz sürəti 100 km / s ilə məhdudlaşır.

Reflektorun materialı buxarlanmadan soyudulması üçün qənaətbəxş texniki həllər tapılarsa və yükü əhatə edən bir qabıq meydana gəlmədən nüvə reaksiyasını həyata keçirmək mümkündürsə, bu cür mühərriklərdə çıxma sürətləri nəzəri cəhətdən mümkün olan dəyərlərə yaxınlaşa bilər - 10 5 km / s. Bu vəziyyətdə INRD elektrik mühərriklərinə nisbətən daha az xüsusi çəkiyə sahib olacaq, çünki onlardan çıxarılan istilik payı əhəmiyyətli dərəcədə az olacaq (elektrik mühərrikləri üçün bu nüvə qurğusunun gücünün 75-90% -ni təşkil edir) və istilik mübadiləsi daha yüksək bir temperaturda aparılmalıdır. Nəticədə, sahə və buna görə radiator soyuducusunun kütləsi əhəmiyyətli dərəcədə az olacaqdır.

Şek. 7. İmpuls mühərriklərinin diaqramları (və - transuranik elementlərdə,b - termonükleer mühərrik): 1 - kosmik gəmi, 2 - damper, 3 - nüvə yanacaq təchizatı sistemi, 4 - reflektor, 5 - partlayış zonası, 6 - enerjiyə çevrilmə sistemi, 7 - maqnit sahəsi yaratmaq üçün sarma, 8 - reaksiya alovlanma sistemi ( hissəcik sürətləndiriciləri və ya lazerlər)

Nüvə bölünmə reaksiyaları üçün əsas problem, özünü təmin edən bir nüvə reaksiyası üçün tələb olunan nüvə yanacağının kütləsini azaltmaqdır (kritik kütlə). Uran-235 və plutonyumdan hazırlanan hazırda geniş istifadə olunan nüvə yanacağı üçün kritik kütlə o qədər böyükdür (1 və 3 kq deyək) ki, belə bir kütlənin partlaması zamanı sərbəst buraxılan çox yüksək enerji sayəsində bunların birbaşa istifadəsi INRD-dəki elementlər xaric edilmişdir.

Kritik kütlə ya parçalanan maddənin sıxlığını artıraraq 10 14 - 10 15 Pa təzyiqlə sıxaraq və ya böyük nüvə kütlələri olan kimyəvi elementlərə - transuranik elementlərə keçməklə azalda bilər. Müasir texnologiya tələb olunan böyüklükdə nəbz təzyiqləri yaratmağa imkan verir, lakin bu, yalnız sintez reaksiyaları üçün istifadəsi daha məqsədəuyğun olan kompleks və ağır cihazlardan istifadə edildikdə mümkündür. Bu səbəbdən INRE bölünməsində yanacaq kimi yalnız transuranik elementlər (ilk növbədə California-252) istifadə edilə bilər.

Kaliforniyumun kritik kütləsi təxminən 7 g-dir və belə bir kütlənin partlaması 10 10 J.-ı sərbəst buraxır. Kaliforniyanı istifadə edən bir mühərrikin diaqramı Şek. 7, və... İçərisində, reflektorun kənarında yerləşən xüsusi sürətləndiricilərin köməyi ilə, eyni vaxtda toqquşan, nüvə partlayışına səbəb olan, ümumi bir kritik kütlə meydana gətirən Kaliforniyanın hissəcikləri atəşə tutulur. Üstəlik, hissəciklərin toqquşması nəticəsində yaranan sıxılma sayəsində kritik kütlə 1,5-2 dəfə azaldıla bilər. Raket lazımi sürəti alana qədər partlayışlar təkrarlanır: son kütləsi 100 ton olan bir roketi 10 km / s sürətə qədər sürətləndirmək üçün bir neçə kiloqram kaliforniya lazımdır.

Bununla birlikdə, transuranik elementlərdən istifadə edən mühərriklər bütün əsas sadəliyi ilə bir sıra əhəmiyyətli çatışmazlıqlara malikdir və yaxın gələcəkdə çətin ki tətbiq oluna bilsinlər. Kaliforniyum çox bahalıdır, təbiətdə yoxdur və ağır elementləri proton sürətləndiricilərində və ya güclü neytron axınlarında şüalanaraq əldə edilir. Eyni zamanda, Kaliforniyanın faydalı məhsuldarlığı çox azdır və məsələn, 60-cı illərdə ABŞ-da californium istehsalı ildə yalnız 1 q idi. California-252-nin yarım ömrü 2,5 il olduğundan, bu istehsal səviyyəsində kritik kütlə yığmaq mümkün deyil.

Və nəhayət, lazımi miqdarda kalifornium əldə edilərsə, onu raketdə yalnız mühərrikin kütləsini artıran çox miqdarda neytron emici ilə ayrılmış kiçik hissəciklər şəklində saxlamaq mümkündür. Bundan əlavə, transuranik elementlərin partlaması, reflektorun maqnit sahəsi ilə dayandırılması çətin olan ağır parçalanma fraqmentləri və praktik olaraq maqnit sahəsi ilə qarşılıqlı əlaqəsi olmayan çox sayda neytron meydana gətirir. Nəticədə mühərrik quruluşunun soyudulması həll olunmayan bir problemə çevrilir.

Təxminən Kaliforniya ilə eyni miqdarda, 10 - 6 - 10 - 5 saniyəlik bir vaxtda uran partlayış zonasına daxil olarsa, California ehtiyatı bir qədər azaldıla bilər. Bu vəziyyətdə, Kaliforniyanın partlaması nəticəsində yaranan neytron axınında uran yanacaq. Sonra, eyni vaxt aralığından sonra uranın növbəti hissəsi qidalana bilər. Beləliklə, bir kaskad reaksiya təşkil ediləcək, ancaq çürüyür və 3-5 dövrdən sonra yenidən Kaliforniyanı partlatmaq lazımdır.

Termonükleer reaksiyanı başlatmaq üçün kaliforniumdan istifadə daha ümidverici ola bilər. Bu vəziyyətdə, californium yalnız bir dəfə istifadə olunur və sonra termonükleer yanacağın hissələri (məsələn, deuterium-tritium qarışığı) davamlı olaraq reaksiya zonasına verilir. Termonükleer yanacaq Kaliforniyadan müqayisəsiz dərəcədə ucuzdur və iqtisadi amillər belə bir mühərrikin inkişafında o qədər də əhəmiyyətli rol oynamayacaqdır. Bundan əlavə, yüngül elementlər bir termonükleer reaksiya zamanı meydana gəlir və bu da reflektorun istilik qorunmasını xeyli asanlaşdırır.

Bununla birlikdə, yanma zonasına termonükleer yanacaq tədarükü problemini laqeyd etsək də, bu özünü davamlı reaksiya üçün minimum fasiləsiz güc səviyyəsi 10 14 W olacaqdır. Bu, Saturn-5 roket mühərriklərinin gücündən 1000 dəfə çoxdur. Çıxış sürəti 10 3 km / s olan belə bir mühərrik 10.000 tf itələyəcəkdir. Və buna görə də, tələb olunan güc səviyyəsində istilik yayılması problemləri son dərəcə çətinləşir. Mühərrikin konstruksiya elementlərində enerjinin yalnız 0.1% -nin sərbəst buraxıldığını düşünsək, bu miqdarı çıxarmaq üçün 10.000 m 2 sahəsi olan bir soyuducu-radiator tələb olunacaq.

İşləyən bir maye istifadə edərkən, axın sürəti 3 dəfə azalacaq və buna görə itələmə 30000 tf-ə qədər artacaq. Belə bir təkan yaratmaq üçün 1000 kq / s işləyən bir maye axını lazımdır. Belə bir mühərriki olan 10.000 ton ağırlığında bir roket 1 saatdan biraz çox müddətdə 100 km / s sürətə çata bilər.

Bununla birlikdə, termonüvə mikro partlayışa sahib mühərriklərin sxemləri tətbiq olunmağa daha yaxın görünür. Bu motorlar mətbuatda geniş müzakirə olundu və bu mühərriklərin bir neçə konseptual dizaynı yayımlandı. Termonükleer mikro partlayışların mahiyyəti, reaksiya qızdırılan termonüvə yanacağının bir termonüvə reaksiyasını alovlandırmaq üçün tələb olunan yüksək temperaturun təsiri altında uçub ayrılmadan əvvəl meydana gəlməsi üçün sözdə plazmanın inersial məhdudlaşdırılmasıdır.

Stasionar termonükleer reaktorun əvvəllər göstərilən sxemində əsas və hələ həll olunmamış problem isti plazmanın maqnit sahəsi ilə məhdudlaşdırılmasıdır. Bir neçə milyon dərəcə istilikdə idarə olunan bir termonükleer reaksiya əldə etmək üçün Lawson kriteriyası yerinə yetirilməlidir n? \u003e \u003d 10 14, burada n - hissəciklərin konsentrasiyası (1 sm 3-dəki atomların sayı) və? - vaxt. Atalet həbslə, Lawson kriteriyası konsentrasiyanın kəskin artması səbəbindən yerinə yetirilir, nəticədə termonükleer reaksiya üçün lazım olan vaxt eyni miqdarda azalır.

Buna yüksək güclü lazer şüalanması və ya yüklənmiş hissəciklərin (elektronlar və ionlar) yüksək intensivlik axınlarından istifadə edərək nüvə yanacağının kiçik bir hədəfinin simmetrik impulslu şüalanması ilə nail olunur. Üstəlik, nəbz zamanı enerji axını kəskin şəkildə artmalıdır. Şüalanma nəticəsində hədəfin səth qatının intensiv buxarlanması, sözdə ablasyon meydana gəlir. Buxarlanan hissəciklər yüksək sürət qazanır və reaktiv mühərriklərdə olduğu kimi, geri çəkilmə momentumu yaradır, bu da çox milyard təzyiqə çataraq nəhəng bir təzyiqin inkişafına səbəb olur.

Ablasyon effekti yaxınlaşan şok dalğası ilə böyük dərəcədə artır, nəticədə hədəfin mərkəzindəki yanacaq sıxlığı bir neçə min dəfə artır və təzyiq ulduzların mərkəzindəki təzyiqə uyğun bir dəyərə çatır (təxminən 10 16 Pa). Bu vəziyyətdə, termonüvə yanacağı istilənir və termonüvə reaksiya üçün şərtlər meydana gəlir.

Mikro partlayış üçün yalnız 0,001 - 0,01 q kütləsi olan hədəflər kifayətdir.Bu kütlə 10 8 - 10 10 J-dəki mikro partlayış enerjisinə uyğundur, hədəf materialın təqribən 80% -i ablasyon nəticəsində götürülür və reaksiyada iştirak etmək; Bundan əlavə, reaksiya verimi demək olar ki, 30% -i keçəcəkdir. Nəticədə, termonükleer mikro partlayışlar üçün məhdudlaşdırıcı axın sürəti təxminən 6 · 10 6 m / s olacaqdır ki, bu da xüsusi bir · 6 · 10 5 saniyəyə bərabərdir. Elektron şüalarının başlatdığı partlayışlar üçün hədəfi yüksək atom ağırlığına malik elementlərin qabığı ilə əhatə etmək lazımdır, bu da məhdudlaşdırıcı axın sürətini daha da azaltacaqdır.

Termonüvə mikro partlayışlardan istifadə edən mühərrik sxemi Şek. 7, b... Bu cür mühərriklərlə transuranik elementlərə əsaslanan mühərriklər arasındakı əsas fərq, bir termonüvə reaksiyasını başlatmaq üçün bir sistemin olması və onu işlətmək üçün elektrik enerjisi mənbəyidir. Başlanğıc sistemi ya hədəfi mümkün qədər simmetrik şəkildə şüalandıracaq şəkildə düzəldilmiş bir işıq mənbəyi və ya yüklü hissəcik sürətləndiriciləridir. Bir şüa mənbəyi olaraq, şüasının bir neçə və ya kombinasiyaya bölünməsi ilə bir güclü lazer istifadə edilə bilər.

Hədəf reflektorun üstündəki boşluğa atılır və şüaların mərkəz nöqtəsindən keçdiyi anda alovlanma nəbzi yaranır. Füzyon plazması, superkeçirici solenoidlərin yaratdığı maqnit sahəsindən əks olunur və xarici boşluğa atılır və reaktiv itələyir. Elektrik enerjisi istehsal etmək üçün ya xüsusi solenoidlərdən və ya qoruyucu maqnit sahəsinin mənbəyi olan eyni solenoidlərdən istifadə edilə bilər. Hərəkət edən bir plazma bir maqnit sahəsi ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, solenoidlərdə bir EMF var və yaradılan elektrik növbəti nəbz yaratmaq üçün istifadə olunur.

Reaksiya lazerlə alovlanan termonükleer mühərrikin Amerika layihəsində nəbzinə görə enerjisi 1 MJ, nəbz müddəti 10 ns və nəbz təkrarlama dərəcəsi 500 Hz olan lazerdən istifadə etmək təklif olunur. Lazerin kütləsi 150 ton olaraq qiymətləndirilir.Bir mikro partlayışa ayrılan enerji ilə 8 8 J, belə bir mühərrik, layihə müəlliflərinin hesablamalarına görə, 100 ton ağırlığında bir yükü xarakterik bir sürətə qədər sürətləndirə bilər. Bir gündə 10 km / s. Bunun üçün təxminən 10 8 mikro partlayış lazımdır.

İngilis tədqiqatçılar, bir termonüvə mikro partlayış mühərriki layihəsində, elektron sürətləndiricilərindən istifadə edərək bir termonüvə reaksiya başlamağı təklif edirlər. "Atəş" impulslarının təkrarlanma sürəti 100 Hz, hər mikro partlamadakı enerji 10 11 J. dir. Mühərrik il ərzində 100 ton yük yükünü 0,15 sürətə qədər sürətləndirmək üçün il ərzində bir neçə yüz ton termonüvə yanacağı yandırır. işıq.

İmpulslu termonükleer mühərriklərin yaradılmasında əsas çətinlik reaksiya başlatma sisteminin inkişafıdır. Məhz uyğun lazer və sürətləndirici cihazların olmaması, müəyyən bir şəkildə idarə olunan bir termonükleer reaksiyanın hələ reallaşmamasına təsir göstərir. Başlanğıc sistemin kütləsi mikro partlamanın enerjisi ilə mütənasibdir; bu səbəbdən hər partlayışda mümkün olan ən aşağı enerji sərbəstliyinin olması arzu edilir. Ancaq sonra verilmiş bir itələyişdə yüksək bir nəbz təkrarlama dərəcəsi təmin edilməli və verilmiş bir xarakterik sürətə çatmaq üçün buna uyğun olaraq daha çox sayda impuls təmin edilməlidir. Nəzarətin icazə verilən sayı sistem mənbəyi ilə məhdudlaşır.

Bu baxımdan Sovet alimləri E.P.Velixov və V.V.Çernuxa termonüvə hədəflərinin şəlalə alovlanması üsulunu təklif etdilər. Metodun mahiyyəti ondan ibarətdir ki, ilk hədəf alovlandıqdan təxminən 10-6 saniyə sonra ilk partlayışın enerjisinin bir hissəsi olduğu partlayış sahəsinə daha kütləvi bir hədəf daxil olur. reaksiyanı başlatmaq üçün istifadə olunur. Daha sonra daha böyük kütləli bir hədəf qidalanır və s. Hər bir kaskadda enerji sərbəstliyində on qat artım olan bir hədəf istifadə edərək, bir enerji sərbəstliyi ilə bir başlanğıc sistemi üçün 10 10 - 10 11 J bir partlama enerjisi əldə etmək mümkündür. 10 8 J.

