Atommotorer til rumskibe. Detonationsmotor - fremtiden for russisk motorbygning

Menneskeheden har altid stræbt efter stjernerne, men kun i det 20. århundrede med udviklingen af \u200b\u200bvidenskab og teknologi var det i stand til at nå et luftfrit rum. Det er vanskeligt at overvinde tyngdekraften, og for at nå målet var det nødvendigt at opfinde noget særligt. Raketmotorer blev brugt som sådan et transportmiddel. Og hvis vi overvejer hvad der er nu, og hvad der kan vises i den nærmeste fremtid, hvilke udsigter til dybt rum har menneskeheden?

Hvad er en raketmotor, og hvilke typer er der?

En raketmotor forstås som en mekanisme, hvor arbejdsfluidet og energikilden til drift er placeret i selve køretøjet. Det er det eneste middel til at starte nyttelast i Jordens bane og kan også fungere i luftfrit rum. Hovedindsatsen er at konvertere brændstofets potentielle energi til kinetisk energi, som bruges i form af en jetstrøm. Baseret på typen af \u200b\u200benergikilde skelnes der mellem kemiske, nukleare og elektriske raketmotorer.

Begrebet specifik impuls (eller fremdrift) bruges som et kendetegn ved effektivitet: forholdet mellem momentum og arbejdsforbrugets masseforbrug. Beregnet i m / s. Men selvom raketmotorer har et betydeligt momentum, betyder det ikke, at de bruges. Du lærer, hvorfor dette sker ved at læse om nukleare og elektriske mekanismer.

Kemisk raketmotor

De er baseret på en kemisk reaktion, hvor brændstof og et oxidationsmiddel trænger ind. Under reaktionen opvarmes forbrændingsprodukterne til betydelige temperaturer, mens de ekspanderer og accelererer i dyserne for derefter at forlade motoren. Varmen genereret af en sådan motor bruges til at udvide arbejdsfluidet, som har en gasform. Der er to typer af denne type mekanisme.

Motorer med fast drivmiddel er enkle i design, billige at fremstille og kræver ikke betydelige omkostninger til opbevaring og klargøring. Dette bestemmer deres pålidelighed og ønskelighed i brug. Men på samme tid har denne type en betydelig ulempe - meget højt brændstofforbrug. Den består også af en blanding af brændstof og oxidator. Mere effektiv, men samtidig kompleks er en raketmotor med flydende drivmiddel. I den er brændstoffet og oxidationsmidlet i forskellige tanke og måles ind i dysen. En vigtig fordel er, at det er muligt at regulere foderniveauet og dermed rumfartøjets hastighed. På trods af at sådanne raketmotorer har en lav specifik impuls, udvikler de stærk fremdrift. En sådan egenskab ved dem har ført til, at de nu udelukkende bruges i praksis.

Nuklear raketmotor

Dette er en af \u200b\u200bde sandsynlige analoger til moderne bevægelsessystemer. I en nuklear raketmotor opvarmes arbejdsfluidet med den energi, der frigives under radioaktivt henfald eller termonuklear fusion. Sådanne mekanismer gør det muligt at opnå en signifikant specifik impuls. Og deres samlede kraft kan sammenlignes med kemiske motorers. Men hvor mange typer nukleare energimekanismer er der? I alt 3:

1. Radioisotop.
2. Atomisk.
3. Termonuklear.

Brugen af \u200b\u200bnukleare raketmotorer i Jordens atmosfære er ret problematisk på grund af strålingsforurening. En mulig løsning på dette problem ville være gasfasetypen.

Elektrisk raketmotor

Denne type har det største potentiale for udvikling og anvendelse i fremtiden. Elektriske raketmotorer er lovende. Så deres specifikke impuls kan nå værdier på 210 km / s. Der er 3 typer motorer:

1. Elektrotermisk.
2. Elektrostatisk (f.eks. Ionraketmotor).
3. Elektromagnetisk.

En funktion (hvor vi kan sige, at det både er en fordel og en ulempe) er, at der med en stigning i den specifikke impuls er behov for mindre brændstof, men mere energi. Fra dette synspunkt har en ion-raketmotor, der kører på gas, en god chance. I øjeblikket bruges det i praksis til at korrigere banen for orbitale stationer og satellitter. De begrænsede kilder til elektricitet i det ydre rum samt problemer med ydeevnen i en højde på over 100 kilometer forhindrer hidtil deres udbredte anvendelse. Plasmaraketmotorer har et stort potentiale for anvendelse, hvor arbejdsfluidet har en plasmatilstand, men indtil videre kun i det eksperimentelle stadium.

Moderne raketmotorer gør et godt stykke arbejde med at sætte teknologi i kredsløb, men de er helt uegnede til lang rumrejse. Derfor har forskere i mere end et dusin år arbejdet med oprettelsen af \u200b\u200balternative rummotorer, der kunne accelerere skibe til rekordhastigheder. Lad os se på syv hovedideer fra dette område.

EmDrive

For at bevæge dig skal du skubbe fra noget - denne regel betragtes som en af \u200b\u200bde urokkelige søjler inden for fysik og astronautik. Det er ikke så vigtigt, hvad der nøjagtigt skal starte fra - fra jord, vand, luft eller en gasstråle, som i tilfældet med raketmotorer.

Et velkendt tankeeksperiment: forestil dig, at en astronaut gik ud i det ydre rum, men kablet, der forbinder ham med rumfartøjet, brækkede pludselig, og personen begynder langsomt at flyve væk. Alt, hvad han har, er en værktøjskasse. Hvad er hans handlinger? Korrekt svar: han skal kaste værktøj væk fra skibet. I henhold til loven om bevarelse af momentum vil en person blive kastet væk fra instrumentet med nøjagtig samme kraft som instrumentet fra en person, så han bevæger sig gradvist mod skibet. Dette er jetkraft - den eneste mulige måde at bevæge sig i tomt rum. Sandt nok har EmDrive, som eksperimenter viser, nogle chancer for at tilbagevise denne urokkelige udsagn.

Skaberen af \u200b\u200bdenne motor er den britiske ingeniør Roger Shaer, der grundlagde sit eget firma Satellite Propulsion Research i 2001. Designet af EmDrive er ret ekstravagant og er en metalskovl i form, forseglet i begge ender. Inde i denne spand er en magnetron, der udsender elektromagnetiske bølger - det samme som i en konventionel mikrobølgeovn. Og det viser sig at være nok til at skabe et meget lille, men ret mærkbart tryk.

Forfatteren forklarer selv driften af \u200b\u200bsin motor gennem forskellen i tryk på elektromagnetisk stråling i forskellige ender af "skovlen" - i den smalle ende er den mindre end i den brede. Dette skaber et tryk rettet mod den smalle ende. Muligheden for en sådan motordrift er blevet udfordret mere end én gang, men i alle eksperimenter viser Shaer-installationen tilstedeværelsen af \u200b\u200bstød i den tilsigtede retning.

Eksperimenter, der har prøvet Shaers spand, inkluderer organisationer som NASA, det tekniske universitet i Dresden og det kinesiske videnskabsakademi. Opfindelsen blev testet under en række betingelser, herunder i et vakuum, hvor den viste tilstedeværelsen af \u200b\u200bet tryk på 20 mikronewt.

Dette er meget lidt i forhold til kemiske jetmotorer. Men i betragtning af det faktum, at Shaer-motoren kan arbejde så længe du vil, da den ikke har brug for forsyning med brændstof (solbatterier kan give magnetronen til at fungere), er den potentielt i stand til at accelerere rumfartøjer til enorme hastigheder målt som en procentdel af lysets hastighed.

For fuldt ud at bevise motorens ydeevne er det nødvendigt at udføre mange flere målinger og slippe af med bivirkninger, der kan genereres, for eksempel af eksterne magnetiske felter. Imidlertid er der allerede fremsat alternative mulige forklaringer på Shaer-motorens unormale tryk, hvilket generelt er i strid med de sædvanlige fysiske love.

For eksempel fremsættes versioner, som motoren kan skabe fremdrift på grund af dens interaktion med et fysisk vakuum, som på kvanteniveau har energi uden nul og er fyldt med konstant nye og forsvindende virtuelle elementære partikler. Hvem vil have ret i sidste ende - forfatterne af denne teori, Shaer selv eller andre skeptikere - finder vi ud af i den nærmeste fremtid.

Solsejl

Som nævnt ovenfor udøver elektromagnetisk stråling tryk. Dette betyder, at det i teorien kan omdannes til bevægelse - for eksempel ved hjælp af et sejl. Ligesom skibe fra de sidste århundreder fangede vind i deres sejl, ville et fremtidens rumfartøj fange sollys eller ethvert andet stjernelys i deres sejl.

Problemet er imidlertid, at lystrykket er ekstremt lille og falder med stigende afstand fra kilden. Derfor skal et sådant sejl være meget let og meget stort for at være effektivt. Og dette øger risikoen for ødelæggelse af hele strukturen, når den støder på en asteroide eller anden genstand.

Forsøg på at bygge og lancere solsejlskibe i rummet har allerede fundet sted - i 1993 testede Rusland et solsejl på Progress-rumfartøjet, og i 2010 gennemførte Japan vellykkede tests på vej til Venus. Men intet skib har nogensinde brugt sejlet som dets primære kilde til acceleration. Et andet projekt, et elektrisk sejl, ser noget mere lovende ud i denne henseende.

Elektrisk sejl

Solen udsender ikke kun fotoner, men også elektrisk ladede partikler af stof: elektroner, protoner og ioner. Alle danner den såkaldte solvind, der bærer omkring en million ton stof væk fra solens overflade hvert sekund.

Solvinden spreder sig over milliarder af kilometer og er ansvarlig for nogle af de naturlige fænomener på vores planet: geomagnetiske storme og nordlyset. Jorden er beskyttet mod solvinden med sit eget magnetfelt.

Solvinden er ligesom luftvinden meget velegnet til rejser, du skal bare få den til at blæse i sejlene. Det elektriske sejlprojekt, oprettet i 2006 af den finske videnskabsmand Pekka Janhunen, har udad meget lidt til fælles med solprojektet. Denne motor består af flere lange, tynde kabler svarende til egerne på et hjul uden fælge.

Takket være elektronkanonen, der udstråler mod kørselsretningen, får disse kabler et positivt ladet potentiale. Da massen af \u200b\u200ben elektron er ca. 1800 gange mindre end massen af \u200b\u200ben proton, vil fremdrivning skabt af elektroner ikke spille en grundlæggende rolle. Solvindens elektroner er ikke vigtige for et sådant sejl. Men positivt ladede partikler - protoner og alfa-stråling - vil blive frastødt fra rebene og derved skabe jetkraft.

Selvom denne fremdrift vil være omkring 200 gange mindre end et solsejl, er Den Europæiske Rumorganisation interesseret. Faktum er, at et elektrisk sejl er meget lettere at designe, fremstille, implementere og operere i rummet. Derudover, ved hjælp af tyngdekraften, giver sejlet dig også mulighed for at rejse til kilden til stjernevinden og ikke bare væk fra den. Og da overfladen på et sådant sejl er meget mindre end et solsejl, er det meget mindre sårbart over for asteroider og rumaffald. Måske vil vi se de første eksperimentelle skibe på et elektrisk sejl i de næste par år.

Ion motor

Strømmen af \u200b\u200bladede partikler af stof, det vil sige ioner, udsendes ikke kun af stjerner. Ioniseret gas kan også dannes kunstigt. Normalt er gaspartikler elektrisk neutrale, men når dets atomer eller molekyler mister elektroner, bliver de til ioner. I sin samlede masse har en sådan gas stadig ikke en elektrisk ladning, men dens individuelle partikler bliver ladet, hvilket betyder, at de kan bevæge sig i et magnetfelt.

I en ionmotor ioniseres en inaktiv gas (normalt xenon) af en strøm af højenergielektroner. De banker elektroner ud af atomer, og de får en positiv ladning. Desuden accelereres de resulterende ioner i et elektrostatisk felt op til hastigheder i størrelsesordenen 200 km / s, hvilket er 50 gange højere end gasudstrømningshastigheden fra kemiske jetmotorer. Ikke desto mindre har moderne ionpropeller en meget lille fremdrift - omkring 50-100 millinewtons. En sådan motor ville ikke engang være i stand til at bevæge sig væk fra bordet. Men han har et seriøst plus.

En stor specifik impuls kan reducere brændstofforbruget i motoren markant. Energi opnået fra solbatterier bruges til at ionisere gas, så ionmotoren kan arbejde i meget lang tid - op til tre år uden afbrydelse. I en sådan periode vil han have tid til at accelerere rumfartøjet til hastigheder, som kemiske motorer aldrig har drømt om.

Ionmotorer har gentagne gange pløjet solsystemets enorme størrelse som en del af forskellige missioner, men normalt som hjælpestyring og ikke som hovedmotor. I dag diskuteres plasmamotorer i stigende grad som et muligt alternativ til ionmotorer.

Plasmamotor

Hvis graden af \u200b\u200bionisering af atomer bliver høj (ca. 99%), kaldes en sådan samlet tilstand af stof plasma. Plasma-tilstand kan kun opnås ved høje temperaturer, derfor opvarmes ioniseret gas op til flere millioner grader i plasmamotorer. Opvarmning udføres ved hjælp af en ekstern energikilde - solpaneler eller mere realistisk en lille atomreaktor.

Det varme plasma skubbes derefter ud gennem raketdysen, hvilket skaber trykkraft ti gange større end den for en ionpropel. Et eksempel på en plasmamotor er VASIMR-projektet, som har udviklet sig siden 70'erne i det sidste århundrede. I modsætning til ionpropellerne er plasmaproductorer endnu ikke testet i rummet, men der er knyttet store forhåbninger til dem. Det er VASIMR-plasmamotoren, der er en af \u200b\u200bhovedkandidaterne til bemandede flyvninger til Mars.

Fusionsmotor

Folk har forsøgt at temme energien ved termonuklear fusion siden midten af \u200b\u200bdet tyvende århundrede, men hidtil har de ikke været i stand til at gøre dette. Ikke desto mindre er kontrolleret termonuklear fusion stadig meget attraktiv, fordi den er en kilde til enorm energi opnået fra meget billigt brændstof - isotoper af helium og brint.

I øjeblikket er der flere projekter til design af en jetmotor på energien af \u200b\u200btermonuklear fusion. Den mest lovende af dem anses for at være en model baseret på en reaktor med magnetisk plasmakælding. En termonuklear reaktor i en sådan motor vil være et trykfri cylindrisk kammer, der er 100-300 meter langt og 1-3 meter i diameter. Kammeret skal forsynes med brændstof i form af et højtemperaturplasma, der ved tilstrækkeligt tryk indgår i en nuklear fusionsreaktion. Spolerne i det magnetiske system, der er placeret omkring kammeret, skal forhindre, at dette plasma kommer i kontakt med udstyret.

Den termonukleare reaktionszone er placeret langs aksen af \u200b\u200ben sådan cylinder. Ved hjælp af magnetfelter strømmer ekstremt varmt plasma gennem reaktordysen, hvilket skaber en enorm skub, mange gange større end den for kemiske motorer.