Bu vəziyyətdə nəbz təkrarlama dərəcəsi müvafiq olaraq azalır, lakin eyni zamanda, əlbəttə ki, reflektordakı nəbz yükü artır. Şəlalə sxemində, şəlalənin sonrakı mərhələlərində daha çətin alovlandırılan bir yanacağın (məsələn, saf deuterium) istifadəsi mümkün olur. Bu, tritiuma olan tələbatı kəskin şəkildə azaldır və eyni zamanda neytron verimini azaldır.

İmpulslu termonükleer mühərriklərin inkişafında eyni dərəcədə vacib bir vəzifə, strukturda ayrılan istinin çıxarılmasıdır. Daha əvvəl də qeyd edildiyi kimi, deyerium-tritium reaksiyasında enerjinin 80% -ə qədəri reflektorun maqnit sahəsi tərəfindən saxlanmayan neytronlar tərəfindən aparılır. Problemin kardinal həlli, adi bir hidrogen qarışıqının izotop bor-11 ilə termonüvə yanacağı kimi istifadə edilməsi olacaqdır. Bu yanacağın yanması zamanı enerji sərfi bir deuterium-tritium qarışığından daha az olsa da, neytronlar tamamilə yoxdur. Lakin bu reaksiya başlanğıc üçün daha yüksək bir temperatur tələb edir və mənimsənilməsi uzaq gələcəyin işidir.

Nisbilik nəzəriyyəsinin əsas postulatına görə təbiətdə mümkün olan maksimal sürət işıq sürətidir - 300.000 km / s. Təbii ki, bu sürət roket mühərriklərindəki axın sürəti üçün məhdudlaşdırıcı bir sürət olacaqdır. İşıq sürətinə yaxın sürətlər elektron və ya ion sürətləndiricilər kimi elektrik mühərriklərində əldə edilə bilər. Lakin ümumi fiziki mülahizələrdən belə çıxır ki, bu vəziyyətdə hissəciklərin sürətlənməsinə sərf olunan enerji, elektromaqnit şüalanma ilə itələyiş yaratmaq üçün istifadə ediləcək maksimum xarakterik sürəti əldə etmək baxımından daha məqsədəuyğundur.

Görünən işığı da əhatə edən elektromaqnit şüalanmanın maddi cisimlərə təzyiq göstərdiyi məlumdur. Buna görə, yayan bədən elektromaqnit sahəsinin foton geri çəkmə nəbzini yaşayır. Buna görə hər bir istiqamətə yayan cisim foton mühərriki ola bilər. İstiqamətli şüalanmanın reaktiv itkisi şüalanma gücünün işığın sürətinə bölünməsinə bərabərdir, yəni hər 1 kVt şüalanan güc 3.3 · 10-7 kqf itələyir.

Ən sadə foton mühərriki bir tərəfdən qorunan soyuducu yayan ola bilər. Gəmidəki elektrik stansiyasının yaratdığı enerjinin təqribən 10% -i elektrik reaktiv mühərrikinin jetinin enerjisinə ötürüldüyündən, işıq sürətinin 0,1-ə bərabər bir axın sürətində, radiator soyuducusu tərəfindən yaradılan itki müqayisə edilə bilər mühərrikin təkanına.

Foton mühərriklərinin nisbi sadəliyinə baxmayaraq, onları termonüvə mənbələri daxil olmaqla, hazırda istifadə olunan hər hansı bir enerji mənbəyi ilə istifadə etmək qeyri-mümkündür. Ümumiyyətlə, mənbə kütləsinin yalnız bir hissəsi enerjiyə çevrilir: nüvə bölünmə reaksiyaları üçün - 0,5%, termonüvə üçün - 0,15%. Bir iş mühiti olaraq yalnız fotonlar istifadə olunursa, faydalı yüklə eyni vaxtda reaksiya məhsullarını son sürətə qədər sürətləndirmək lazımdır. Buna görə foton mühərriklərindən yalnız bütün kütlənin və ya ən azından çoxunun enerjiyə çevrildiyi enerji mənbələri ilə birlikdə istifadə etmək mantiqidir. Müasir konsepsiyalara görə, belə bir qaynaq yalnız məhv reaksiyası ola bilər, yəni hissəciklər və hissəciklərin qarşılıqlı təsiri.

Antipartiküllərin (məsələn, antiprotonların) sintezi üçün güclü sürətləndiricilərə ehtiyac var və reaksiya daxilində antipartiküllərin verimi çox azdır. Antiprotonlarda olan 1 J enerji əldə etmək üçün ən az 100 kJ elektrik enerjisi lazım olacağına inanılır. Beləliklə, hər hansı bir əhəmiyyətli miqdarda antimaddanın yığılması müasir texnologiyanın imkanları xaricindədir.

Foton mühərriklərinin tətbiqində ortaya çıxan bir başqa problem də antimadənin saxlanılmasıdır. Raket quruluşunun materialı ümumi bir maddə olduğundan, antimaddanın tankların divarları ilə təması istisna edilməlidir. Buna görə də antimaddə elektrik və ya maqnit sahələrində "dayandırıla" bilər.

Foton mühərriklərindəki istiliyin aradan qaldırılması sistemi üçün tələblər son dərəcə sərt olacaqdır. Radiator soyuducusu da daxil olmaqla, hazırda tətbiq olunan istilik təmizləyici sistemlər, boşaldılmış gücün 1 kVt-ı üçün ən az 0,01 kq kütləyə malikdirlər. Bu vəziyyətdə, roketin digər komponentlərini laqeyd etsək də, 2 · 10-4 m / s 2-dən çox olmayan bir sürətlənməyə sahib olacaq və belə bir roketin yalnız 10 km / s sürətə qədər sürətlənməsi bir ildən çox davam edir.

Bütün deyilənlərdən belə çıxır ki, foton mühərrikinin yaradılması çox uzaq bir gələcəyə aid bir məsələdir. Bir sıra tədqiqatçılar rasionallığı və hətta onun yaradılmasının əsas imkanlarını şübhə altına alır, digərləri isə foton mühərrikini birbaşa elmi fantastika sahəsinə aid edirlər.

XARİCİ ENERJİ MƏNBƏLƏRİ İLƏ MOTOR SİSTEMLƏR

Yuxarıda, muxtar tipli perspektivli kosmik itələmə sistemləri üçün tələblər nəzərdən keçirildi və bu tələblərin muxtar mühərrik sistemlərinin inkişaf istiqamətlərini necə müəyyənləşdirdiyi göstərildi. Muxtar sistemlərdə, kosmik gəmini itələmək və sürətləndirmək üçün lazım olan enerji və kütlə kosmik gəminin özündə yerləşir. Buna görə də, bu cür mühərriklərin inkişafındakı irəliləmə, spesifik enerji xüsusiyyətlərinin yaxşılaşdırılması ilə, yəni işçi bədəninin vahid kütləsinə düşən enerji miqdarının artması ilə əlaqələndirilir.

Dəyişmə qüvvəsinin yaradıldığı enerji mənbəyi aparatdan kənar olduqda vəziyyət dəyişir. Bu vəziyyətdə göstərilən xüsusiyyət mənasını itirir. Bununla birlikdə, sürət sisteminə nə qədər enerji verildiyi və nə qədər enerji verildiyi vacibdir - verilən enerji işləyən mayenin sürətləndirilməsi üçün əlverişlidir.

Xaricdən gələn enerjinin yüksək sürətlə axan işləyən mayenin kinetik enerjisinə çevrilməsi məsələlərindən bir müddət mücərrəd olsaq, əsas amil sürət sisteminə zaman vahidi ilə verilən enerji miqdarı olur. Buradan belə çıxır ki, kosmik gəminin hərəkət sisteminin xüsusiyyətləri enerji mənbəyinin kütləsindən və spesifik xüsusiyyətlərindən asılı deyil, xarici mənbənin gücü və mənbədən itələmə sisteminə enerji ötürülməsinin səmərəliliyi ilə müəyyən edilir. kosmik gəminin.

Ayrı-ayrı enerji və kütlə mənbələri olan muxtar mühərriklərdə olduğu kimi, xarici enerji mənbəyi olan mühərriklərdə də, itələmə sisteminə güc daxilində artım olduğu halda, itələmə vahidi yaratmaq üçün işçi orqanının kütləsinin istehlakı. azalır, çünki işləyən mayenin çıxma sürəti artır. Çıxış sürəti 4,5-5 km / s-dən yüksək olarsa, xarici mənbəyi olan bir itələmə sistemi ilə təchiz edilmiş bir raket və ya kosmik gəmi maya itələyici roket mühərrikləri olan nəqliyyat vasitələrini faydalı yük kütləsinin nisbəti kimi əhəmiyyətli bir xüsusiyyətdə üstələməyə başlayır. kütləvi buraxın.

Xarici mənbələrdən istifadənin digər bir vacib xüsusiyyəti də mühərriklərdə istifadə olunan iş mayelərinin genişləndirilməsidir. Xüsusilə, bunların istifadəsi Yer səthindən aşağı bir orbitə atılan bir vasitəni işə salarkən atmosfer havasının işləyən bir vasitə olaraq istifadəsini xeyli asanlaşdıra bilər. Xarici enerji mənbələri olan mühərriklər əsasında, kimyəvi mühərrikləri olan sistemlərdən xeyli dərəcədə üstün xüsusiyyətləri olan yükləri Yerin orbitinə çıxarmaq üçün nəqliyyat sistemləri yaratmaq mümkün olduğuna inanmaq üçün bir səbəb var. Bunlar xarici enerji və impuls mənbələri ilə hərəkət sistemlərinin perspektivləri ilə bağlı ilkin mülahizələrdir. Potensial imkanlar da daxil olmaqla (gələcəkdən bəhs edirik) müasir elm və texnologiya, xarici mənbələrin enerjisini itələmə sistemləri üçün istifadə etmək fikrini həyata keçirmək üçün hansı imkanlara malikdir?

Xarici bir mənbədən istifadə edərək motor sistemini təşkil edən əsas elementləri nəzərdən keçirin. Bu, ilk növbədə, sürücülük sisteminin özüdür (dizaynı və xüsusiyyətləri əsasən işləyən mayenin növündən və istifadə olunan enerjinin növündən asılıdır). İkincisi, həm təbii, həm də süni bir xarici enerji mənbəyi. Günəş, planetlərarası və ulduzlararası mühit təbii bir qaynaq ola bilər. Süni xarici enerji mənbəyi, məsələn, güclü bir elektromaqnit şüalanma mənbəyidir.

Xarici enerji mənbəyinə sahib bir motor sisteminin üçüncü zəruri elementi, enerjini işləyən mayenin kinetik enerjisinə çevirmək üçün uyğun bir formaya çevirmək və lazım olduqda çevirmək üçün bir cihazdır. Və nəhayət, itələmə sisteminin son, dördüncü, əsas elementi enerjini mənbədən alıcı cihaza ötürmə yoludur. Kosmik tərəzilər və böyük sürətlər enerji mənbəyi ilə kosmik gəmi arasında böyük məsafələrə səbəb olur. Üstəlik, ilk məsafədə bu məsafənin nisbətən kiçik olduğu halda da, sürücülük sisteminin istismarı zamanı əhəmiyyətli dərəcədə artır. Buna görə xarici bir mənbənin enerjisindən istifadə fikrini həyata keçirmək üçün uzun məsafələrə (süni mənbələrdən istifadə edilərkən) enerjinin səmərəli ötürülməsi vasitələrini inkişaf etdirmək lazımdır.

Xarici bir enerji mənbəyi olaraq Günəşdən istifadə xüsusiyyətlərini nəzərdən keçirin. Elektromaqnit şüalanmanın sıxlığı Günəşdən məsafənin kvadratına tərs mütənasib olaraq azalır və bu mənada mənbədən itələmə sisteminə enerji ötürmə yolunun parametrləri sabitləşir (yalnız Günəşdən kosmik gəmiyə qədər olan məsafə) dəyişikliklər). Bununla birlikdə, hərəkət sisteminin xüsusiyyətləri bütövlükdə traktın bu tək dəyişkən parametrinin dəyərindən çox asılıdır.

Həqiqətən, enerji mənbəyindən kosmik gəmiyə olan məsafə 2 dəfə dəyişdikdə, enerji axınının sıxlığı 4 dəfə dəyişir. Bu o deməkdir ki, sabit güclə hərəkətə gətirən sistemə güc vermək üçün günəş elektromaqnit enerjisi alan cihazın sahəsini də 4 dəfə artırmaq lazımdır. Günəşdən məsafəsi Yerin Günəşdən məsafəsindən qat-qat çox olduğu uzaq planetlərə uçarkən, günəş radiasiyasının sıxlığı o qədər aşağı olur ki, günəş enerjisindən istifadə etmək çətin deyil. Ancaq günəş enerjisindən istifadənin haqlı olduğu məsafələr belə çox böyükdür - yüz milyonlarla kilometr (enerji ötürmə yolunun xarakterik ölçüləri belədir).

Süni mənbələrdən istifadə edildiyi təqdirdə, enerjinin bu qədər məsafələrə səmərəli ötürülməsinin həyata keçirilməsi olduqca problemlidir. Məsələn, süni mənbədən elektromaqnit enerjisinin ötürülməsi yolunu nəzərdən keçirək.

Dərhal gözü çəkən ilk məhdudiyyət mənbənin məhdud gücüdür. Əgər günəş radiasiyasının ümumi gücü itələmə sistemini gücləndirmək üçün lazım olan gücdən çox əmrdən yüksəkdirsə və imkanlarını məhdudlaşdırmırsa, süni mənbəli itələyici sistemin enerji xüsusiyyətləri mənbənin gücü ilə məhdudlaşır və xarici mənbənin gücünün mümkün qədər motora çatmasını təmin etmək üçün çalışmaq lazımdır ... Beləliklə, mənbə - kosmik gəmi yolunda enerji ötürülməsinin yüksək səmərəliliyinə ehtiyac yaranır. İdeal olaraq, bütün enerji mənbəyi kosmik gəminin qəbuledicisinə daxil olmaq üçün tələb olunur. Əslində bu, mənbə gücünün ən azı on faizinin bir hissəsi olmalıdır.

Elektromaqnit şüalanmanın səmərəli ötürülməsi radiasiyanı dar şüa şəklində formalaşdırmaqla həyata keçirilə bilər. Lazımi konfiqurasiyanın bir şüasının meydana gəlməsi, istiqamətləndirilmiş elektromaqnit şüalanmanın yayılması və qəbulu ehtimalı dalğa uzunluğu (tezlik), yayan və ya qəbul edən səthin ölçüsü və yayılma baş verən mühitin parametrləri ilə müəyyən edilir.

Elektromaqnit dalğalarının qəbulu və ötürülməsi. Elektromaqnit dalğalarının qəbulu və ötürülməsi antenalar tərəfindən həyata keçirilir. Qəbul edən və ötürən antenlərin ümumi cəhətləri çoxdur və çox vaxt eyni cihaz həm ötürücü, həm də qəbuledici antenlər kimi istifadə olunur. İndiyə qədər vəzifəsi hadisə elektromaqnit enerjisini ötürmək və ya qəbul etmək və toplamaq olan ənənəvi antenalardan bəhs edirdik. Bununla birlikdə, artıq elektromaqnit enerjisini alan və onu elektrik enerjisinə çevirən antenlər var - bunlar ultra yüksək tezlik (mikrodalğalı) aralığında monoxromatik radiasiya qəbul etmək və birbaşa elektrik cərəyanına çevirmək üçün hazırlanmış günəş batareyaları və rektenna adlanan cihazlardır.