Antimateriale motor

Hele sagen omkring os består af fermioner - elementære partikler med halvtalt spin. Disse er for eksempel kvarker, der udgør protoner og neutroner i atomkerner såvel som elektroner. Desuden har hver fermion sin egen antipartikel. For en elektron er dette en positron, for en kvark - en antikvark.

Antipartikler har samme masse og samme spin som deres sædvanlige "kammerater", der adskiller sig i tegn på alle andre kvanteparametre. I teorien er antipartikler i stand til at udgøre antimateriale, men indtil videre er antimateriale ikke blevet registreret nogen steder i universet. For grundlæggende videnskab er det store spørgsmål, hvorfor det ikke eksisterer.

Men under laboratorieforhold kan du få noget antimateriale. For eksempel blev der for nylig udført et eksperiment, der sammenlignede egenskaberne af protoner og antiprotoner, der blev opbevaret i en magnetisk fælde.

Når antimateriale og almindeligt stof mødes, opstår der en proces med gensidig udslettelse ledsaget af en burst af kolossal energi. Så hvis vi tager et kilo stof og antimateriale, så vil mængden af \u200b\u200benergi, der frigives, når de mødes, være sammenlignelig med eksplosionen af \u200b\u200b"Tsarbomben" - den mest magtfulde brintbombe i menneskehedens historie.

Desuden frigives en væsentlig del af energien i form af fotoner af elektromagnetisk stråling. Følgelig er der et ønske om at bruge denne energi til rumrejser ved at skabe en fotonmotor svarende til et solsejl, kun i dette tilfælde genereres lyset af en intern kilde.

Men for effektivt at bruge stråling i en jetmotor er det nødvendigt at løse problemet med at skabe et "spejl", der ville være i stand til at reflektere disse fotoner. Når alt kommer til alt, skal skibet på en eller anden måde skubbe af for at skabe fremdrift.

Intet moderne materiale kan simpelthen ikke modstå den stråling, der opstår i tilfælde af en sådan eksplosion, og vil straks fordampe. I deres science fiction-romaner løste brødrene Strugatsky dette problem ved at skabe en "absolut reflektor". I det virkelige liv er der endnu ikke gjort noget lignende. Denne opgave såvel som spørgsmålene om at skabe en stor mængde antimateriale og dens langsigtede opbevaring er et spørgsmål for fremtidens fysik.

INTRODUKTION

To og et halvt årti adskiller os fra 4. oktober 1957, som var bestemt til at opdele menneskehedens historie i to epoker: præ-kosmisk og kosmisk. I løbet af denne tid blev en generation født og voksede op, som ikke erhvervede den primære viden om rummet ikke fra romanen af \u200b\u200bJules Verne, men fra de næsten daglige beskeder fra telegrafbureauer, tv-rapporter og nyhedsruller. Hundredtusinder af mennesker i laboratorier, forskningscentre, designbureauer, fabrikker og fabrikker er "engageret" i rummet i dag i en eller anden grad. Det er længe ophørt med at være en sensation, men det er blevet meget nødvendigt. Bemandede køretøjer, rumkommunikation, meteorologiske satellitter og navigationssystemer definerer i vid udstrækning vor tids ansigt.

Samtidig er det ikke for ingenting, at vejene i rummet kaldes stejle. Ikke alt sker på dem, som vi gerne vil. I løbet af de sidste to og et halvt årtier har ideer om de prioriterede opgaver i forbindelse med rumforskning ændret sig radikalt. Næsten åbenlyst ikke kun for amatører, science fiction-forfattere, men også for specialister, den "vigtigste" udviklingslinje for kosmonautik "Månen - Mars - længere overalt" har ændret sig betydeligt under hensyntagen til samfundets behov og muligheder. En række projekter, som for eksempel en bemandet flyvning til Mars, befandt sig på randen af \u200b\u200bteknisk gennemførlig på det nuværende niveau for udvikling af rumteknologi og på samme tid ud over de økonomisk gennemførlige omkostninger til disse formål.

Selve afvisningen af \u200b\u200bat følge den "vigtigste" rute viser, at rummet og rumindustrien er blevet en meget vigtig ikke kun følelsesmæssig og politisk, men også økonomisk faktor. En yderligere stigning i omkostningerne bliver kun berettiget, hvis investeringsafkastet kan forventes at dække en væsentlig del af investeringen. Kravet til økonomisk genindvinding af rumprogrammer på dette nye stadie bestemmer i vid udstrækning udviklingen af \u200b\u200bkosmonautik som helhed.

I denne brochure forsøger man at forestille sig de mulige måder at udvikle morgendagens rumfremdrivningssystemer på. Naturligvis er der i en så kompleks og vanskelig sag som oprettelsen af \u200b\u200brumfartøjer altid mange muligheder for at løse det samme problem. Derudover vokser arsenalet med tekniske ideer og muligheder konstant, og mange af de nye kan være bedre på en eller anden måde end dem, der er kendt i dag. Derfor kan de læsere, der gerne vil have et klart svar på spørgsmålet om, hvilken slags motorer rumfartøjet vil være udstyret med f.eks. Om 30-50 år, blive skuffede. Brochuren indeholder ikke et entydigt svar på dette spørgsmål, og det er næppe muligt overhovedet. Den undersøger en række traditionelle og nye ideer og projekter inden for rummotorer, deres evner og overholdelse af de opgaver, der ifølge nutidens synspunkter vil blive de mest relevante i en ikke særlig fjern fremtid.

Fra perspektiverne for fremdrift i rummet kan hovedretningerne for udvikling af rumteknologi betinget opdeles i fire grupper.

1. Organisering af store laststrømme (titusinder og hundreder af tusinder tons om året) fra jordens overflade til lave baner. I øjeblikket er disse godstrømme ca. 10 gange mindre. En betydelig stigning i godstrafik er nødvendig både for at løse fundamentalt nye problemer (især for at skabe rumteknologiske produktionsfaciliteter og energisystemer) og for at sikre fortsættelse af forskningen i det dybe rum.

2. Transport af voluminøs last fra lave baner til høje baner og omvendt, transport af lignende gods fra jordbane til Månen. For de fleste opgaver er lanceringen af \u200b\u200brumfartøjet i referencebanen et mellemliggende trin. Kommunikationssatellitter, de førnævnte elsystemer og mange andre rumfartøjer skal placeres i høje baner. Derfor er der et stigende behov for økonomiske midler til mellemorbitale flyvninger.

3. Hurtige interplanetariske flyvninger.

4. Oprettelse af rumfartøjer til flyvninger uden for solsystemet og lancering af rumfartøjer til de nærmeste stjerner.

Af hensyn til systematiseringen er de rummotorer, der betragtes i brochuren, traditionelt opdelt i tre grupper: 1) autonome, kendetegnet ved, at energikilden og arbejdsfluidet er om bord; 2) fremdrivningssystemer med eksterne energikilder og 3) fremdrivningssystemer, der bruger eksterne massekilder som arbejdsmedium.

Den første gruppe inkluderer flydende og andre kemiske raketmotorer, nukleare og termonukleare motorer, den anden rummotor, der bruger energien fra lasere eller mikrobølgeneratorer placeret uden for rumfartøjet til at fremskynde arbejdsfluidet samt motorer, der bruger energien fra Sol i en eller anden form ... Endelig inkluderer den tredje gruppe motorer, hvor atmosfæren, det interplanetære medium, klipper af planeter og asteroider bruges som arbejdsfluid.