Bu səbəbdən daha geniş mənada qəbuledici anten, elektromaqnit şüalanmanın enerjisini başqa bir enerjiyə çevirmək və çevirmək üçün hazırlanmış bir cihaz deməkdir. Bütün bu cihazlar antenin görünüşünü çox təsir edən bir sıra ümumi məqamları bölüşür. Hər şeydən əvvəl, bu, antenin ölçüsü, yayılan və ya alınan elektromaqnit dalğalarının uzunluqları, antenlərin ötürülməsi üçün radiasiyanın istiqamətliliyi və ya antenləri qəbul etmək üçün elektromaqnit dalğalarını effektiv qəbul etmə qabiliyyəti arasındakı əlaqəyə aiddir.

Dalğa uzunluğu ilə radiasiyanın yönəlmə dərəcəsi ?, Hansı ölçüdə bir anten istifadə edilə bilər D., xüsusi bir dəyər - fərqlilik bucağı ilə xarakterizə olunur? ~? / D.... Elektromaqnit enerjisini yüksək bir yönəldici (aşağı itkilərlə) ötürərkən, ayrılan şüa demək olar ki, tamamilə qəbuledici antenin səthinə düşür. Ötürücü və qəbuledici antenalar arasındakı məsafə böyükdürsə, radiasiyanın tələb olunan ayrılma bucağı son dərəcə azdır. Nəticə olaraq, dalğa uzunluğu vahidləri ilə ölçülən antenaların ölçüləri əhəmiyyətli olmalıdır.

Məsələn, dalğa uzunluğu 1 sm olan elektromaqnit şüalanma istifadə edilərkən, elektromaqnit enerjisini təxminən 1000 km məsafədə əhəmiyyətli itkisiz ötürmək üçün 100 m ölçülü antenlərə ehtiyac var, ötürmə səmərəliliyi baxımından daha sərfəlidir effektiv ötürmə məsafəsi dalğa boyu ilə tərs mütənasib olduğundan daha qısa dalğa boylarından istifadə etmək. Lakin dalğa uzunluğunun azaldılması, bir problemin həllinə kömək edərkən (məsafə problemi) başqalarını yaradır. Xüsusilə, konstruksiyanın dəqiqliyi, işarəetmə dəqiqliyi, antenaların qəbul və ötürülmə istiqamətində sabitləşməsi və s. Kimi tələblər daha da sərtləşir.Həmişə belə hallarda olduğu kimi, təsirli bir güzəştə ehtiyac var. problemin həll edildiyi tələblər və texniki və iqtisadi imkanlar.

Xarici elektromaqnit şüalanma mənbələri olan mühərriklərin təsnifatı. Xarici elektromaqnit şüalanma mənbələri olan hipotetik dartma sistemləri çox müxtəlifdir. Təbii və süni radiasiya mənbələrindən istifadə edirlər və mümkün dalğa uzunluqları rentgendən mikrodalğaya qədər uzanır. Bundan əlavə, radiasiya enerjisini itələmə halına gətirmək üçün müxtəlif üsullardan istifadə edirlər. Dəyişiklik yaratmaq üçün enerji mənbəyinin kosmik gəminin xaricində olması, hərəkət sisteminin və bütün kosmik gəminin görünüşünə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Əhəmiyyətli ölçüdə qəbuledici anten əvəzolunmaz bir atributa çevrilir.

Xarici elektromaqnit şüalanma mənbələri olan reaktiv mühərriklərin təxmini təsnifatı Şek. 8. Hər şeydən əvvəl təbii bir radiasiya mənbəyi olan hərəkət sistemlərini - Günəşi nəzərdən keçirək. Şüalanması iki versiyada itələmə yaratmaq üçün istifadə edilə bilər: 1) günəş radiasiya enerjisini elektrik enerjisinə çevirərkən (məsələn, günəş panellərindən istifadə edərək) elektrik mühərriklərini gücləndirmək üçün istifadə etməklə; 2) elektromaqnit şüalanma təzyiqindən istifadə etmək (günəş yelkənləri adlanan çəkmə sistemləri bu prinsipə əsaslanır).

Şek. 8. Xarici elektromaqnit şüalanma mənbələri olan reaktiv itələmə sistemləri (RDS) növləri

Günəş yelkənli. Adından brigantine və karavellərin romantik nəfəs aldığı bu cür sistemlərin iş prinsipinin mahiyyəti əslində yelkənin işləmə prinsipinə bənzəyir. Bu vəziyyətdə, kosmik gəmi nazik bir güzgü filmi ilə meydana gələn son dərəcə inkişaf etmiş bir səthə sahibdir. Filmin səthinə dik düşən və ondan əks olunan günəş radiasiyası filmin səthinə də dik bir itələmə yaradır. Radiasiyanın qismən udulması ilə itələmə istiqaməti bu səthlə müəyyən bir bucaq yaradacaq və yelkən istiqamətləndirilərək istədiyiniz istiqamətdə itələmə əldə edilə bilər.

Bu cür dartma sistemlərinin üstünlükləri göz qabağındadır: nə enerji, nə də işləyən mayenin istehlakına ehtiyac yoxdur. Lakin kifayət qədər sürətlənmə əldə etmək üçün yelkən sahəsi ilə gəminin kütləsinə nisbəti kifayət qədər böyük olması üçün çox incə bir film istifadə etmək lazımdır. Müasir konsepsiyalara görə yelkən sahəsi də olduqca böyükdür. Beləliklə, məsələn, Günəşdən 1 AU məsafədə yerləşən bir aparat üçün 1 kqf gücündə bir itki yaratmaq. dan. (150 milyon km), 3 · 10 5 m 2 bir yelkən sahəsinə sahib olmaq lazımdır.

Buna baxmayaraq, məqbul kütlə xüsusiyyətlərinə malik bu cür strukturların yaradılması vəzifəsi müasir elm və texnika üçün olduqca realdır. Xüsusilə, ABŞ-da Halley kometasına uçmaq üçün dizayn edilmiş bir kosmik gəminin inkişafı ilə əlaqədar olaraq müxtəlif günəş yelkənləri nəzərdən keçirildi. Ən perspektivli bu cür yelkən dizaynlarından biri - "günəş giroskopu" Şek. 9. Bu "giroskop" hər bir bıçağın çəkisi 200 kq olan 7,4 km uzunluğunda və 8 m enində 12 bıçaqdan ibarətdir; bıçaqlarda bir az sərtlik vermək üçün hər 150 m-də "lamellər" verilir. Hesablamalara görə, 1 AU məsafədə oxşar bir yelkən. Yəni, Günəşdən 0,5 kqf qüvvə təmin etməlidir. Yelkən köməyi ilə kosmik gəmi Halley kometasına uçuş problemini həll edərkən 55 km / s sürət bildirməli idi.

Şek. 9. Günəş yelkəninin mümkün dizaynlarından biri də "günəş giroskopudur".

İlkin hesablamalara görə, layihənin reallaşması üçün yelkən meydana gətirən filmin qalınlığı təxminən 0.0025 mm, xüsusi çəkisi isə təxminən 3 g / m 2 olmalıdır. Buna görə layihənin həyata keçirilməsində əsas çətinlik film materialının seçilməsidir.

Sözügedən Halley kometasına uçuşa əlavə olaraq, aşağı və geostasionar orbitlər arasında böyük yüklərin hərəkəti və Mars torpağının dünyaya çatdırılması günəş yelkəninin istifadəsi ilə mümkün əməliyyatlar kimi qəbul edilir. Xarici planetlərə uçuşlar üçün günəş yelkənindən istifadə praktik deyildir.

Lazer reaktiv mühərriklər.Lazer jetli mühərriklərin işləmə prinsipi məlum bir həqiqətə əsaslanır - lazer şüalanmasının təsiri altında maddi buxarlanma ehtimalı. Buxarlanma sürətlə baş verir və bir maddənin səthindəki enerji axını yüksək sıxlığa malik olduqda səsdən sürətli bir jet meydana gəlməsinə səbəb olur. Daha yüksək axınlarda buxar çox yüksək spesifik impuls verərək ionlaşdırıla bilər. Jetin hərəkət miqdarı, adi bir jet mühərriki ilə eyni şəkildə itələyir. Süni peykin orbitə çıxarılması üçün yüksək güclü yerüstü lazerlərin enerjisindən istifadə fikri A. Kantorovits tərəfindən 1971-1972-ci illərdə irəli sürülmüşdür.

Prinsipcə bir lazer mühərriki, nüvə və elektrik mühərriklərində tapılan çox yüksək spesifik impulsu yüksək itələmə-kütlə nisbətinə kimyəvi yanacaqlı mühərriklərə xas olan etibarlılığı birləşdirir. Xüsusi impulsun yüksək dəyərlərinə nail olmaq mümkündür, çünki işləyən mayenin radiasiyanı udması nəticəsində yüksək temperaturlu bir plazma meydana gəlir. Daşıma yükünün və raketin kütləsinin böyük bir nisbəti enerji mənbəyinin Yerdə yerləşməsi ilə təmin edilir.

Bu əsas üstünlüklərin reallaşması, əlbəttə ki, iki problemin həllindən asılıdır. Birincisi, çox kiçik bir fərqlilik bucağı olan güclü bir lazer şüasının ötürülməsi təmin edilməli, ikincisi, texnoloji və iqtisadi cəhətdən əlçatan böyük lazerlərin və onların enerji mənbələrinin yaradılması tələb olunur.

Hal-hazırda lazer şüalanmasının istifadəsinə əsaslanan itmə əldə etmək üçün bir neçə metod nəzərdən keçirilmişdir. Bunlardan biri, məsələn, radiasiyanı mənimsəyən və isti buxar jeti ilə nəticələnən qatı yanacağın sürətli buxarlanmasıdır. Bundan əlavə, buxar lazer şüalanma enerjisinin bir hissəsini özünə cəlb edirsə, onda 5000 - 12000 K temperatur əldə edilə bilər.Bu vəziyyətdə, raket ucluğunun daxili səthi parabolik bir reflektordur, beləliklə nozzle eyni vaxtda güzgü rolunu oynayır. lazer şüalanması və çıxan qazlar üçün bir nozzle üçün.

Parabolik reflektor, atmosferdən təhrif edilmədən keçən maksimum axından daha az güc sıxlığı olan bir lazer şüası alır və diqqətini odur ki, qatı yanacaq çubuğuna yönəldir. Beləliklə, buxarlanan yanacaq yüksək intensivliklə (10 7 - 10 9 W / sm 2) lazer şüalanma bölgəsindən keçir və yüksək temperatura qədər qızdırılır. Sonra yüksək temperatura qədər qızdırılan qaz genişlənir və istilik enerjisi kinetik enerjiyə çevrilir. Belə bir sistem, sadə bir buxarlanma sistemindən daha yüksək spesifik bir itələmə verir.

1 tondan çox olmayan faydalı yüklü bir roketi bir geosentrik orbitə atmaq üçün layihələrdən biri impulslu karbon dioksid lazerlərindən istifadə etməyi təklif edir. Bu cür lazerlər şüa divergensiyası 0,2 "-dən az və müddəti bir neçə milisaniyə olan yüngül impulslar yarada bilər.

İlkin hesablamalara görə, yer üzündə lazer qurğusundan istifadə edərək 1 kq yükü yaxınlıqdakı orbitə buraxmaq təxminən 50 dollar təşkil edəcək. Raketin orbitə çıxarılması zamanı mühərrikə verilən ümumi enerji mənbənin gücünün məhsulu və buraxılma vaxtı ilə mütənasibdir. Eyni faydalı yük kütləsi üçün, demək olar ki, işə salma müddətindən asılı deyil. Bu o deməkdir ki, işə salma müddətini artırmaqla mənbənin gücünü azaltmaq və əksinə mənbənin gücünü artırmaqla raketin orbitə çıxarılması müddətini azaltmaq mümkündür.

Minimum lazer gücü, raket uzun müddət sürətlənərsə, 200-300 MVt səviyyəsində ola bilər, ancaq bu da sürətlənmə zonasında bir artıma səbəb olur - lazer şüasının raketə çatması üçün keçməli olduğu maksimum məsafə alıcı. Artan məsafə ilə enerji ötürülməsinin yüksək səmərəliliyini qorumaq üçün, qeyd edildiyi kimi, ya şüanın fərqliliyini azaltmaq, ya da raketdəki qəbuledici cihazın ölçüsünü artırmaq lazımdır. Birinci seçim təkmilləşdirilmiş lazer optiki tələb edir, ikincisi raketin sürət artımına səbəb olur. 1 ton faydalı yükün orbitə çatdırılmasını təmin edən bir enjeksiyon sistemi üçün lazer gücünün sürət zonasının uzunluğundan təxmini bir asılılığı Şek. on.

Şəkil 10. 1 t kütləsi olan bir yük çıxarıldıqda xarakterik lazer gücünün sürətlənmə uzunluğundan təxminən asılılığı

Təsvir olunan layihənin bir xüsusiyyəti, işləyən mayeni istiləşdirmək üçün kimyəvi reaksiya enerjisinin lazer şüalanma enerjisi ilə birlikdə istifadəsidir. Mühərrik dövrü yanacağın alovlanması və işıq nəbzinin verilməsi ilə başlayır. İşıq nəbzi işləyən mayenin əlavə istiləşməsini əmələ gətirir və nəticədə mühərrikin ucundan qazı genişləndirən və xaric edən təxminən 20.000 K temperaturda bir plazma əmələ gəlir. Qaz nozzle çıxdıqdan sonra yeni bir işıq nəbzi vurulur, yanacaq alovlanır və bütün dövr yenidən təkrarlanır.

Mühərrikin itələmə müddəti işıq nəbzinin müddətindən asılıdır. Beləliklə, məsələn, 800 saniyəlik bir itələmə yaratmaq üçün (raket bazasındakı qaz təzyiqi 3 MPa-ya çatır), enerji axını sıxlığı 2 · 10 7 W / sm 2 və davamlılığı olan bir yüngül nəbz tətbiq etmək lazımdır. 10-6 saniyə, sürətlənmə sonunda sürət 8 km / s-ə çatacaq. İtmə qüvvəsi həmişə mühərrikin nozzle çıxışına dik olduğundan lazer şüasının istiqaməti raketin uzununa oxunun istiqaməti ilə üst-üstə düşməli deyildir.

Lazer şüalanmasının udulmasından istifadə edərək təkan yaratmağın başqa bir üsulu, trayektoriyanın atmosfer hissəsində bir kosmik aparatı sürətləndirmək üçün uyğundur. 1973-cü ildə AM Prokhorovun rəhbərliyi altında FIAN-dan bir qrup tədqiqatçı tərəfindən təklif edilmişdir. Bu versiyada əhəmiyyətli dərəcədə absorbsuz radiasiya atmosferdən keçir və təyyarənin quyruq hissəsində yerləşən və parabolik əks olunan səthə dəyir. ona möhkəm bağlıdır. Bu səthin fokus bölgəsindəki şüalanmanın intensivliyi, orada havanın elektrik qəzasının baş verdiyi ərəfəni aşmalıdır. İtmə atmosfer havası xaricində başqa bir yanacaq istifadə etmədən baş verir. Lazer nəbzləri arasında hava dəyişikliyi təmin edilərsə, mühərrik lazer pulsasiya edən jet mühərriki kimi işləyir.