AUTONOME MOTORSYSTEMER

Muligheder for autonome fremdrivningssystemer. En raketmotor har til opgave at konvertere en eller anden form for energi til raketens kinetiske energi. I overensstemmelse med det velkendte princip for jetfremdrivning kan denne transformation realiseres ved at kassere en hjælpemasse, det vil sige ved at overføre en bestemt hastighed til motorens arbejdsfluid. Således skal ethvert fremdrivningssystem omfatte en energikilde, en kilde med kasseret masse (motorens arbejdslegeme) og selve motoren - en enhed, hvor energien fra kilden omdannes til den kinetiske energi i det arbejdende legeme.

I nogle motordesigner kan energikilden og arbejdsfluidet kombineres. For eksempel frigøres energi i flydende-raketmotorer (LRE) på grund af den kemiske reaktion af komponenterne i arbejdsfluidet. Hvis energikilden og arbejdsfluidet er placeret ombord på raketten, kaldes sådanne fremdrivningssystemer autonome.

Det følger af loven om energibesparelse, at minimumsbestanden om bord på raketten skal være lig med summen af \u200b\u200bnyttelastens kinetiske energi og arbejdet med at overvinde tyngdekraften og luftmodstanden, når raketten startes fra Jordens overflade. For eksempel er omkostningerne ved udsendelse af en masse på 1 kg, når en kunstig satellit sendes i en bane med en højde på 300 km 4,5 · 10 7 J.

Da accelerationen af \u200b\u200benergikilden også kræver arbejdsomkostninger, er det ønskeligt at bruge sådanne kilder, der ville have den maksimale frigivelse af energi pr. Masseenhed. Energi kan lagres i en lang række forskellige former - mekanisk, elektrisk, magnetisk, kemisk, nuklear. Energikilder, der bruger kemiske og nukleare reaktioner, har de bedste egenskaber.

Specifikke energier for de reaktioner, der i øjeblikket er i brug, og lovende reaktioner er angivet i tabellen. en.

tabel 1

Parametre for energikilder til forskellige typer raketmotorer

Ud fra dette kan det konkluderes, at for at lancere en satellit på jorden med en masse på 1 kg i kredsløb, ser det ud til, at der frigøres nok energi under reaktionen af \u200b\u200ben ilt-hydrogen-blanding, der vejer 3,5 kg eller under fission af uran -235, der vejer 0,5 mg. Imidlertid er den komplette omdannelse af den energi, der er lagret om bord på raketten, til dens kinetiske energi i praksis umulig.

For det første skyldes dette, at effektiviteten ved omdannelse af lagret energi til kinetisk energi i arbejdsfluidet altid er mindre end 100%. En del af energien (i tilfælde af elektriske motorer, det meste af den) spredes ubrugeligt i rummet i form af termisk stråling, mens den anden føres væk i form af intern energi af den kasserede masse (varme, dissociationsenergi, etc.). Disse tab er kendetegnet ved fremdrivningssystemets effektivitet.

For det andet er den fulde anvendelse af den kasserede masses kinetiske energi kun mulig, hvis dens hastighed er modsat og lig med raketens hastighed, det vil sige, hvis denne masse efter at have forladt motoren forbliver stationær i forhold til startpunktet for raketten. Tab forårsaget af forskellen i de absolutte værdier af hastighederne for den kastede masse og raketten er kendetegnet ved den såkaldte trykeffektivitet.

I fig. 1 viser et diagram over energibalancen for forskellige raketmotorer. De omtrentlige værdier for de relative tab er angivet for den flydende motor samt for den elektriske motor (i parentes).

Fig. 1. Fremdrivningssystemets energibalance i LPRE og ERE (i parentes)

Arbejdet med raketmotoren til at fremskynde en raketens masseenhed har dimensionen af \u200b\u200bhastighedens kvadrat, derfor er det som et mål for dette arbejde praktisk at tage en bestemt karakteristisk hastighed - v x. Når man accelererer en raket i et tomrum i fravær af tyngdefelter, falder denne hastighed sammen med raketens egen hastighed. Derfor kan arbejdet med acceleration i motoren i arbejdsfluidet udtrykkes i form af dens hastighed - den såkaldte strømningshastighed v og.

Forholdet mellem disse hastigheder ved en konstant udstrømningshastighed er beskrevet af Tsiolkovsky-ligningen v x \u003d v og ln (1 + z), hvor z - Tsiolkovsky-nummer svarende til forholdet mellem massen af \u200b\u200barbejdsfluidet, der er lagret om bord på raketten, og massen af \u200b\u200bden "tomme" raket (inklusive massen af \u200b\u200bnyttelasten, motoren og strukturen).

Den karakteristiske hastighed udtrykkes normalt i form af de tilsvarende hastigheder på grund af energiforbruget, der kræves for at udføre en opgave. Disse er hastigheden for at forlade tiltrækningskuglen, kredsløbshastigheden og tilgangen til planeten, hvis det er målet for flyvningen. For at starte en kunstig jordsatellit er den karakteristiske hastighed for eksempel 9,5 km / s, for at komme ud af jordens tyngdekugle - 12,5, for interplanetariske flyvninger - 30-50 km / s.

Tsiolkovsky-nummeret er den vigtigste egenskab ved raketten: for en given masse af nyttelasten bestemmer den raketens startmasse, og derfor er dens lavest mulige værdi ønskelig. Det følger af Tsiolkovsky-ligningen, at for en given karakteristisk hastighed kan Tsiolkovsky-antallet kun reduceres ved at øge udstrømningshastigheden. Således er udløbsfrekvensen en af \u200b\u200bmotorens hovedegenskaber, og dens stigning er hovedopgaven med at forbedre raketmotorer.

Baseret på bestemmelsen af \u200b\u200budstrømningshastigheden for motorer med kombinerede energikilder og den kasserede masse, når arbejdsfluidet accelereres på grund af sin interne energi, kan udstrømningshastigheden let beregnes ved at ligne den kinetiske energi af den kasserede masse af dens interne energi ganget med motorens effektivitet. Bord 1 viser gennemstrømningshastigheder svarende til forskellige reaktioner med en motoreffektivitet lig med 100%.

I fig. 2 viser en graf over den karakteristiske hastighed kontra udstrømningshastigheden for forskellige Tsiolkovsky-tal. Fra en sammenligning af denne graf med dataene i tabel. 1 kan vi konkludere, at alle rumfartproblemer let kan løses ved hjælp af uran-235 som raketbrændstof, for ikke at nævne deuterium og tritium. For en karakteristisk hastighed på 50 km / s, der kræves for en flyvning til planeter, er Tsiolkovsky-tallet faktisk ved en udstrømningshastighed svarende til fissionsenergien i uran 5,5 · 10 -3. Selv med en motoreffektivitet på 1% vil forholdet mellem uranmasse og raketmasse kun være 0,056.

Imidlertid skal alle uranatomer reagere i motoren for at opnå designhastigheden. Da en selvbærende nuklear fissionsreaktion kræver en masse fissilt materiale, der ikke er mindre end den såkaldte kritiske masse (for uran, ca. 1 kg), frigives en enorm energi 10 13 J i motoren om gangen 10-6 s. Overgangen af \u200b\u200bendda en del af denne energi til raketens kinetiske energi på så kort tid svarer til ekstremt høje accelerationer og følgelig overbelastninger, som intet raketdesign er i stand til at modstå. Derudover har reaktionsprodukterne en temperatur på mere end 50 millioner K, og deres interaktion med motorens vægge vil føre til dens termiske ødelæggelse.

Fig. 2. Afhængighed af den karakteristiske hastighed af udstrømningshastigheden for forskellige Tsiolkovsky-tal

I tilfælde af en forsinket kontrolleret atomreaktion, der finder sted i atomreaktorer, mister fissionsfragmenter energi i kollisioner med ureagerede atomer, hvis koncentration er flere størrelsesordener højere, og generelt får alt fissilt stof en energi meget mindre end den nukleare reaktions specifikke energi. Det er urentabelt at bruge denne energi til at skabe selve det fissile stofs udstrømningshastighed, da for meget energi går tabt i form af intern energi fra ureagerede kerner, og derfor vil motorens effektivitet være uacceptabelt lav.

I forbindelse med disse begrænsninger involverer anvendelsen af \u200b\u200bnukleare reaktioner i raketmotorer primært overførsel af energi til en neutral masse, der er lagret om bord på raketten, dvs. energikilderne og den forventede masse er adskilt.

Det skal bemærkes følgende grundlæggende forskel i kravene til strømningshastighed for sådanne motorer og for motorer, hvor arbejdsfluidet samtidig er en energikilde. Flyvningsregimet med en konstant udstrømningshastighed, beskrevet af Tsiolkovsky-ligningen, er ikke gavnlig med hensyn til trykfald (trykeffektivitet er kun 100% på det punkt af banen, hvor udstrømningshastigheden er lig med rakethastigheden). Som følger af fig. 1 for en typisk LRE-motor (Constant Outflow Velocity) udgør de kinetiske energitab, der er knyttet til den kasserede masse, ca. halvdelen af \u200b\u200balle tabene.

Fra analysen af \u200b\u200brakets bevægelsesligninger følger det imidlertid, at for motorer, der bruger arbejdsfluidens indre energi som energikilde, ved den maksimale mulige udstødningshastighed for en given motor, er den mindsteværdi af Tsiolkovsky nummer sikres uanset værdien af \u200b\u200bden karakteristiske hastighed. På den anden side, i motorer med separate energikilder og projiceret masse, er accelerationsmetoden for raketter med en konstant udstødningshastighed ikke længere optimal, og en stigning i trykeffektivitet kan forbedre raketens egenskaber betydeligt. Udløbshastigheden i dette tilfælde skal øges i forhold til rakethastigheden.

De afhængigheder, der beskriver specifikke værdier for udstrømningshastigheden, er ret komplicerede, og vi vil ikke dvæle ved dem. Derudover er motorer med variabel udstødningshastighed vanskelige at implementere i praksis. Derfor tilrådes det at karakterisere motorer med adskilte energikilder og afvist masse med en bestemt gennemsnitlig udstødningshastighed. Den mindste energireserve om bord på raketten (karakteriseret for eksempel ved massen af \u200b\u200buran-235) opnås ved en udstrømningshastighed svarende til ca. 62% af den karakteristiske hastighed og Tsiolkovsky-tallet lig med 4. Og omvendt, hvis energireserven om bord og den karakteristiske hastighed er angivet, svarer den givne optimale værdi af udløbshastigheden til den maksimale mulige nyttelast af raketten.

Heraf følger, at udstrømningshastigheden i motorer med separate energikilder og projiceret masse ikke bør overstige den optimale værdi bestemt af et specifikt rumflyveproblem. Denne position er ikke i modstrid med ovenstående udsagn om ønsket om at øge udstødningshastigheden ved udvikling af nye motorer, da den optimale udstødningshastighed endnu ikke er opnået for de fleste problemer i de eksisterende motorkredsløb.

I nogle tilfælde er det fordelagtigt, selv for motorer, der bruger den interne energi i arbejdsfluidet, at reducere strømningshastigheden ved at tilføje passiv masse. For eksempel skal en raket med en flydende drivmotor, der forlader Månen, informere nyttelasten om en karakteristisk hastighed på ca. 2,5 km / s. Den optimale udstrømningshastighed for denne opgave er 1,6 km / s (0,62 v x). Den raketmotor med flydende drivmiddel har en signifikant højere udstrømningshastighed, og det viser sig derfor at være fordelagtigt at reducere den til den optimale ved at tilføje månestøv til arbejdsfluidet (helst de af dets komponenter, der fordamper ved motorens driftstemperatur) hvis raketten har tomme tanke, der blev frigivet under dens landing på månen ... Som et resultat af denne operation kan nyttelasten øges, afhængigt af typen af \u200b\u200braketbrændstof, med 20-50%.

Fig. 3. Klassificering af autonome motorer

En anden vigtig parameter, hvormed raketmotorer sammenlignes med hinanden, er tryk, det vil sige den kraft, der skabes af motoren til at accelerere raketterne. Stødmængden er lig med produktet af den anden strømningshastighed af den kasserede masse (motorens arbejdsvæske) ved strømningshastigheden. I henhold til denne parameter skelner de mellem højtryksmotorer, når kraften overstiger vægten af \u200b\u200braketten, og sidstnævnte kan starte fra jordens overflade, og lavtryksmotorer, der kun er egnet til udsendelse fra satellitbane.

Opdelingen i motorer med lavt tryk og højt tryk er direkte relateret til en anden parameter - motorens specifikke tyngdekraft, der er lig med forholdet mellem motorens vægt og det tryk, den udvikler. Naturligvis bør motorer med en specifik tyngdekraft større end en klassificeres som motorer med lavt tryk.

Lad os nu overveje lovende ordninger for autonome motorer samt måder til at forbedre eksisterende ordninger med henblik på at forbedre de betragtede parametre og primært gennemstrømningshastigheden. Lad os dog først bemærke, at der ifølge metoden til konvertering af energi til kinetisk energi af den projicerede masse kan skelnes mellem to hovedklasser af raketmotorer - termisk og elektrisk (figur 3). Derudover er der eksplosive motorer, foton og andre motorer.

Varmemotorer. Hovedmekanismen til omdannelse af energi i varmemotorer, som i alle varmemotorer (gasturbiner, forbrændingsmotorer), er udvidelsen af \u200b\u200bgas, der tidligere er komprimeret og opvarmet til en høj temperatur. Enheden, der udfører denne transformation, er en stråledyse (profileret kanal med variabelt tværsnit), gennem hvilken arbejdsfluidet strømmer ud i det ydre rum.

Udstrømningshastigheden ved dyseudløbet er direkte proportional med kvadratroden af \u200b\u200barbejdsfluidstemperaturen og omvendt proportional med dens molekylvægt. Dysens termodynamiske effektivitet som varme. Maskinens BATT bestemmes af forskellen i gastemperaturer ved indløbet og ved udløbet af dysen, som igen afhænger af den relative trykforskel, dvs. afhænger af graden af \u200b\u200bgasekspansion. Graden af \u200b\u200bgasudvidelse er begrænset af motorens størrelse og vægt, og i virkelige design overstiger den termodynamiske effektivitet derfor ikke 60-70%.

Der er således kun to muligheder for at forbedre egenskaberne ved termiske raketmotorer - at øge arbejdsfluidens temperatur og mindske dens molekylvægt.

Begrænsning af kemiske motorers kapacitet. I varmemotorer, der bruger energien fra kemiske reaktioner, der i dag er udbredt raketmotorer med flydende drivmiddel og raketmotorer med fast drivmiddel (raketmotorer med fast drivmiddel), dannes arbejdsfluidet som et resultat af reaktionen af \u200b\u200bet brændstof med en oxidator. Arbejdsvæskens temperatur bestemmes af reaktionsvarmen, og molekylvægten bestemmes af reaktionsprodukternes molekylvægt. Angivet i tabel. 1 giver kemiske reaktioner det optimale forhold mellem molekylvægt og temperatur med hensyn til opnåelse af den højeste strømningshastighed.