Şek. 11. Lazer pulsasiya edən VRM: 1 - cilalanmış daxili səthli parabolik qabıq, 2 - paraboloidin fokusu, 3 - havanın parçalanması, 4 - işıq patlaması dalğası, 5 - lazer şüası.

Pulsasiya edən lazerin şematik təsvirim hava reaktiv mühərriki əncir verir. 11. Cilalanmış daxili səthə vuran lazer şüası yüksək intensivlikli bir axın meydana gətirməyə yönəldilmişdir. Növbəti havanın parçalanması, nozzle çıxışına doğru yayılmış bir şok dalğası meydana gətirir. Üstəlik, arxasındakı bütün yüksək qaz təzyiqi, nozzle divarlarına təsir edən bir gücə çevrilir, yəni itələmə.

Lazer MHD mühərriki. ABŞ-da bir mərhələli nəqliyyat gəmisi üçün perspektivli mühərriklərin analizi üzərində iş çərçivəsində, lazerdən istifadə edərək bir MHD mühərriki yaratmaq üçün araşdırmalar aparıldı. Belə bir mühərrikin əsas üstünlüyü, lazer hava-jeti mühərriki ilə müqayisədə, elektrodinamik qüvvələrin köməyi ilə işləyən mühitin sürətlənməsi sayəsində reaktiv axının yüksək sürətlərini əldə etməkdir. Atmosfer havasından alınan plazma işləyən vasitə kimi istifadə olunur; enerji mənbəyi - nəqliyyat-kosmik gəminin hərəkət etdiyi orbital və ya yerüstü stansiyaların lazer generatorları.

Saturn-5 raket daşıyıcısının kəsişmə sahəsinə bərabər bir en kəsik sahəsi olan nəqliyyat kosmik gəmisinin MHD mühərriki önündə lazer şüalanma qəbuledicisinə, sonra da dairəvi hava girişinə malikdir. Hava girişindən hava ionlaşma kamerasına daxil olur, burada lazer şüalanmasının təsiri altında ionlaşır və sıx plazmaya çevrilir. Lazer şüalanmasının əsas hissəsi yaranan plazmada udulmur, əksinə divarlara lazer şüalarının elektrik cərəyanına çeviricilər yerləşdirilir. Yaradılan elektrik enerjisi, son plazma mühərriklərində necə edildiyinə bənzər bir itələmə yaratmaq üçün istifadə olunur: plazma bir elektrik cərəyanının öz maqnit sahəsi ilə qarşılıqlı təsirindən qaynaqlanan sürətlə artır. Mühərrikdən çıxan bir plazma jeti reaktiv itələmə yaradır.

Əməliyyat parametrlərinin analizi nəqliyyat təyyarəsinin 22 t orbital kütləsinin dəyəri ilə əlaqəli aparılmışdır: cərəyan 360 kA - yer səviyyəsində, 600 kA (maksimum) - 500 m uçuş sürəti üçün maksimum itələmə zamanı / s və orbital sürətdə 280 m / s, axın sürəti Yer kürəsi yaxınlığında saniyədə yüz metr və orbitdə 460 km / saniyə yüklənmiş hissəciklərdən ibarət bir jet axını. Lazer şüalanmasının gücü kosmik gəminin sürətlənməsi zamanı 750 m / s uçuş sürətinə çatana qədər sürətlə 1,35 GW-a qədər artır və təxminən 1,5 km / s uçuş sürətindən orbital uçuşda xətti olaraq 3,75 GW-a qədər artır. sürət.

Elektromaqnit rezonator mühərriki. Əvvəllər nəzərdən keçirilmiş mühərrik sxemlərindən fərqli olaraq, bu mühərrikdə işləyən bir maye yoxdur, daha doğrusu elektromaqnit şüalanma öz rolunu oynayır. Elektromaqnit şüalanma təzyiqindən istifadə edərək günəş yelkənləri kimi sistemlərdə itələmə yaratmaq imkanını artıq nəzərdən keçirdik və Günəş olan belə demək olar ki, sınırsız bir elektromaqnit enerjisi mənbəyi ilə belə, itələyin mümkün dəyərinin bir neçə olduğunu gördük. kiloqram.

Süni bir şüalanma mənbəyi (məsələn, lazer və ya mikrodalğalı diapazonda güclü bir elektromaqnit dalğası generatoru) istifadə edərkən elektromaqnit şüalanmanın təzyiqi səbəbindən nəzərə çarpan bir itki əldə etməyə inanmaq olarmı?

Elektromaqnit şüalanmanın təzyiqi səbəbindən itələmə yaratma prosesini daha ətraflı nəzərdən keçirək. Sahə vahidi başına kifayət qədər yüksək sıxlığa malik bir elektromaqnit şüalanma axını düşsün. Bütün bu güc itkiyə çevrilə bilsəydi, şüalanma üçün kifayət qədər inkişaf etmiş bir səthə sahib olanın dəyəri əhəmiyyətli ola bilər. Bununla birlikdə, elektromaqnit şüalanma enerjisinin kosmik gəminin kinetik enerjisinə çevrilməsi prosesi, baş verən enerjinin yalnız son dərəcə əhəmiyyətsiz bir hissəsi (yəni) W/charada W - enerji axını; dan - işıq sürəti) kosmik gəminin kinetik enerjisinə çevrilir.

Enerjinin qalan hissəsi yenə də geri dönmədən kosmosa gedib çıxır. Bu enerjinin eyni səthə dəfələrlə düşməsi təmin edilərsə, elektromaqnit şüalanmasının enerjisini kosmik gəmi hərəkətinin kinetik enerjisinə çevirmə səmərəliliyini əhəmiyyətli dərəcədə artırmaq olardı. Bu fikir bir elektromaqnit rezonator mühərrikində həyata keçirilir.

Bir elektromaqnit rezonator motorunun (EMRM) sxematik diaqramı Şəkildə göstərilmişdir. 12. Kosmik gəminin sürətlənməsi, gəminin aynasında, 2, 3 güzgülər tərəfindən əmələ gələn açıq rezonatorda elektromaqnit şüalanmanın təzyiqi səbəbindən həyata keçirilir.

Elektromaqnit şüalanmanın mənbə 1 tərəfindən rezonatora vurulması klapan 4 vasitəsilə həyata keçirilir. Rezonatordakı elektromaqnit şüalanmanın təzyiqi mənbənin şüalanma təzyiqindən dəfələrlə yüksəkdir (elektromaqnit şüalarının yığılması səbəbindən rezonator). Kosmik gəminin sürətlənməsi mənbəyi 1 söndürdükdən sonra rezonatordakı elektromaqnit rəqslərin tamamilə zəifləməsinə qədər davam edir. kosmik gəminin.

İtici sistem, dayanıqsız bir mənbə və bir kosmik gəminin bir-birinə nisbətən ciddi şəkildə yönəldilmiş güzgülərə sahib olduğunu düşünür. Bu, hər güzgüdən növbə ilə əks olunan dalğaların nəbzinin kosmik gəminin impulsunu artırmaq üçün yenidən istifadə edilməsinə imkan verir. Bütün enerjinin kiçik bir hissəsini hərəkət edən güzgüdən hər yansıması ilə kosmik gəmiyə ötürən fotonların nəbzinin təkrar istifadəsi ilə bağlıdır ki, elektromaqnit salınımlarının enerjisinin kinetik enerjisinə çevrilməsinin yüksək əmsalıdır. kosmik aparat əldə edilir, bu da EMJE-nin təzyiqli elektromaqnit şüalanma istifadə edən digər mühərrik növləri üzərində ciddi bir üstünlüyüdür. Eyni zamanda qeyd etmək lazımdır ki, bu sxem tətbiq olunarsa, aradan qaldırılması lazım olan böyük texnoloji çətinliklər var.

Şek. 12. Elektromaqnit rezonator mühərrikinin sxematik diaqramı: 1 - elektromaqnit şüalanma mənbəyi, 2 - yer qurğusunun güzgüsü, 3 - təyyarənin güzgüsü 4 - vana, 5 - kosmik gəmi

EMPE sxeminin təhlili göstərir ki, hərəkət sisteminin əsas parametrləri güzgülərin xüsusiyyətləri, radiasiya mənbəyi və stasionar qurğunun və kosmik aparatın qarşılıqlı istiqamətləndirilməsinin dəqiqliyi ilə müəyyən edilir. Öz növbəsində, EMRD-nin səmərəliliyi ilk növbədə aparatın maksimum çıxarılması ilə müəyyən edilir d, dönüşüm faktoru hələ də kifayət qədər böyükdür. Göstərilə bilər ki, elektromaqnit şüalanma ilə iki güzgü arasında enerji ötürülməsinin maksimum səmərəliliyi yalnız parametrdən asılıdır?:? \u003d? d/R 1 R 2, harada R 1 R 2 - güzgülərin ölçüləri. Üçün?< 1 КПД передачи может быть равным практически 100 %. С увеличением расстояния эффективность ЭМРД резко падает, как только перестает выполняться это условие.

Şanzımanın səmərəliliyinə dair tələblər olduqca sərtdir. Məsələn, ümumi sistem səmərəliliyi 10% olduqda, icazə verilən minimum ötürmə səmərəliliyi 99,9% -dir. Bununla birlikdə,% 10-un ümumi sistem səmərəliliyi üçün çox yüksək bir tələb olduğunu unutmayın. Maye itələyici mühərrik istifadə edərək orbitə bir kosmik gəminin buraxılmasının ənənəvi sxemində, yanacağın kimyəvi enerjisini kosmik gəminin kinetik enerjisinə çevirmənin ümumi səmərəliliyi yalnız 2-3% -dir. Bir EMRE vəziyyətində, enerji mənbəyi kosmik gəminin xaricində yerləşdiyindən, bu dəyərlə əlaqəli ümumi dönüşüm səmərəliliyində bir az azalma olsa da olduqca məqbuldur.

Ultra yüksək tezlikli reaktiv plazma mühərriklər. Xarici elektromaqnit şüalanma mənbələrinə əsaslanan, əsasən lazerlərdən generator kimi istifadə olunan hərəkət sxemləri əvvəllər müzakirə olunmuşdur. Müvafiq olaraq, bu tip generatorların şüalanan tezlikləri infraqırmızı və görünən aralıqlarda yerləşir. Bu frekanslara uyğun dalğa uzunluqları 0,3 ilə 15 mikron arasında dəyişir və aşağı divergensiyalı şüaların əmələ gəlməsi üçün lazım olan antenaların ölçüləri yüz minlərlə, hətta milyonlarla dalğa boyu olsa da, mütləq ölçülər bir neçə metri keçmir.

Nisbətən kiçik anten ölçüləri ilə kiçik dalğalanan şüaların reallaşması ehtimalı xarici enerji mənbələrinə əsaslanan hərəkət sistemlərini tətbiq etmək üçün görünən və infraqırmızı dalğa uzunluğu aralığına, gələcəkdə isə ultrabənövşəyi və rentgen şüalanmasına diqqət yetirilməsinin səbəblərindən biridir. . Lakin, tarixən, elektromaqnit şüalanmanın itələmə yaratmaq üçün istifadəsinə dair təkliflər mikrodalğalı şüalanma ilə əlaqələndirilmişdir. Və çox yaxşı ola bilər ki, optik və infraqırmızı diapazonların bir sıra üstünlüklərinə baxmayaraq, xarici (süni) enerji mənbələri olan mühərriklərin ilkin tətbiqi mikrodalğalı diapazonda həyata keçiriləcəkdir.

Mikrodalğalı enerjinin dartma enerjisinə çevrilməsinin imkanlarından biri də siklotron rezonans tezliyində (yəni elektronların maqnit sahə ətrafında fırlanma tezliyində) yüksək dərəcədə ionlaşmış bir plazmaya mikrodalğalı enerjinin gətirilməsidir. Mikrodalğalı radiasiyanın tezliyi ilə siklotron rezonansının tezliyi üst-üstə düşdükdə, elektromaqnit dalğasının enerjisinin plazma elektronlarına sıx bir şəkildə köçürülməsi baş verir. Elektronlar və ionlar arasında toqquşma prosesində elektronların enerjisinin bir hissəsi ionlara ötürülür, nəticədə plazmanın temperaturu yüksəlir və mikrodalğalı şüalanma, ondan keçərək enerjidən imtina edir. Tələb olunan maqnit sahəsi B sürətləndiricinin xarici hissəsində yaranır.

Şek. 13. Ultra yüksək tezlikli reaktiv mühərrik: 1 - dalğa bələdçisi, 2 - yarım dalğa dielektrik pəncərə, 3 - solenoid, 4 - işləyən maye enjeksiyonu

Bir kosmik mikrodalğalı mühərrikin elementlərinin mümkün bir tənzimlənməsi Şek. 13. Belə bir motor mahiyyətcə bir dalğa bələdçisindən, solenoiddən və mikrodalğalı şüalanmanın daxil olduğu elektromaqnit dalğaları üçün şəffaf bir pəncərədən ibarətdir. Pəncərə hərəkət edən hissəciklərin mikrodalğalı mənbəyə doğru geri axının qarşısını alır. Sürətləndirici işləyən bir maye (yanacaq) enjeksiyon sistemini və sabit bir maqnit sahəsinin intensivliyini təmin etmək üçün vasitələri (qarşılıqlı məkanda şüalanma tezliyi və siklotron tezliyinin üst-üstə düşməsini əldə etmək üçün) əhatə edir. 1 kVt və ya daha çox nizamlı güc səviyyəsində mikrodalğalı axın, vurulan iş mayesinin tam ionlaşması və plazmaya lazımi kinetik enerjinin paylanması üçün kifayətdir.

Bu tip plazma sürətlənməsinin üstünlükləri sürətləndiricinin elektrodsuz quruluşu və hərəkət edən hissələrin tamamilə olmaması ilə əlaqədardır. Beləliklə, mühərrikin dizayn və davamlılığın son dərəcə sadəliyi ilə xarakterizə ediləcəyi prinsipcə gözlənilə bilər. Az güclü mikrodalğalı mühərriklər ( R < 100 кВт) могут найти применение в недалеком будущем, после того как в них будут внесены некоторые технические усовершенствования. Использование же СВЧ-двигателей для создания основной тяги (R Mikrodalğalı şüalardan (peyk günəş elektrik stansiyaları) istifadə olunan enerji ötürmə sistemləri tətbiq olunarsa, fasiləsiz rejimdə\u003e 100 kW) mümkün olacaqdır.

Güclü elektromaqnit şüalanma mənbələrinin yaradılması perspektivləri. Xarici elektromaqnit şüalanma mənbələri ilə bir itələyici kosmik sistem yaratarkən həll edilməsi lazım olan texniki problemlər kompleksi daha çox ümumi problemlərlə yanaşı digər elm və texnikanın sahələrində də üzləşdiyi problemlərlə sıx bağlıdır.