På nuværende tidspunkt har kemiske raketmotorer næsten nået grænsen for deres optimale ydeevne. De mest optimale reaktioner, der bruger ilt som oxidationsmiddel, har været mestret i lang tid: ilt-petroleum- og hydrogen-ilt-motorer har været brugt i rumteknologi i mange år. En vis ydelsesforbedring kan opnås ved anvendelse af fluorholdige oxidanter. Men da fluor er et kemisk meget aggressivt stof, retfærdiggør den relativt lille gevinst i specifik tryk, som kan retfærdiggøre brugen af \u200b\u200bdette kemiske element, næppe de operationelle ulemper.

Den mest radikale måde at forbedre kemiske motorers ydeevne på er ved brug af frie radikale rekombinationsreaktioner. En fri radikal er et elektrisk neutralt atom eller en gruppe af atomer med en ustabil tilstand af elektronskallen, der opnås som et resultat af dissociationen af \u200b\u200bmolekylære forbindelser. I reaktionen H2O -\u003e OH + H er hydroxylresten og atombrint for eksempel radikaler. Den højeste energi besidder reaktionen ved dannelsen af \u200b\u200bet brintmolekyle H + H -\u003e H2 (den specifikke energi ved denne reaktion svarer til en udstrømningshastighed på ca. 30 km / s).

På grund af den høje tendens for frie radikaler til at smelte ind i et stabilt molekyle er deres akkumulering og opbevaring kun mulig ved temperaturer tæt på 0 K, når hastighederne for kemiske reaktioner falder kraftigt. Men selv ved 0 K forbliver muligheden for de såkaldte tunnelreaktioner. Derfor er det umuligt at gemme frie radikaler i deres rene form. Det formodes at fryse radikaler i en neutral matrix (f.eks. Placere atombrint i krystalgitteret af fast brint), mens koncentrationen af \u200b\u200bfrie radikaler i princippet ikke kan overstige 50%.

Selv en blanding af 10% atombrint og 90% molekylært brint vil gøre det muligt at opnå en udstrømningshastighed på ca. 5 km / s ved en temperatur på kun 1200 K. I mere end 20 års arbejde med dette problem har det været muligt at opnå en koncentration af frie radikaler, der ikke overstiger tiendedele procent. Fordelene ved frie radikaler stimulerer imidlertid yderligere forskning.

Atomvarmemotorer. Den mest lovende retning til forbedring af egenskaberne ved termiske raketmotorer er brugen af \u200b\u200benergien fra nukleare reaktioner. Som allerede nævnt tilrådes det kun at bruge nukleare reaktioner i ordninger med adskilte energikilder og afvist masse. Atombrændstof fungerer her som en varmekilde, der overføres til arbejdsfluidet.

I den enkleste nukleare raketmotor, som i atomkraftværkernes reaktorer, består kernen af \u200b\u200bbrændselselementer, som er forbindelser af uran eller plutonium, lukket i en skal. Som et resultat af det nukleare henfald af brændstof varmer de op. Den flydende arbejdsfluid pumpes ind i kernen ved hjælp af pumper, hvor den fordamper, når den tager varme fra kernen, temperaturen stiger, og dens hastighed stiger i stråledysen.

Arbejdsvæskens højeste temperatur er begrænset af brændselselementernes smeltetemperatur og under hensyntagen til den krævede temperaturforskel (til varmeoverførsel) og materialernes kemiske modstand, kan den ikke overstige 2000 K. Da temperaturen på arbejdet væske i kemiske motorer er 3000–3500 K, den eneste måde at øge strømningshastigheden i kernemotorer med en fast kerne, sammenlignet med kemiske motorer, er der et fald i arbejdsfluidens molekylvægt. Brint har en minimumsmolekylvægt (2 g / mol), for hvilket det er muligt at opnå en udstrømningshastighed på 8-9,5 km / s. Dette er den øvre grænse for kernekernede termiske raketmotorer. Karakteristika tæt på disse værdier blev opnået i USA på den eksperimentelle nukleare motor "Nerva".

For yderligere at øge temperaturen på arbejdsfluidet i nukleare motorer er det nødvendigt at skifte til reaktorer, hvor det fissile materiale er i en gasformig fase. Der opstår imidlertid en række problemer i udviklingen af \u200b\u200bdisse gasfasearmreaktorer. For en selvbærende nuklear reaktion er det nødvendigt, at massen af \u200b\u200bnukleart brændsel, ikke mindre end den kritiske, deltager i reaktionen. Da densiteten af \u200b\u200bnukleart brændstof i den gasformige fase ved høje temperaturer er lav, kræves der høje tryk og store volumener af kernen for at nå den kritiske masse.

Det andet uigennemtrængelige problem i udviklingen af \u200b\u200bgasfasereaktorer er fjernelsen af \u200b\u200bikke-reageret nukleart brændsel sammen med arbejdsfluidet, hvilket i høj grad reducerer raketens energiegenskaber.

Afhængigt af om arbejdsfluidet blandes med nukleart brændstof eller adskilles fra det, skelnes ordningerne for henholdsvis homogene og heterogene motorer. Den væsentligste ulempe ved homogene ordninger, der tvivler på deres hensigtsmæssighed, er den store fjernelse af uran sammen med arbejdsfluidet - ca. 100 kg pr. 1 ton arbejdsfluid.

I heterogene ordninger kan overførslen af \u200b\u200bnukleart brændstof reduceres betydeligt eller endda reduceres til nul. Et stærkt magnetfelt oprettes i reaktorens volumen ved hjælp af solenoider, der vokser mod kanterne. I dette tilfælde udgør konfigurationen af \u200b\u200bfeltet en såkaldt magnetisk "flaske". En magnetisk "flaske" har den egenskab, at et stof i plasma-tilstand kan opbevares i det i lang tid uden tilstedeværelsen af \u200b\u200bfaste vægge. Som et resultat af nukleare reaktioner går uran i en plasma-tilstand, og magnetfeltet forhindrer det i at blande sig med arbejdsfluidet (brint). Sidstnævnte flyder omkring den magnetiske "flaske" med nukleart brændstof og fjerner varmen fra den. For at undgå blanding skal betingelsen for laminær strømning være opfyldt. I dette tilfælde er effektiv varmeudveksling mellem kernen og arbejdsfluidet kun mulig ved stråling. Da brint er transparent for uranplasmas stråling, tilsættes lithium til det i en mængde på 1-2%, der, da det er ioniseret, stærkt absorberer stråling. I et sådant skema forventes en udstrømningshastighed på 20-30 km / s med uranfjernelse mindre end 2% i forhold til arbejdsfluidens strømningshastighed.

Ordningerne for gasfasemotorer, hvor der ikke er nogen overførsel af fissile materialer, undersøges også. Diagrammet over en sådan motors brændstofelement er vist i fig. 4. Motoren er en dobbeltvægget kapsel lavet af gennemsigtigt ildfast materiale (for eksempel leukosapphire). Et fissilt stof placeres inde i kapslen, som er i gasfasen under driftsforhold. Der pumpes brint mellem væggene for at afkøle dem. Da både væggene og brint er gennemsigtige for stråling, går den frigivne nukleare energi i form af stråling ud, hvor den opvarmer det samme brint, men med tilsætning af lithium. Reaktorkernen opsamles fra sådanne brændselselementer.

Implementeringen af \u200b\u200bdenne ordning hæmmes af manglen på egnede materialer til gennemsigtige vægge, der er stabile i kontakt med gasformigt uran ved høje temperaturer og høje strålingsstrømme.

Når plasmaet opbevares i en magnetisk "flaske", er det muligt at implementere en termonuklear motor ved hjælp af en nuklear fusionsreaktion. Imidlertid betragtes pulserende kredsløb, som vil blive betragtet lidt senere, som mere lovende måder at bruge termonuklear fusion på.

Fig. 4. Celle i den aktive zone af en heterogen gas NRE: 1 - safirvægge, 2 - uranplasma, 3 - arbejdsfluid

Elektriske jetmotorer. En elektrisk jetmotor er en enhed til at konvertere elektrisk energi genereret om bord på en raket til kinetisk energi med den projicerede masse. Den enkleste konverteringsmetode udføres i de såkaldte elektrotermiske motorer, når arbejdsfluidet opvarmes af en elektrisk strøm og derefter accelereres i en stråledyse, som i konventionelle varmemotorer.

Selvom der kan opnås meget høje temperaturer ved elektrisk opvarmning, er motorer med elektromagnetisk acceleration af arbejdsfluidet mere foretrukne. I sådanne motorer omdannes energien i det elektromagnetiske felt til kinetisk energi, og der er følgelig termodynamiske begrænsninger i dem med hensyn til strømningshastigheden og effektiviteten af \u200b\u200benergiomdannelse.

I henhold til de elektromagnetiske kræfter, der bruges til at fremskynde arbejdsfluiden, skelnes der mellem ion, plasma og højfrekvente motorer. I ionmotorer opstår acceleration på grund af interaktionen mellem et elektrisk felt og ioner eller ladede makropartikler i arbejdsfluidet. Plasmamotorer bruger vekselvirkningen mellem en strøm og et magnetfelt. Og endelig udføres acceleration i en højfrekvent motor af feltet med en bevægende elektromagnetisk bølge. I elektriske motorer er det relativt let at opnå vilkårligt høje udstrømningshastigheder op til hastigheder tæt på lysets hastighed (for eksempel hvis man bruger partikelacceleratorer som motor).

På grund af manglen på lysakkumulatorer af elektrisk energi (batterier) giver anvendelsen af \u200b\u200bprincippet om elektromagnetisk acceleration kun mening i kombination med omdannelse af kerneenergi til elektrisk energi. På nuværende tidspunkt kendes ingen effektive direkte metoder til en sådan konvertering, og brugen af \u200b\u200bautonome elektriske motorer betragtes derfor altid i kombination med et atomkraftværk, der kører på en termisk cyklus.

Det skematiske diagram over et rumkraftværk inkluderer, ligesom ethvert jordbaseret kraftværk, en varmekilde (i dette tilfælde en atomreaktor), en varmemotor (konvertering af den leverede varme til elektricitet) og et køleskab (en enhed, der fjerner spildvarme). Den mest betydningsfulde forskel mellem rumkraftværker og deres jordbaserede kolleger er metoden til fjernelse af varme. I det ydre rum er frigivelse af varme kun mulig ved stråling.

Hvor alvorlig denne omstændighed er kan ses af følgende eksempel. For at udstråle varme på 1 kW ved en gennemsnitstemperatur for varmeudløbet i jordbaserede kraftværker på 50 ° C kræves et udstrålende overfladeareal af køleskabet på 1,64 m2. For en elmotor med en effekt på 100 kW, hvilket svarer til effekten af \u200b\u200ben flydende motor med et tryk på kun ca. 30 kgf og en samlet virkningsgrad for fremdrivningssystemet på 20% ved samme temperatur, et køleskab med et areal på 1300 m2 er påkrævet.

Den udstrålede energi pr. Overfladeenhed er proportional med den fjerde temperatureffekt, og derfor er det nødvendigt at øge temperaturen for at reducere køleskabsarealet. Da effektiviteten af \u200b\u200bet kraftværk som varmemotor er proportional med temperaturforskellen mellem varmekilden og køleskabet, er en tilsvarende stigning i kildetemperaturen nødvendig for at opretholde effektivitetsværdien.

Således er den generelle opgave med at øge effektiviteten af \u200b\u200bbåde termiske og elektriske motorer at skabe en højtemperaturreaktor. Rumenergibehov har foranlediget intensiv forskning inden for direkte konvertering af varme til elektricitet ved høj temperatur.

De mest lovende transformationssystemer til ruminstallationer viste sig at være termioniske omformere (TEC). Princippet om drift af TPE er illustreret i fig. 5, hvor TEC er en diode, hvis interelektrodespalte er fyldt med cæsiumdamp. Ved høje temperaturer udsender katoden elektroner, der kondenserer ved anoden og oplader den til et negativt potentiale i forhold til katoden. Som et resultat opstår der en potentiel forskel mellem katoden og anoden, og når de er lukket for belastningen, strømmer en elektrisk strøm i kredsløbet.

Køling af katoden forårsaget af "fordampning" af elektroner og strålingstab kompenseres af tilførslen af \u200b\u200bvarme fra atomreaktoren. Varmen, der frigøres ved anoden som et resultat af kondensering af elektroner og strålingsopvarmning fra katodesiden, fjernes af kølemidlet eller direkte ved stråling i rummet.

Fig. 5. Skematisk diagram af en termionisk konverter af termisk energi til elektrisk energi: 1 - katode, 2 - interelektrodeafstand fyldt med cæsiumdamp, 3 - anode, 4 - belastning

En termionisk konverter med wolframkatode kan fungere ved en katodetemperatur på op til 2500 K og en anodetemperatur på 1000–1400 K med en specifik effekt fra 5 til 40 W / cm 2 med en effektivitet på op til 25%. Ulempen ved TPE er dens lave driftsspænding (ca. 0,5 V), og derfor anvendes en serieforbindelse af elementerne.

Teoretisk set skal temperaturen på varmeudgangen, som er optimal med hensyn til størrelsen på køleskabet, være 75% af temperaturen på varmekilden. Med de temperaturgrænser, der pålægges af en solid-state reaktor, vil køleskabet altid være, hvis ikke det tungeste, så den mest omfangsrige del af et rumkraftværk. For at køleskabet kan fungere effektivt, skal dets overflade have en temperatur tæt på den lavere temperatur i varmecyklussen.

Dette kan ikke opnås på grund af materialernes naturlige varmeledningsevne; tvungen varmeoverførsel ved cirkulation af en flydende eller gasformig varmebærer er nødvendig. I dette tilfælde vises yderligere energitab til pumpning af kølemidlet, og installationen viser sig at være meget sårbar over for en meteorisk sammenbrud. På store køleskabsoverflader øges sandsynligheden for, at en meteorit rammer en størrelse, der er tilstrækkelig til at ødelægge kanalens væg med kølemidlet, hvilket øges trykaflastning og svigtende installation.

Den mest succesrige designløsning til at omgå disse problemer (strømtab og meteorisk sammenbrud) er brugen af \u200b\u200bvarmeledninger. Et varmerør er en kanal med et cirkulerende kølevæske, på hvis indvendige vægge en såkaldt væge er placeret med et mellemrum (i det enkleste tilfælde er det et fint maske). Det forud evakuerede rør fyldes med væske i en mængde, der er tilstrækkelig til at fylde mellemrummet mellem vægen og rørvæggen, hvor det derefter holdes af kapillarkræfter.

I et varmerør skelnes der mellem zoner med varme, varmeoverførsel og køling. I køleskabet kombineres som regel de sidste to zoner. Varmen, der tilføres opvarmningszonen, fordamper væsken, hvis dampe passerer gennem væghullerne ind i rørets indre rum og skynder sig til kølezonen. Der opstår væskekondensering med overførsel af kondensvarme til rørvæggene, hvorfra den fjernes ved stråling. Væsken dannet som et resultat af kondens returneres af kapillarkræfter skabt i vægen og i afstanden mellem vægen og rørvæggen tilbage til opvarmningszonen.