Bildiyiniz kimi lazerlər kosmik problemlərlə heç bir əlaqəsi olmadan yaradıldı və 10 ildən çoxdur ki, onlardan kosmik itələmə sistemlərinin bir elementi kimi istifadə etmək fikri yox idi. Yayılan gücün böyüməsindən, getdikcə daha çox yeni aralığın inkişafından, xüsusiyyətlərinin yaxşılaşdırılmasından və s.-dən ibarət olan lazer texnologiyasının inkişafı olduqca sürətlə olmuşdur və baş verir. Ən yaxşı müasir lazerlərin radiasiya gücünün ilk lazerlərin radiasiya gücündən 10 6 - 10 8 dəfə çox olduğunu söyləmək kifayətdir. 60-cı illərin sonlarında artıq nəzərəçarpacaq şəkildə göstərilən bu tərəqqi, lazerləri bir çox məqsəd üçün - elektromaqnit şüalanma, işıq, infraqırmızı və ultrabənövşəyi aralıqlar üçün potensial güclü bir enerji mənbəyi hesab etməyə imkan verdi (indi bu spektr genişlənmişdir) daha da çox).

Lazer texnologiyasının inkişafının bütün qısa tarixi tərəfindən hazırlanan raketləri sürətləndirmək üçün lazerlərdən istifadə etmək fikri məhz o zaman yarandı. Digər tərəfdən, xarici enerji mənbələrindən istifadə məsələsi kosmik texnologiyada da yetişdi, burada K.E. Tsiolkovski, F.A.Zander və digər kosmonavtika qabaqcıllarının əsərlərindən başlayaraq dəfələrlə qaldırıldı və müzakirə edildi.

Elektromaqnit şüalanma enerjisini işləyən mayenin kinetik enerjisinə çevirmək baxımından sual plazmanın mikrodalğalı şüalanma ilə istiləşməsi və elektromaqnit enerjisindən itələmə yaratmaq üçün istifadə edən mühərriklərin yaradılması ilə bağlı ilk sınaqlarla hazırlandı.

Fikirlər müxtəlif yollarla yaranır: bəziləri həyata keçirilmə imkanlarından çox əvvəl ortaya çıxır və bəzən onları sınaqdan keçirmək üçün hədəfli təcrübələr aparır. Elm və texnologiyanın ümumi inkişaf səviyyəsinə görə digərlərinin tətbiqi yarandıqlarından daha erkən başlaya bilər. Lazerlərdən və digər güclü elektromaqnit şüalanma mənbələrindən kosmik hərəkət sistemlərində istifadə etmək fikri nə hadisələrin irəliləməsi qarşısında, nə də gec idi. Doğuşu, demək olar ki, bu fikri həyata keçirməyə yönəlmiş işləri aparmaq üçün fürsətlərin yaranması ilə üst-üstə düşdü.

Bu gün kosmik aparatların orbitə çıxarılması problemi fizika və texnologiyanın bir neçə sahəsinin qovşağındadır: kosmik mühərriklər, lazerlər, radiasiyanın maddə ilə qarşılıqlı təsiri, mexanika, güclü elektromaqnit şüalarının qəbul edilməsi və ötürülməsi və s. elm və texnologiyanın bir çox tətbiqi var və bu səbəbdən lazer enjeksiyonu fikirlərinin inkişafındakı irəliləyiş yalnız təcrübə cihazlarının parametrləri ilə deyil, həm də sahib olduğu xüsusiyyətlər ilə müəyyən edilir (və ilkin mərhələdə və o qədər də çox deyil). digər məqsədlər üçün sistemlərə daxil olan elementlər tərəfindən.

Bu baxımdan, gələcəkdə kosmik aparatların uzaqdan enerji təchizatı sistemlərində birbaşa tətbiqetmə tapacağı işləri qeyd etmək istərdim. Bundan əlavə kosmik elektrik stansiyalarına yönəldiləcəkdir. Peyk günəş elektrik stansiyalarının (SPS) yaradılması məsələsi 70-ci illərin əvvəllərindən bəri əksər ölkələrin enerji ehtiyaclarını fosil mənbələrindən ödəmək qabiliyyətində ciddi məhdudiyyətlərin olduğu aydın olduqdan sonra ciddi şəkildə nəzərdən keçirilmişdir. 1973-1974 Qərbi Ölkələrdə Enerji Krizi bu problemin həyata keçirilməsinə əlavə bir təkan verdi.

SSE-nin yaradılması imkanlarının müzakirə olunduğu müddətdə inkişaf etdirilən fikirlərə görə, sonuncusu geostasionar və ya yüksək eliptik orbitlərdə yerləşdirilmiş yüzlərlə kvadrat kilometr sahələri olan günəş batareyalarının və ya digər günəş radiasiya qəbuledicilərinin düz sahələri olacaqdır - daim Günəşə yönəldilmişdir. Alıcıların üzərinə düşən günəş enerjisinin bir hissəsi (% 15-20) elektrik enerjisinə çevrilir. 100 km 2 ərazi ilə, süni bir Yer peykinin orbitinə yerləşdirilən belə bir elektrik stansiyasının ümumi elektrik gücü 15-20 GW, yəni 4-5 hidroelektrik stansiyalarının gücü olacaqdır. Bratsk tipi var. KOS-un kütləsinin on min tonlarla ölçülməsi gözlənilir.

Ciddi bir problem DSP-də alınan enerjinin elektrik stansiyasından on minlərlə kilometr məsafədə yerləşə biləcəyi istehlakçılara ötürülməsidir. SSP-də alınan enerjinin səmərəli və praktik olaraq ötürülməsinin yeganə yolu yönləndirilmiş elektromaqnit şüalanma ilə ötürülməsidir. Başlanğıcda bu məqsədlə dalğa uzunluğu 10-12 sm olan bir mikrodalğalı enerji ötürmə sistemindən istifadə edilməli idi və bu aralığın seçilməsi təsadüfi deyildi. Elektromaqnit dalğaları üçün ionosfer və atmosfer şəffaflığı (buludlu hava və yağış daxil olmaqla), birbaşa elektrik cərəyanını mikrodalğalı enerjiyə çevirmək üçün yüksək səmərəliliyi təmin edə bilən inkişaf etmiş bir texnika və s. Daxil olmaqla bir sıra üstünlüklərə malikdir.

Bununla birlikdə, enerjinin itkisiz 40.000 km məsafələrə (yəni yüksək eliptik və ya geostasionar orbitdən Yerə) səmərəli ötürülməsi üçün 1 km uzay ötürücü antenna və 10-15 km boyunca yerüstü qəbuledici antena lazımdır. Bu baxımdan lazer radiasiyasından istifadə olunan enerji ötürmə sistemlərinə getdikcə daha çox maraq göstərilir.

Elektrik enerjisi lazer radiasiyasına çevrilirsə, lazer ötürücüsünün (10,6 mikron dalğa uzunluğunda) 31 m diametrli bir ötürücü anteninə sahib olması və Yerdəki qəbul anteninin ölçüləri 31 x 40,3 m olmalıdır. sistem təkcə dünyaya deyil, digər peyklərə də enerji ötürə bilər, həm də təyyarələrin və kosmik aparatların hərəkət sistemlərinə enerji təmin edə bilər. Mikrodalğalı sistem üçün icazə verilən maksimum enerji axını 23 MW / sm 2-dən çox deyilsə, 500 MW güc üçün nəzərdə tutulmuş lazer sistemi üçün, maksimum parlaq enerji axını, qarşılıqlı təsir üçün itkiləri artırmadan 185 W / sm 2-ə çata bilər. atmosfer ilə işıq şüasının.

Lazer enerjisi sistemi üçün mümkün variantlardan biri də bir SCE-nin alçaq Dünyadakı günəş sinxron orbitinə buraxılması, sonrakı günəş enerjisinin gəmidəki lazer radiasiyasına çevrilməsi və sonuncusunun bir və ya iki röle peykinə ötürülməsidir. geostasionar orbitdə. Və nəhayət, bu peyklərdən Yerdəki qəbul stansiyalarına lazer radiasiyasının ötürülməsi.

Röle peyklərindən istifadə edən güc sisteminin konfiqurasiyasının yalnız lazer dalğa uzunluğu aralığında işləyərkən mümkün olduğunu unutmayın. Eyni zamanda, bir SSP-ni aşağı bir qütb orbitinə (orijinal konsepsiyada olduğu kimi stasionar və ya yüksək eliptik bir orbitə deyil) buraxmaq, yükün ümumi kütləsində 6-10 dəfə azalmağa imkan verir ki, bu da bir yerə endirilməlidir. bir SSP yaradılmasını təmin etmək üçün istinad orbitidir. Ümumiyyətlə, bir sıra perspektivli texniki həllərdən istifadə edərkən lazer enerjisi sistemləri, ehtimal ki, kütlə xüsusiyyətləri, ətraf mühitin çirklənməsi və dəyəri baxımından mikrodalğalı diapazonda işləyən sistemlərdən ciddi üstünlüklərə sahib olacaqdır.

Bu cür sistemlərin ümumi səmərəliliyi 8 - 12% -ə çata bilər ki, bu da mikrodalğalı sistemlərin ümumi səmərəliliyi ilə müqayisə edilə bilər. Lakin, mikrodalğalı sistemlərdən fərqli olaraq, lazer sistemləri buludlarda və yağış zonalarında yayılarkən güclü emilimdən keçdiyindən hər hava şəraiti deyil. Göründüyü kimi, bu məsələ ehtiyat yer qəbulu stansiyaları yaratmaqla yanaşı, qəbul məntəqələrini yağış ehtimalı az olan ərazilərə yerləşdirməklə də həll edilə bilər. Lazer kosmik elektrik stansiyalarından kosmik aparatların və raketlərin sürətlənməsi üçün xarici enerji mənbəyi kimi istifadə edərkən hava şəraiti yalnız trayektoriyanın atmosfer hissəsini təsir edə bilər.

Xarici çəki mənbələrindən istifadə edən motorlar

Əvvəllər nəzərdən keçirilmiş demək olar ki, bütün hərəkət sistemlərində raketin dəf edildiyi kütlə (atılan kütlə) raketin tərəfində cəmlənmişdir. Kütləni saxlamaq üçün tanklar və onların dəstəkləyici quruluşu tələb olunur ki, bu da raketin kütləsini xeyli artırır, atış kütləsini məhdudlaşdırır və müəyyən kütlə ehtiyatı ilə yükün xarakterik sürətini azaldır. Beləliklə, təbii olaraq, raket mühərriklərində xarici kütlələrdən istifadə etmək istəyi, bunun quru və hava nəqliyyatında, Yerin özü və ya atmosferi proqnozlaşdırılan kütlə kimi istifadə edildiyi zaman necə edildiyinə bənzəyir.

Yer səthindən raketlərin atılması üçün Yer atmosferinin istifadəsi ilə bağlı çox tədqiqatlar aparılmışdır. Eyni zamanda, ikiqat qələbə gözlənilirdi. Birincisi, havadakı oksigen raketin göyərtəsində yığılmış yanacaq üçün oksidləşdirici maddə rolunu oynaya bilər ki, bu da raketin göyərtəsində yığılmış ümumi enerjinin artmasına bərabərdir. İkincisi, atılan kütlə miqdarının artması egzoz sürətini azaldacaq və nəticədə uçuş trayektoriyasının başlanğıc hissəsində itmə effektivliyi artacaqdır. Bundan əlavə, müəyyən bir mühərrik gücü üçün, əlavə atılan kütlə sayəsində itələmə gücünü artırmaq və böyük buraxılış kütlələrinin raketlərini atmaq mümkündür.

Hava oksigen və əlavə kütlə mənbəyi kimi müasir qaz turbinində və ramjet mühərriklərində (VRM) geniş yayılmışdır.

VRM-in işləmə prinsipi təyyarənin sürətində mühərrikə daxil olan havanın mühərrikdə çıxan enerji sayəsində sürətini artırmasıdır. Mühərrikin girişindəki və ondan çıxışdakı hava sürətlərindəki fərq, kütləvi hava axını ilə vurulur, mühərrikin itilməsinə tam bərabərdir. Müəyyən bir enerji sərbəstliyi və digər şeylər bərabər olduğu üçün hava sürətindəki nisbi artım azalacaq, sonra təyyarənin sürətindəki artımla VRM-nin itkisi müvafiq olaraq azalacaq.

Xarici kütlə istifadə edən mühərriklər üçün uçuş sürət həddləri nüvə reaksiyalarının enerjisindən istifadə olunarsa, birbaşa havaya (qaz fazlı reaktorlarda olduğu kimi) və ya bir elektrik mənbəyindən təmin edilərsə əhəmiyyətli dərəcədə azaldıla bilər. Birinci halda, radioaktiv məhsulların atmosferə atılması baş verəcək, ikincisi, elektrik stansiyasının böyük kütlələri səbəbindən Yer səthindən başlamaq mümkün olmayacaq. Buna görə də bu cür mühərriklərdə xarici kütlənin istifadəsi yalnız kosmosda nəzərə alınır.

Kosmosdakı maddənin az sıxlığına görə, zəngli bir boru şəklində hava kollektorlarının ənənəvi sxemləri yalnız çox aşağı orbitlərdə (100-120 km) məna verir. Daha yüksək hündürlüklər üçün mühərriki maqnit sahə mənbəyi (solenoid) ilə təchiz etməklə hava girişinin səmərəliliyi əhəmiyyətli dərəcədə artırıla bilər. Planetlərarası mühit ionlaşmış qazdır (plazma) və ionlaşma dərəcəsi Yerdən məsafədə artar və 10.000 km yüksəkliklərdən başlayaraq demək olar ki, tam ionlaşma baş verir.

Artıq göstərildiyi kimi, plazma hissəciklərinin maqnit sahəsinin qüvvə xətləri boyunca hərəkəti maneə törədilir və maqnit sahəsi yüklənmiş hissəciklərin mühərriki istiqamətinə yönləndirən bir huni rolunu oynaya bilər. Nəticədə, praktik olaraq əldə edilə bilən maqnit sahələrində kütləvi alma effektiv sahəsi bir neçə min dəfə arta bilər.

Məsələn, diametri 15 m olan bir cərəyan şəklində və 10 Tc mərkəzində bir maqnit sahəsi induksiyası olan bir maqnit sahəsi mənbəyi üçün plazma axınının toplanacağı ərazi təxminən 2 km 2 olacaqdır. . Egzoz sürəti 100 km / s olan aşağı orbitlərdə oxşar kütlə suqəbuledici mühərrik 2 kqf qüvvə yarada və itələmə yaratmaq üçün 200 kW güc sərf edə bilər.

Bu cür mühərriklər 300 ilə 10.000 km arasında yüksəkliklərdə olan orbitlər arasında nəqliyyat əməliyyatları üçün uyğun ola bilər. Yuxarıda mühitin sıxlığı kəskin şəkildə azalır və planetlərarası məkanda hissəciklərin konsentrasiyası cəmi 10 sm -3 təşkil edir ki, bu da 10-20 kq / m 3 sıxlığa cavab verir. Maddənin belə bir nadir dərəcədə təsirlənməsini təsəvvür etmək üçün məşhur ingilis astronomu J. Jeansın məcazi müqayisəsindən istifadə edək: "Bir nəfəsalma ilə bir milçək bir kafedralı bu qədər sıxlıqdakı hava ilə doldura bilərdi."

Mühərrikdən keçən kütləvi axın, əlbəttə ki, raket sürətinin artması ilə artacaq, lakin eyni zamanda, sabit bir maqnit sahəsinin gücündə axın enerjisinin artması səbəbindən, maqnit girişinin təsirli ölçüsü də olacaqdır azalma. Nəticədə kütləvi istehlak yalnız sürətin kub kökü ilə nisbətdə böyüyəcəkdir.

Maqnetik kütlə pikapı ilə təchiz edilmiş mühərrik tamamilə iyondursa (atılan hissəciklərin yükünün əvəzi ödənilmədən), raketdə elektrik yükünün meydana çıxması səbəbindən xarici kütlə axınında bir qədər artım mümkündür. Məsələn, mühərrik müsbət yüklü ionları sürətləndirirsə, mənfi yük alır və xarici məkanın ionlarını cəlb etməyə başlayır. Bu ionlar bir maqnit sahəsi ilə sürətləndirici bir cihaza yönəldilə bilər və işləyən bir maye kimi istifadə edilə bilər.

Lakin bu şəkildə planetlərarası mühitin sıxlığında kifayət qədər kütləvi xərclər əldə etmək üçün raketin ətrafdakı məkana nisbətən çox yüksək potensialı tələb olunur. 10 6 V potensialda 15 m diametrli bir kosmik gəmi üçün kütlə axını 4 · 10 - 8 kq / s olacaqdır. Bu axının əlavə sürətlənməsi ilə, deyək ki, 10 qat daha böyük potensialla, mühərrik itkisi 0,03 kqf olacaqdır. Ancaq 10 7 V potensial fərqi ilə sürətlənmə termonükleer reaksiyalar zamanı əmələ gələn hissəciklərin enerjisinə cavab verir. Bu vəziyyətdə, onları atılan kütlə kimi istifadə etsəniz, boşluq plazma ionlarının əlavə edilməsi itilmədə nəzərəçarpacaq bir qazanc verməyəcəkdir.

Deyilənlərin hamısını yekunlaşdıraraq, belə bir nəticəyə gələ bilərik ki, planetlərarası və daha da çoxu, ulduzlararası mühitin, maqnetik sahənin mövcud mənbələrinin xüsusiyyətləri yüz minlərlə artırılsa, raket mühərrikləri üçün işləmə mühiti olaraq mümkün olacaqdır. dəfə. Hal-hazırda belə bir artımın yolları məlum deyil.

Bununla birlikdə, planetlərarası kosmosda kifayət qədər sayda makro-cisim var - planetlər, onların peykləri, asteroidləri, meteoritləri. Kosmik cisimləri və onların atmosferini təşkil edən süxurların birbaşa istifadəsinə toxunmayacağıq. Prinsipcə, kosmik cisimləri təşkil edən maddələr burada təsvir olunan mühərriklərin hər hansı birində istifadə edilə bilər. Yalnız makro cisimlərin təmassız istifadə üsullarını nəzərdən keçirək.

Cazibə qüvvəsi qarşılıqlı təsir ən çox kosmosda özünü göstərir. Təəssüf ki, kosmik gəmiləri sürətləndirmək üçün istifadə imkanları çox məhduddur. Həqiqətən, bir kosmik cismin yanından uçan raket, cazibə sayəsində minimum yaxınlaşma nöqtəsini keçənə qədər sürətlənəcəkdir. Bundan əlavə, onun yavaşlaması başlayacaq və raketin kinetik enerjisindəki ümumi dəyişiklik sıfıra bərabər olacaqdır. Ən yaxın yanaşmadan sonra cazibə qüvvəsini ekranlaşdırmaq və ya işarəsini əksinə dəyişdirmək mümkün olardısa, kosmik uçuşların bir çox problemi asanlıqla həll ediləcəkdi. Ancaq təəssüf ki, müasir elm cazibə sahəsi ilə bu cür manipulyasiyaların ümumiyyətlə mümkün olub-olmadığını bilmir.

Buna baxmayaraq, bəzi hallarda cazibə qarşılıqlı təsiri təyyarədəki kütlə saxlamağı azaltmaq üçün istifadə edilə bilər. Bu, ilk növbədə kosmik gəmilərin orbital təyyarələrinin fırlanmasına aiddir. Məsələn, Ayın ətrafında dövr edən bir geostasionar peyk buraxıldıqda, itələmə istehlakı birbaşa atışla müqayisədə 10% azaldıla bilər. Üstəlik, "cazibə sahəsindəki yükü hərəkət etdirmək üçün təyyarə kütləsi ehtiyatlarına ehtiyac duymayan cazibə sahəsinin bircinsiyyətsizliyi səbəbindən işləyən hərəkət sistemləri mümkündür."

Onların fəaliyyət prinsipi sözdə gelgit qüvvələrinin istifadəsinə əsaslanır (şəkil 14). Bir kabellə birləşdirilmiş iki kütlə Yerin süni peykinin orbitində fırlanırsa, ümumiyyətlə belə bir sistem kütlə mərkəzinin orbitinə uyğun bir sürətlə hərəkət edir. Nəticədə, Yerdən ən uzaqdakı kütlə tarazlıq hərəkəti üçün lazım olduğundan daha yüksək bir sürətə sahib olacaq və buna görə də üzərində bir mərkəzdənqaçma qüvvəsi təsir göstərməlidir. Əksinə, Yerə ən yaxın olan kütlə üçün sürət tarazlıqdan azdır və üst kütləyə tətbiq olunan həddindən artıq cazibə qüvvəsi var.

Bu qüvvələrə gelgit qüvvələri deyilir. İpi uzadırlar və ipi sürtünərək gevşetərək gelgit qüvvələrini işi görməyə məcbur edəcəyik. Bu iş sistemin kinetik enerjisi sayəsində həyata keçirilir və nəticədə onun ağırlıq mərkəzi daha aşağı bir orbitə keçəcəkdir. Eynilə, planetlər arasında hərəkət edən gelgit qüvvələri qarşılıqlı yaxınlaşmalara səbəb olur. Məsələn, Yerin səthinə sürtünmə nəticəsində Ayın yaratdığı okean dalğaları, Ay ilə Yer arasındakı məsafənin azalmasına səbəb olur.

Əksinə, gelgit qüvvələrinin təsirinə qarşı iş görərək, sistemin ağırlıq mərkəzinin orbitini qaldırmaq mümkündür. Kütlələr tamamilə bir araya gəldikdən sonra dövrü təkrarlamaq üçün sərbəst açılan bir kabellə uzaqlaşdırılmalıdır. Ancaq yer üzünə yaxın bir kosmosda belə bir itələyici sistemin səmərəliliyi çox aşağıdır.

Gelgit qüvvələrinin böyüklüyü kütlələr arasındakı məsafənin orbitin radiusuna nisbəti ilə orbitdəki cazibə sürətinin məhsuluna bərabərdir. Kütlələr arasındakı məsafəsi 10 km olan 350 km yüksəklikdəki bir orbitdə 1,4 · 10–2 N / kq, geostasionar bir orbitdə - 7 · 10-5 N / kq. Bir görüş dövründə görülən iş, müvafiq olaraq, 7 · 10 –2 və 3.5 · 10 –4 J / kq-dır. 350 km hündürlüyü olan bir orbitdən bir kosmik aparatı geostasionar bir orbitə (35,880 km) köçürmək üçün təxminən 10 8 dövr lazımdır. Hər dövrü 1 saniyədə başa çatacağını düşünsək belə, belə bir hərəkət 10 ildən çox vaxt aparacaqdır.

Şek. 14. "Qravitasiya" mühərrikinin diaqramı (oxlar gelgit qüvvələrinin istiqamətini göstərir): 1 - faydalı yük, 2 - kabel, 3 - kabel sarma cihazları, 4 - Yer

Mümkündür ki, bəşəriyyət yer üzündə məskunlaşma yerləri yaratmağa başlayanda və milyonlarla ton yükün yüksək orbitlərə daşınması lazım olacaq, belə yavaş hərəkət üsulu öz tətbiqini tapacaqdır. Üstünlükləri göz qabağındadır: istehlak edilmiş kütlənin tam olmaması və itələmə sisteminin az gücü.

Qravitasiya qarşılıqlı fəaliyyətindən fərqli olaraq, insanlar elektromaqnit qarşılıqlı təsirini idarə etməyi öyrəndikləri üçün bu əsasda makro cisimlərdən istifadə edərək motor sistemləri yaratmaq mümkündür. Ən sadə halda, belə bir mühərrik yüklənmiş hissəcik sürətləndiricisidir. Bir kosmik cismin yanından uçarkən, yüklü hissəciklər (məsələn, elektronlar) ilə şüalanır. Nəticədə kosmik cism və raket əks işarələrin yüklərini daşıyırlar.

Yüklərin cazibəsi raketin sürətlənməsinə gətirib çıxarır. Raketin kosmik cismlə maksimum yaxınlaşmasından sonra ya sürətləndiricini söndürə bilərsiniz və yüklər xarici məkanın plazması ilə tez bir zamanda kompensasiya olunur və ya məkan gövdəsindəki yük qorunub saxlanıldıqda, raket yenidən doldurula bilər, və sonra cazibə qüvvələri itələyici qüvvələrə çevriləcəkdir.

Bu qarşılıqlı təsir nəticəsində raket sürətindəki artım, raketlə yüklənmiş cəsəd arasındakı potensial fərqlə mütənasibdir. Məsələn, potensial fərqi 10 6 V olan 10 ton ağırlığında olan bir kosmik aparat üçün sürət 1 m / s, müvafiq olaraq 10 8 V-də 100 m / s artırıla bilər. Bu sürətləndirmə metodunun səmərəliliyi raketin və yüklənmiş cismin nisbi sürətinin artması ilə böyüyür və 10 km / s-dən çox sürətdə 20% -ə çata bilər.

Bir şarj dövründə kiçik sürət qazanclarına görə, bu cür itələmə sistemlərinin kosmik cisimlərlə qarşılaşmaların tez-tez olduğu yerlərdə (məsələn, asteroid qurşağında) istifadə edilməsi məsləhət görülür. Bundan əlavə, Yer peyklərinin orbitləri arasında böyük yük axınları halında raketlərin elektrostatik sürətlənməsi faydalı ola bilər. Sonra aşağıdakı uçuş rejimi həyata keçirilə bilər. Bəziləri yüklü hissəcik sürətləndiriciləri ilə təchiz olunmuş peyklər sistemi bir-birinə zidd orbitlərə (əks fırlanma ilə orbitlərə) yaxınlaşdırılır. Yaxınlaşan əks fırlanan peykləri şarj etməklə bütün sistemin orbitlərinin parametrlərini dəyişdirmək mümkündür. Bu vəziyyətdə, bu sürətləndirmə metodunun səmərəli istifadəsi üçün bütün şərtlər yerinə yetirilir: yüksək qarşılaşma tezliyi və yüksək nisbi sürətlər.

Kosmik gəmilərin elektrostatik sürətlənməsinin əhəmiyyətli mənfi cəhətlərindən biri də səthinin kosmik gəminin elektrik sahəsi tərəfindən yüksək enerjiyə qədər sürətləndirilmiş kosmik plazma hissəcikləri ilə bombalanmasıdır. Nəticə nüfuz edən qamma və rentgen şüalanmasıdır. Maqnetik qarşılıqlı təsir istifadə edərkən bu dezavantaj olmayacaqdır.

Raket bir maqnit sahəsi mənbəyi ilə təchiz olunarsa, Yerin, planetlərin və dəmir-nikel asteroidlərin maqnit sahələri ilə qarşılıqlı əlaqədə olacaqdır. Kosmik maqnit sahələrinin intensivliyi müqayisə edilə bilən vahidlərdə elektrik sahələrinin intensivliyindən bir neçə dərəcə yüksəkdir. Ancaq təəssüf ki, maqnit sahəsi dipol xarakterinə malikdir və qüvvə qarşılıqlı təsiri yalnız qeyri-bərabərlik (qradiyent) varlığında özünü göstərir. Kosmik sahələrin gradyanı çox azdır: qarşılıqlı qüvvə əldə etmək üçün, məsələn, Yerin maqnit sahəsi ilə 0,1 kqf, 10 6 amperdən çox dönmə və 100 m diametrə sahib bir solenoid lazımdır. maqnit sahəsi, belə bir elektromaqnitli bir roket əldə etmək üçün mövcud üsullar, faydalı yükün kütləsini laqeyd etsək də, yalnız 10-6 m / s 2 sürətlənəcəkdir.

Daha perspektivli, əks orbitlərdə fırlanan peyk qruplarını nəql edərkən daha əvvəl təsvir olunan interbital nəqliyyatda maqnit sistemlərinin istifadəsidir. Bu cür nəqliyyat vasitələrinin qarşılıqlı cazibəsi və ya itkisi sayəsində onların orbital sürətini dəyişdirmək mümkündür. Bununla birlikdə, maqnit sahəsi, dipol təbiətinə görə məsafənin kubuna və elektrik sahəsi - kvadrata nisbətdə azaldığından, bu cür itələmə sistemləri kütlə xüsusiyyətlərinə görə elektrostatiklərdən daha aşağı olacaqdır.

Müasir elektromaqnetizm nəzəriyyəsi maqnit monopolların - elektrik yüklərinin analoqlarının mövcudluğunu qəbul edir. Bu cür inhisarlar aşkar edilərsə və kifayət qədər miqdarda əldə edilə bilsələr, kosmik texnologiya üçün böyük imkanlar açılacaqdır. Monopol maqnit yüklü bir raket, yalnız maqnit sahəsi ilə qarşılıqlı təsir sayəsində təyyarə kütləsi xərclənmədən Yer səthindən atıla bilər və daha sonra ulduzlar və planetlərarası sahələrdə sürətlənməyə davam edə bilər.

DOĞULMAQ VƏ DURMA HAQQI HAQQINDA

Yeni tip motor sistemlərinin tətbiqinə aparan yol uzun və çətindir və bir qayda olaraq, yalnız mövcud olanlara nisbətən üstünlükləri yüzdə birimlə ifadə edilmədikdə, vəziyyəti əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdirdikdə yaradılır. Ya eyni zamanda, nəqliyyat əməliyyatlarının iqtisadi göstəriciləri kəskin şəkildə yaxşılaşır və ya onsuz da mövcud vasitələrlə həll olunmayan problemlərin həllinə imkan verir.

Müxtəlif hərəkət sistemlərinin astronavtikanın ən kəskin qarşılaşdığı problemlərin həllində hansı imkanları var?

Yer səthindən aşağı orbitlərə böyük yük axınlarının təşkili. Problem yalnız yüksək itələyici mühərriklərin istifadəsi ilə həll olunur; bu səbəbdən kimyəvi mühərriklər, termal nüvə və termonükleer mühərriklər və uzaqdan ötürülmə qabiliyyəti olan yüksək təkan mühərrikləri kimi həll yollarını nəzərdən keçirmək məsləhətdir. Bu mühərriklərdən aşağı orbitə çıxmaq probleminin həllində əsas rol uzun müddət kimyəvi mühərriklərə aiddir və olacaqdır. Enerji və itmə xüsusiyyətləri baxımından qaz fazlı nüvə mühərrikləri və termonüvə mühərrikləri bu problemi həll etmək üçün əlverişlidir, lakin atmosferin radioaktiv çirklənməsi təhlükəsi çox böyükdür.

Ümumiyyətlə, qeyd etmək lazımdır ki, Yer səthindən aşağı orbitlərə yük axınlarının intensivləşməsi ilə raket maşınlarından təbii proseslərə təsirinin minimuma endirilməsi məsələləri getdikcə daha da aktuallaşacaqdır. Atıcı nəqliyyat vasitələrinin kifayət qədər aşağı fırlanma intensivliyi və nisbi "aşağı gücü" ilə atmosferdəki və ionosferdəki təbii proseslər raket atışları zamanı yaranan parametrlərin yerli pozuntularını kompensasiya edə bilər. Nümunə olaraq, raket məşəli ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda ozon qatında görünən "pəncərə" nin sıxılma prosesini göstərə bilərik. Ancaq təbii mühitin kompensasiya imkanları məhdud deyil və buna laqeyd qalmaq olmaz.

Təbii proseslərə minimum təsir tələbi, göründüyü kimi, xarici enerji mənbələrindən istifadə edərək raketlərin yaradılması üçün əlavə bir stimul olacaqdır. Xarici enerji mənbələri olan mühərriklərdə (xüsusən lazer mənbələri ilə) müxtəlif maddələrin işləyən maye kimi istifadə oluna bilməsi səbəbindən təbii proseslərə minimal təsir göstərən işləyən bir maye seçmək mümkündür.

Xarici mənbəli mühərriklərin işə salma vasitələrində istifadəsinin digər cəlbedici tərəfi, avadanlıqların ən mürəkkəb hissəsinin (enerji mənbəyi və lazer ötürücü) nəqliyyat vasitəsinin xaricində olması və işə salma fazası üçün xarakterik təsirlərə məruz qalmamasıdır (həddindən artıq yük, vibrasiya) və s.).) və xidmət və təmir üçün mövcuddur. Nəhayət, belə bir başlatma sistemi intensiv yük axınlarının təşkili üçün çox vacib olan təkrar istifadə edilə bilən bir sistemdir (ən azı sistemin yer hissəsinin avadanlıqlarını istifadə etmək mənasında).

Bu səbəblərdən, Yerdə və ya Yer kürəsinə yaxın bir orbitdə yerləşən lazerlərin enerjisindən istifadə edən mühərriklər, gələcəkdə, xüsusən nisbətən kiçik yüklərin kütləvi şəkildə atılması problemlərində, ənənəvi fırlanma üsulu ilə ciddi şəkildə rəqabət edəcəkdir. Bu cür sistemlərin görünüşü gələn əsrin əvvəllərində, eyni zamanda sənaye əhəmiyyətli ilk KOM-ların tətbiq edilməsi planlaşdırıldığı zaman gözlənilməlidir.

Həcmli yüklərin aşağı orbitlərdən yüksək orbitlərə və əksinə daşınması, oxşar yüklərin Yer orbitindən Aya çatdırılması. Yüklərin aşağı bir orbitə atılmasından fərqli olaraq, bu əməliyyat həm yüksək, həm də aşağı itələmə mühərrikləri tərəfindən həyata keçirilə bilər. Yüksək itələyici mühərriklərdən istifadə edilərkən, kosmik aparat yüksək itməli mühərriklərdən (vahidlər və onlarla kiloqram gücündən) daha yüksək bir orbitə və ya Ay yaxınlığına çatır. Bununla birlikdə, yüksək orbitə çatdırılan faydalı yükün bir hissəsi işləyən mayenin sürətindən asılıdır və burada aşağı itələyən mühərriklər bəzi yüksək itməli mühərriklər üzərində üstünlüklərə sahib ola bilər.

Xüsusilə, bu problemi maye-itələyici roket mühərrikləri və nüvə elektrik stansiyaları olan elektrik reaktiv mühərrikləri köməyi ilə həll etmə imkanlarının müqayisəli təhlili göstərir ki, əgər birinci halda aşağı orbitdən stasionar bir yerə çatdırılan yük payı təxminən% 30, ikincisində% 60-65 arasındadır. Bu hal, həcmli yüklərin daşınması üçün çatdırılma vasitələrini seçərkən həlledici əhəmiyyət kəsb edə bilər, çünki təyinedici amil son bir uçuşda deyil, bir uçuşda daşınan yükün miqdarıdır.

Aşağı itələyici mühərriklərin istifadəsi bir sıra daşınan mallar üçün böyük üstünlük ola biləcək bir xüsusiyyətə malikdir: aşağı itələmə kiçik aşırı yüklər yaradır. Bu baxımdan, böyük həcmli konstruksiyaları aşağı bir orbitdə yığmaq və sonra yüksək strukturlara keçirmək, bu şəkildə yaradılan quruluşa həddindən artıq yükləmə üçün ciddi tələblər qoymadan, yüksək təkan mühərriklərindən istifadə edərkən mümkün olur.

Önümüzdəki iyirmi ildə, görünür, nəzərdən keçirilən əməliyyat üçün yalnız maye itələyici roket mühərrikləri və günəş panelləri və ya nüvə elektrik stansiyaları olan elektrik mühərrik mühərrikləri istifadə ediləcəkdir.

Gələcəkdə nəqliyyat məqsədləri və Ayın orbitinin radiusu daxilində xarici süni enerji mənbələri olan mühərriklər istifadə edilə bilər (və olduqca təsirli). Beləliklə, lazer şüası eyni elektrik reaktiv mühərrikləri üçün enerji mənbəyi kimi istifadə edilə bilər, lakin təbii ki, işləyən mayeni sürətləndirmək üçün enerjisini birbaşa istifadə etmək daha səmərəlidir

300 min km-ə qədər məsafələrdə lazer mühərriklərindən istifadə problemini müzakirə edərkən ortaya çıxan təbii bir sual: elektromaqnit enerjisini belə bir məsafəyə əhəmiyyətli itkisiz ötürən bir şüa meydana gətirən bir qurğunun parametrləri nə olmalıdır?

Hesablamalar göstərir ki, 300 min km məsafədə aparatda və elektrik stansiyasında 30-40 m ölçülü antenaların olması lazımdır, üstəlik bu antenalar üçün səth istehsalının dəqiqliyi 0,1 µm-ə qədər saxlanılmalıdır. Beləliklə, bu şəkildə əldə edilən enerjini böyük bir təkan yaratmaq üçün istifadə etməyin son dərəcə çətin olduğu aydındır. Digər tərəfdən, belə bir bənzərsiz kanal vasitəsilə nisbətən aşağı güclərin (bir neçə meqavat) ötürülməsi çətin deyil, yalnız qəbuledici anten əvəzinə cihaza bir günəş batareyası yerləşdirmək daha sərfəlidir.

Buna baxmayaraq, göründüyü kimi, yüksək orbitli nəqliyyat əməliyyatları və malların Aya daşınması üçün lazer radiasiyasından istifadə edən hərəkət sistemlərinin istifadəsi üçün həm texniki, həm də iqtisadi baxımdan əsaslandırılmış variantlar mövcuddur. Bu yolda texniki çətinliklər və problemlər var, lakin müasir texnologiyanın ağlabatan ekstrapolyasiyası çərçivəsində olduqca aşılmaz görünür.

Planetlərarası uçuşlar. Veneraya, Marsa və Günəş sisteminin uzaq planetlərinə çoxsaylı robot stansiyalarının uçuşları bunun sabahdan çox bu günün vəzifəsi olduğu təəssüratını yaratdı. Hər halda, Mars və Veneraya insan uçuşları çoxdan fantastik ədəbiyyatın obyekti olmaqdan çıxdı. Eyni zamanda, bu problemlərin müasir texnologiya çərçivəsində, yəni yalnız maye roket mühərriklərindən istifadə edərək mümkün həlli son dərəcə ağır və olduqca bahalı görünür. Marsa bir ekspedisiya üçün ən "təvazökar" variantlardan biri, planetlərarası bir kosmik gəminin yükü 50 ton, kosmik aparatların struktur elementlərinin və ümumi kütləsi 500-700 ton olan yanacağın beş və ya yeddi dəfə aşağı orbitə çıxarılmasını nəzərdə tutur. Saturn-5 raketlərinin buraxılması.

Ancaq qorxudan ilk kütlənin özü deyil, kosmosda çox miqdarda kompleks quraşdırma işləri aparmaq lazımdır. Artıq qeyd olunduğu kimi 500 - 1000 ton ağırlığında olan ümumi yükün geri çəkilməsi, 1980-ci illərin sonuna qədər aparıcı kosmik güclər üçün adi bir vəzifə olacaqdır. Qeyd etmək lazımdır ki, Marsa uçuş problemini aşağı itələyən elektrikli itələyici mühərriklərin və nüvə elektrik stansiyalarının köməyi ilə və ya 9 km / s çıxma sürəti ilə qatı fazlı nüvə reaktoru istifadə edərkən həll etmək üçün Referans orbitə endirilən kütlə 150-200 ton olacaqdır.Marslı ekspedisiyanın müddəti bütün hallarda təxminən eynidir - 2 il 8 ay.

Ekspedisiyanın müddətinin 2 dəfəyə endirilməsi, enerji xərclərində böyüklük artımı əmri tələb edəcəkdir. Eyni zamanda, planetlərə ekspedisiya müddətində azalma çox arzu edilir. Burada yüksək enerji göstəriciləri olan mühərriklər, xüsusən də qaz fazalı nüvə mühərrikləri, termonüvə və impulslu termonüvə mühərrikləri üçün geniş perspektivlər açılır. Burada müasir texnoloji imkanların astanasında olan mühərriklərdən bəhs etdiyimizi görmək asandır. Bu baxımdan, hər halda, insanın planetlərarası uçuşlarının ilk mərhələlərində, peyk orbitindən başlayarkən xarici elektromaqnit şüalanma mənbələrini yüksək itələyən mühərriklər kimi istifadə edərək mühərriklərin istifadəsi ilə əhəmiyyətli bir qazanc əldə edilə bilər.

Mars ekspedisiyası üçün müxtəlif növ mühərriklərin müqayisəli xüsusiyyətləri cədvəldə verilmişdir. 2.

cədvəl 2

Marsa ekspedisiyalar

Ulduzlara uçuşlar realdır? Müasir konsepsiyalara görə, ulduzlararası səyahət üçün ən uyğun olan maddələrin antimaddə ilə məhv olma reaksiyasından istifadə edən foton mühərrikləridir. Bununla birlikdə, bu cür mühərriklərin yaradılması probleminin və onlar üçün yanacaq almaq probleminin həlli müasir texnologiyanın imkanlarından o qədər uzaqdır ki, resept açıq-aşkar mənasızdır.

Bir qrup İngilis tədqiqatçı, müasir texnoloji imkanların çox da ekstrapolyasiyasına əsaslanaraq ən yaxın ulduzlara (Proxima Centauri ,? Centauri, Bernardın ulduzu) insanlı uçuş problemini təhlil etməyə çalışdı. Müasir texnologiya baxımından mümkün olan sistemlərdən nüvə elektrik stansiyası ilə elektroreaktiv, kosmik lazerdən alınan radiasiya enerjisi ilə sürətləndirmə sistemləri, günəş yelkən sistemləri və yüksək itələyici nüvə mühərrikləri hesab etdik. Məlum olduğu kimi, sadalanan mühərrik növləri müxtəlif səbəblərdən problemi həll edə bilmir və buna görə də budur.

Nüvə elektrik stansiyasına sahib bir elektrik reaktiv mühərriki çox aşağı sürətlənmə sürəti verir və bu da uzun bir səyahətə səbəb olur. Kosmos əsaslı lazerlə işləyən sürətləndirmə sistemləri və günəş yelkən sistemləri nüvə enerji sistemlərindən daha yüngüldür, lakin çevrilən enerjinin hissəsi (kosmik gəminin hərəkətinin kinetik enerjisinə) o qədər azdır ki, uzun sürətlənmə müddətləri də tələb olunur. Nerva termal nüvə mühərriki kimi yüksək itələyici nüvə mühərrikləri lazımi sürəti təmin edə bilər. Bununla belə, bu cür sistemlərlə əldə edilə bilən axın sürətləri 10 km / s sırasındadır, bu da tələb olunan son sürətə çatmaq üçün çox böyük bir kütlə nisbətinin tələb olunacağı deməkdir. Bütün bu sistemlərdə tələb olunan yanacaq miqdarı onları reallaşdırıla bilməz.

Müəlliflər, əvvəllər təsvir edilmiş bir elektron sürətləndiricisi ilə reaksiyanın başlaması ilə mikro partlayışlara əsaslanan birləşmə mühərrikini ulduzlara uçuş üçün uyğun bir itələmə sisteminin tətbiqinə ən yaxın olanı hesab edirlər. Lakin müəlliflərin qənaətləri danılmaz deyil. Buradakı məqam həm təklif olunan sxemin həyata keçirilmə imkanlarında, həm də rəqib sxemlərin mövcudluğundadır.

Ulduzlararası səyahətin mümkün olması üçün mühərriklərin xüsusiyyətlərində hansı bir sıçrayışın baş verdiyini daha aydın təsəvvür etmək üçün Cədvələ baxmaq kifayətdir. 3, Yerdən Günəş sisteminin ən uzaq planetinə - Plutona uçuşlarla əlaqəli məlumatları göstərir.

Cədvəl 3

Plutona uçuşlar

Bu vəzifə ulduzlara uçmaqdan daha asandır. Hər iki halda qət edilməli olan məsafələri müqayisə etmək kifayətdir. Plutona olan məsafə, təqribən 300.000 km / s sürətlə yayılan günəş işığı 5 saat, ən yaxın ulduzlara (? Centauri) qədər isə 4.3 ildə çəkir. Bununla birlikdə, Plutona birbaşa (yəni narahatlıq manevrləri istifadə etmədən) uçuşlar, yalnız mühərriklərin parametrləri varsa, icrası termonükleer mühərriklərin yaradılması ilə əlaqəlidirsə, məqbul bir vaxtda edilə bilər. Bu işi yerinə yetirmək üçün qaz fazalı nüvə mühərriklərinin xüsusiyyətləri belə kifayət deyil.

Əslində, yalnız termonükleer mühərriklər kimi mühərriklərin meydana çıxması ilə bütün günəş sistemi daxilində insan uçuşlarına ciddi şəkildə qoşulmaq mümkün olacaqdır. Bu vaxt az və ya çox mənimsənilmiş yalnız insanlı orbital uçuşlar təmin edən itici vasitə hesab etmək mümkündür. Bu səbəbdən astronavtika tərəfindən əldə edilmiş bütün böyük uğurlara baxmayaraq, kosmik itələmə texnologiyasında inqilabın (və bəlkə də birdən çoxunun) insan uzaqlaşması üçün əvvəlcə uzaq planetlərə, sonra da Günəş sisteminin xaricinə çıxması tələb olunacaq. bir reallıq.

Qapağın 4-cü səhifəsi

Qeydlər (redaktə edin)

1

Qeyd edək ki, insan tərəfindən Aya çatma proqramı artıq 24 milyard dollara başa gəldi.Mars ekspedisiya proqramının dəyəri 70-80 milyard dollar olaraq qiymətləndirilir.

2

Əlbətdə ki, Ayda roketel yanacaq ehtiyatları olsaydı, boş tankların yanacaqla doldurulması faydalı yükdə daha da böyük bir qazanc əldə edərdi. Ancaq belə bir yanacaq doldurma, təyyarədəki enerji ehtiyatındakı artıma bərabərdir və bu səbəbdən optimal sona çatma nisbəti ilə əlaqədar yuxarıdakı mülahizələr tətbiq edilməyəcəkdir.

3

Roket texnologiyasında, mühərrikləri xarakterizə etmək üçün, egzoz sürəti əvəzinə, tez-tez başqa bir ekvivalent konsepsiya - çəki sürətinə bölünən işlənmə sürətinə (9.81 m / s 2) bərabər olan xüsusi itələmə (xüsusi impuls) istifadə edirlər, və buna görə saniyə ilə ölçülür. Xüsusi itələmə, 1 saniyədə 1 kq kütləsi olan işləyən bir mühitin istehlakı nəticəsində yaradılan itkiyə uyğundur. Bundan sonra axın sürəti ilə yanaşı bu konsepsiyadan da istifadə edəcəyik. Bəzi işçi orqanlar üçün xüsusi itələyici dəyərlər cədvəldə verilmişdir. bir.

4

Aralıq məhlullar uranın əsas hissəsi qatı vəziyyətdə olduqda və bunun yalnız kiçik bir hissəsi qaz fazasında olduqda mümkündür. Ancaq sonra işləyən mayenin yüksək temperaturunu əldə etmək çətindir, çünki enerjinin böyük hissəsi nisbətən aşağı bir temperaturda sərbəst buraxılacaqdır.

5

Təyyarə VRM-lərində itələyin sürətdən asılılığı əslində daha mürəkkəbdir. Başlanğıcda, istilik dövrünün səmərəliliyinin artması səbəbindən böyüyür, çünki sürət başının artması ilə sıxılma nisbəti artır. Lakin sürətin müəyyən bir dəyərindən başlayaraq daha aşağı olur.

Bu məqaləyə elmi fantastika müəlliflərinin cəsarətli fikirlər irəli sürdükləri və sonra alimlərin onları gerçəkləşdirdikləri barədə ənənəvi bir hissə ilə başlaya bilərik. Bilirsiniz, amma möhürlə yazmaq istəmirsiniz. Xatırlamaq daha yaxşıdır ki, müasir roket mühərrikləri, bərk mühərrikli və maye, nisbətən uzun məsafələrə uçuşlar üçün qənaətbəxş olmayan xüsusiyyətlərdən daha çoxdur. Yükləri Yerin orbitinə salmağa, Aya bir şey çatdırmağa imkan verirlər, baxmayaraq ki, belə bir uçuş daha bahalıdır. Ancaq bu cür mühərriklərlə Marsa uçmaq artıq asan deyil. Onlara lazımi miqdarda yanacaq və oksidləşdirici maddə verin. Və bu cildlər qət edilməli olan məsafə ilə mütənasibdir.

Ənənəvi kimyəvi raket mühərriklərinə alternativ elektrik, plazma və nüvə mühərrikləridir. Bütün alternativ mühərriklərdən yalnız bir sistem mühərrik inkişaf mərhələsinə gəldi - nüvə (NRE). Sovet İttifaqında və ABŞ-da, keçən əsrin 50-ci illərində nüvə raket mühərriklərinin yaradılması üzərində iş başladı. Amerikalılar belə bir elektrik stansiyasının hər iki versiyası üzərində işləyirdilər: reaktiv və impuls. Birinci konsepsiya, işləyən mayenin nüvə reaktoru ilə istiləşməsini, sonra da nozzle vasitəsilə atılmasını nəzərdə tutur. Darbeli NRE, öz növbəsində, az miqdarda nüvə yanacağının ardıcıl partlaması ilə kosmik gəmini hərəkətə gətirir.

Ayrıca ABŞ-da, NRM'nin hər iki versiyasını birləşdirən Orion layihəsi icad edildi. Bu belə edildi: TNT ekvivalentində təxminən 100 ton tutumlu kiçik nüvə yükləri gəminin quyruğundan atıldı. Onlardan sonra metal disklər atəşə tutuldu. Gəmidən bir qədər məsafədə şarj işə salındı, disk buxarlandı və maddə müxtəlif istiqamətlərə səpələndi. Bir hissəsi gəminin möhkəmləndirilmiş quyruğuna düşdü və irəlilədi. İtmə hissəsində kiçik bir artım zərbələri alaraq plitənin buxarlanması ilə təmin edilməli idi. Belə bir uçuşun vahid dəyərinin, o dövrdə faydalı yükün kiloqramı üçün yalnız 150 dollar olması lazım idi.

Hətta sınaq nöqtəsinə gəldi: təcrübə göstərir ki, ardıcıl impulsların köməyi ilə hərəkət etmək və kifayət qədər gücə malik bir yem plitəsi yaratmaq mümkündür. Ancaq Orion layihəsi 1965-ci ildə perspektivsiz olaraq bağlanıldı. Buna baxmayaraq, bu, ekspedisiyaların ən azı Günəş sistemində həyata keçirilməsinə icazə verə biləcək yeganə mövcud konsepsiya.

Bir prototip qurulana qədər yalnız bir reaktiv NRE əldə etmək mümkün idi. Bunlar Sovet RD-0410 və Amerikalı NERVA idi. Eyni prinsip üzərində işləyirdilər: "şərti" bir nüvə reaktorunda, işləyən maye ısınır, bu da burunlardan atıldıqda itələyir. Hər iki mühərrikin işləyən mayesi maye hidrogen idi, lakin Sovet İttifaqında bir heptan köməkçi maddə kimi istifadə edildi.

RD-0410-un itələməsi 3,5 ton idi, NERVA, demək olar ki, 34 verdi, lakin eyni zamanda böyük ölçülərə sahib idi: Sovet mühərriki üçün uzunluğu 43,7 metr və diametri 3,5 və 1,6 metr olan 10,5 diametri. Eyni zamanda, Amerika mühərriki resurs baxımından Sovet mühərrikindən üç dəfə aşağı idi - RD-0410 bütün bir saat işləyə bilər.

Bununla birlikdə, hər iki mühərrik də vədlərinə baxmayaraq, Yer üzündə qaldı və heç bir yerə uçmadı. Hər iki layihənin bağlanmasının əsas səbəbi (70-ci illərin ortalarında NERVA, 1985-ci ildə RD-0410) puldur. Kimyəvi mühərriklərin xüsusiyyətləri nüvə mühərriklərindən daha pisdir, lakin eyni yüklü nüvə mühərrikli roket mühərriki olan bir gəminin buraxılışı qiyməti eyni Soyuzun maye ilə atılmasından 8-12 dəfə çox ola bilər - bitki mühərriki. Və bu, nüvə mühərriklərini praktik istifadə üçün yararlı vəziyyətə gətirmək üçün lazım olan bütün xərcləri nəzərə almadan.

"Ucuz" servislərin istismardan çıxarılması və kosmik texnologiyada son dövrlərdə inqilabi uğurların olmaması yeni həllər tələb edir. Bu ilin aprelində Roskosmosun o zamankı rəhbəri A.Perminov tamamilə yeni bir nüvə raket mühərriki hazırlayıb istismara vermək niyyətində olduğunu bildirdi. Roskosmosun fikrincə, bu, bütün dünya kosmonavtikasında "vəziyyəti" kökündən yaxşılaşdırmalıdır. İndi kosmonavtikanın növbəti inqilabçılarının kim olacağı bəlli oldu: FSUE "Keldysh Center" nüvə reaktorunun inkişafı ilə məşğul olacaq. Müəssisənin baş direktoru A. Koroteev, artıq nüvə roketi mühərriki üçün kosmik gəminin ilkin dizaynının gələn il hazır olacağını ictimaiyyəti sevindirdi. Mühərrik layihəsi 2019-cu ilə qədər hazır olmalıdır və sınaqların 2025-ci ilə planlaşdırılması planlaşdırılır.

Kompleksə TEM - nəqliyyat və enerji modulu adı verildi. Qazla soyudulmuş nüvə reaktoru daşıyacaq. Doğrudan sürücülük birliyinə hələ qərar verilməyib: ya RD-0410 kimi bir reaktiv mühərrik, ya da bir elektrikli roket mühərriki (EPM). Bununla birlikdə, sonuncu tip hələ dünyanın heç bir yerində kütləvi şəkildə istifadə edilməmişdir: yalnız üç kosmik gəmi onlarla təchiz edilmişdir. Fəqət reaktorun təkcə motoru deyil, bir çox başqa qurğunu da təmin edə bilməsi və ya hətta bütün TEM-i kosmik elektrik stansiyası kimi istifadə edə bilməsi EJE-nin lehinə danışır.

Dünyada birincisi Rusiyada yığılmışdır
nüvə kosmik mühərriki

Nədənsə, 10 avqustun sensasiyalı xəbərləri Amerikanın Ferguson və Ukraynadakı hadisələr fonunda dünyaya və mediamıza təsirsiz ötüşdü.
Bu boşluğu doldurmağa çalışacağam və məqaləni olduğu kimi prinsipcə tamamilə düzəltməyə çalışacağam. Hər kəs belə bir hadisə haqqında bilməlidir və mən alimlərimizlə və ölkəmizlə fəxr edirəm.

Kosmik gəmilər üçün nüvə mühərriki

"Moskvaya yaxın Elektrostaldakı ASC Maşınqayırma Zavodunda mütəxəssislər kosmik nüvə elektrik itkisi sistemi (AES) üçün standart dizaynın ilk yanacaq elementini (TVEL) yığdılar. Bu barədə Dövlət Atom Enerjisinin mətbuat xidməti məlumat verdi "Rosatom" korporasiyası.Reaktor stansiyasının baş dizayneri ASC NIKIET-dir.

İşlər "Meqavat sinif nüvə stansiyası əsasında nəqliyyat və enerji modulunun yaradılması" layihəsi çərçivəsində aparılır. Lenta yazır ki, NIKIET-in direktoru və baş dizayneri Yuri Dragunovun sözlərinə görə, plana görə nüvə elektrik stansiyası 2018-ci ildə hazır olmalıdır.

Dragunov, "Reaktor stansiyası baxımından, Dövlət Atom Enerjisi Korporasiyasının Rosatom'un fəaliyyət dairəsi baxımından hər şey plana uyğun olaraq gedir" dedi. Nüvə elektrik stansiyasının uzun məsafəli kosmik uçuşlar və orbitdə uzunmüddətli istismar üçün istifadə edilməsi planlaşdırılır. Xüsusilə, bu qurğunun yaradılması, Mars ekspedisiyası üçün tələb olunan müddətin kəskin şəkildə azalmasına imkan verəcəkdir.

YEDS layihəsi 2009-cu ildə Rusiya Prezidenti yanında Rusiya İqtisadiyyatının Modernləşdirilməsi və Texnoloji İnkişafı Komissiyası tərəfindən təsdiq edilmişdir. Qaralama dizaynı 2012-ci ilə qədər tamamlandı

Bu gələcəyə sıçrayışdır. Bu mühərrik əvvəlcə Marsa enib geri dönməyimizə imkan verəcəkdir. Bu onsuz da 22-ci əsrdə bir sıçrayış, hamıdan ayrı bir şeydir. Bu gün Rusiya kosmik sənayedə hakim olmağa çalışır, yeni kosmodromlar və raketlər tikilir. İnşallah bir zamanlar keçmiş sovet kosmonavtikasının əzəmətini qaytara biləcəyik "

Artıq bu onilliyin sonunda, Rusiyada planetlərarası nüvə enerjisi ilə səyahət üçün bir kosmik vasitə yaradıla bilər. Və bu həm yaxın kosmosdakı, həm də Yerdəki vəziyyəti kəskin şəkildə dəyişdirəcəkdir.

YaEDU özü 2018-ci ildə uçuşa hazır olacaq. Bu, Keldysh Mərkəzinin direktoru, akademik Anatoliy Koroteev tərəfindən açıqlandı. “2018-ci ildə uçuş dizaynı sınaqları üçün ilk nümunəni (meqavat gücündə bir nüvə stansiyasının. - Təxminən." Ekspert Onlayn ") hazırlamalıyıq. Uçsa da, uçmasa da, başqa məsələ, növbə ola bilər, ancaq uçuşa hazır olmalıdır "dedi RİA Novosti. Bu o deməkdir ki, kosmik tədqiqat sahəsindəki ən iddialı Sovet-Rusiya layihələrindən biri dərhal praktiki həyata keçirilmə mərhələsinə qədəm qoyur.

2010-cu ildə Rusiya Prezidenti və indi Baş nazir Dmitri Medvedev, bu on ilin sonuna qədər ölkəmizdə meqavat səviyyəli nüvə elektrik stansiyasına əsaslanan bir kosmik nəqliyyat və enerji modulu yaratmağı əmr etdilər. Bu layihənin 2018-ci ilədək inkişafı üçün federal büdcədən, Roscosmos və Rosatom-dan 17 milyard rubl ayrılması planlaşdırılır. Bu məbləğin 7,2 milyardı Rosatom dövlət korporasiyasına reaktor qurğusunun yaradılması üçün (bu, Dollejal Tədqiqat və Enerji Mühəndisliyi Layihə İnstitutunun məsuliyyətidir), 4 milyard nüvə enerjisi yaradılması üçün Keldysh Mərkəzinə ayrılmışdır. bitki. RSC Energia bir nəqliyyat və enerji modulu, yəni başqa sözlə bir roket gəmisi yaratmaq üçün 5.8 milyard rubl niyyətindədir.

Bu inkişafların Rusiya üçün praktik istifadəsi nədir? Bu fayda, dövlətin 2018-ci ilədək 1 MVt gücündə nüvə mühərrikli nəqliyyat vasitəsinin yaradılmasına sərf etmək istədiyi 17 milyard rubldan çoxdur. Birincisi, bu, ölkəmizin və ümumiyyətlə bəşəriyyətin imkanlarının dramatik şəkildə genişləndirilməsidir. Nüvə ilə işləyən bir kosmik gəmi, insanların Marsa və digər planetlərə səyahət etmələri üçün real imkanlar təmin edir.

İkincisi, bu cür gəmilər yer üzündə fəaliyyətləri kəskin şəkildə gücləndirməyə və Ayın müstəmləkəçiliyinin başlanması üçün real bir fürsət yaratmağa imkan verir (Yerin peykində nüvə elektrik stansiyalarının inşası üçün artıq layihələr var). “Nüvə mühərrik sistemlərinin istifadəsi ionlu mühərriklər və ya günəş külək enerjisi istifadə edərək digər qurğularda uça bilən kiçik kosmik aparatlar üçün deyil, böyük insanlı sistemlər üçün düşünülür. Nüvə elektrik stansiyasını ion itələyicilərlə bir interorbital təkrar istifadə edilə bilən yedəkdə istifadə etmək mümkündür. Məsələn, aşağı və yüksək orbitlər arasında yük daşımaq, asteroidlərə uçuşlar həyata keçirmək. Yenidən istifadə edilə bilən bir ay dartması yarada və ya Marsa ekspedisiya göndərə bilərsiniz ”deyə professor Oleq Qorşkov bildirir. Bu cür gəmilər kosmik tədqiqatın iqtisadiyyatını kəskin şəkildə dəyişdirir. RSC Energia mütəxəssislərinin hesablamalarına görə, nüvə ilə işləyən bir raket maşını, maye itələyici roket mühərrikləri ilə müqayisədə dövriyyəli bir orbitdə faydalı yükün buraxılması xərclərinin iki dəfədən çox endirilməsini təmin edir. Üçüncüsü, bunlar bu layihənin icrası zamanı yaradılacaq və sonra digər sahələrə - metallurgiya, maşınqayırma və s. Tətbiq ediləcək yeni materiallar və texnologiyalardır. Yəni bu, həm Rusiya, həm də dünya iqtisadiyyatını gerçəkləşdirə biləcək belə bir irəliləyiş layihələrindən biridir.