En sådan varmeoverførselsproces er så effektiv, at der f.eks. Nu er testet rør, der transmitterer en varmestrøm på 10 kW for hver 1 cm 2 af rørets tværsnit over en afstand på flere meter med en temperaturforskel mellem røret ender mindre end 0,01 K. Dette svarer til varmeoverførslen af \u200b\u200ben fast stang med varmeledningskoefficient, flere tusinde gange højere end den tilsvarende værdi for kobber. Kun systemer med et flydende metalkølervæske kan konkurrere med varmerør med hensyn til varmeoverførselsfunktioner, men de kræver pumpeomkostninger.

Fig. 6. Skema for en støvet køleskabsemitter: 1 - pumpe, 2 - varmeveksler, 3 - ferromagnetisk støv, 4 - magnetventil, 5 - magnetfeltlinjer

Overfladen på køleskabet samles fra varmerørene. Varmeforsyningszonen kan enten være i direkte kontakt med den enhed, der skal afkøles, eller den kan vaskes af en mellemliggende varmebærer. Da mange varmeledninger skal bruges til at skabe en udstrålende overflade, og deres kanaler muligvis ikke er forbundet med hinanden, vil beskadigelse af et eller flere rør fra en meteorit kun ubetydeligt påvirke driften af \u200b\u200bhele installationen.

Varmeafgivelsesordninger er mulige, når varmebæreren er ferromagnetisk støv (fig. 6), som pumpes gennem varmeveksleren af \u200b\u200bpumpen, fjerner spildvarmen fra kraftværket og smides ud i det ydre rum. Der fanges de og returneres igen til pumpeindløbet. I et magnetfelt stiger ferromagnetiske partikler, der er sammenflettede med hinanden, langs kraftlinierne og skaber en udstrålende skal. Med tilstrækkelig magnetisk permeabilitet af støvstoffet er hele det ydre magnetfelt koncentreret i denne skal, og dets unyttige spredning forekommer ikke.

Fordelen ved denne type køleskabsemitter er dens komplette usårlighed over for meteoritskader såvel som dens lille størrelse, når man transporterer kraftværket fra jordoverfladen til satellitbanen, da støvet kan være i en lille beholder. På nuværende tidspunkt er denne ordning stadig på scenen for teoretiske studier. Dens gennemførelse er begrænset af manglen på lys og økonomiske kilder til magnetfelt.

Pulsmotorer til mikroeksplosioner og en fotonmotor. Driftsprincippet for pulserende nukleare raketmotorer (INRM), hvis diagrammer er vist i fig. 7, og og b, består i det faktum, at periodiske nukleare eller termonukleære eksplosioner udføres over overfladen af \u200b\u200bden massive reflektor. De væsentlige elementer i en INRD er en kilde til et magnetfelt, der forhindrer ladede reaktionsprodukter i at komme ind i reflektoroverfladen og et spjæld, der tjener til at udjævne impulsbelastningen, der transmitteres til raketten.

Normalt fordamper materialet i reflektoren eller arbejdsfluidet, der tilføres til reflektoroverfladen, i sådanne motorer som et resultat af eksplosionen. For at forbedre betingelserne for forekomsten af \u200b\u200ben nuklear reaktion, øge fraktionen af \u200b\u200breagerede atomer og sænke eksplosionstemperaturen, er den nukleare ladning indesluttet i en tilstrækkelig tyk skal af passivt stof. Som et resultat vil den kasserede masse hovedsageligt bestå af stoffer, der ikke deltager i reaktionen (brint, lithium osv.), Og udstødningshastigheden i sådanne motorer er begrænset til 100 km / s.

Hvis der findes tilfredsstillende tekniske løsninger til afkøling af reflektoren uden at fordampe materialet, og det er muligt at udføre en nuklear reaktion uden dannelse af en skal, der omgiver ladningen, kan udstrømningshastighederne i sådanne motorer nærme sig teoretisk mulige værdier - 10 5 km / s. Samtidig vil INRD'er have en lavere specifik tyngdekraft end elmotorer, fordi andelen af \u200b\u200bvarme, der fjernes fra dem, vil være betydeligt mindre (for elmotorer er det 75-90% af en nuklear installation) og varmeveksling kan udføres ved en højere temperatur. Som et resultat vil området og følgelig massen af \u200b\u200bkøleskabet være betydeligt mindre.

Fig. 7. Diagrammer over impulsmotorer (og - om transuraniske elementerb - termonuklear motor): 1 - rumfartøj, 2 - spjæld, 3 - nukleart brændstofforsyningssystem, 4 - reflektor, 5 - eksplosionszone, 6 - energiomdannelsessystem, 7 - vikling for at skabe et magnetfelt, 8 - reaktionstændingssystem ( partikelacceleratorer eller lasere)

Ved nuklear fissionsreaktioner er hovedproblemet at reducere den masse nukleart brændsel, der kræves til en selvbærende nuklear reaktion (kritisk masse). For det aktuelt udbredte nukleare brændstof fremstillet af uran-235 og plutonium er den kritiske masse så stor (f.eks. 1 og 3 kg), at direkte brug af disse på grund af den for høje energi frigivet under eksplosionen af \u200b\u200ben sådan masse elementer i INRD er ekskluderet.

Den kritiske masse kan reduceres væsentligt enten ved at øge densiteten af \u200b\u200bdet fissile stof ved at komprimere det med et tryk på 10 14 - 10 15 Pa eller ved at skifte til kemiske grundstoffer med store kernemasser - transuraniske elementer. Moderne teknologi gør det muligt at skabe pulstryk af den krævede størrelse, men dette er kun muligt, når man bruger komplekse og tunge enheder, som er mere hensigtsmæssige at bruge til syntesereaktioner. Derfor kan kun transuraniske elementer (primært Californium-252) bruges som brændstof i fission INRE.

Den kritiske masse af californium er ca. 7 g, og en eksplosion af en sådan masse frigiver 10 10 J. Diagrammet for en motor, der bruger californium, er vist i fig. 7, og... I den affyres californiumpartikler, der ved hjælp af specielle acceleratorer placeret i reflektorens periferi, der samtidig, kolliderende, danner en total kritisk masse og initierer en nuklear eksplosion. Desuden kan den kritiske masse reduceres med en faktor 1,5-2 på grund af kompressionen, der opstår som følge af kollision af partikler. Eksplosionerne gentages, indtil raketten opfanger den krævede hastighed: for at accelerere en raket med en endelig masse på 100 tons til en hastighed på 10 km / s, er der behov for flere kg california.

Imidlertid har motorer, der bruger transuraniske elementer, på trods af deres grundlæggende enkelhed en række betydelige ulemper og kan næppe implementeres i den nærmeste fremtid. Californium er meget dyrt, det er fraværende i naturen og opnås ved at bestråle tunge elementer i protonacceleratorer eller kraftige neutronstrømme. På samme tid er det nyttige udbytte af californium meget lille, og for eksempel var produktionen af \u200b\u200bcalifornium i USA i 60'erne kun ca. 1 g pr. År. Da halveringstiden i Californien-252 er 2,5 år, er det umuligt at akkumulere kritisk masse på dette produktionsniveau.

Og endelig, hvis den krævede mængde californium opnås, er det kun muligt at gemme det på raketten i form af små partikler adskilt af en stor mængde neutronabsorber, hvilket øger motorens masse. Derudover producerer eksplosionen af \u200b\u200btransuraniske elementer tunge fissionsfragmenter, som er svære at stoppe ved reflektorens magnetfelt og et stort antal neutroner, der praktisk talt ikke interagerer med magnetfeltet. Som et resultat bliver køling af motorstrukturen et uhåndterligt problem.

Bestanden af \u200b\u200bcalifornium kan reduceres noget, hvis uran føres ind i eksplosionszonen i et tidsinterval på 10 –6 - 10 –5 s i omtrent de samme mængder som californium. I dette tilfælde vil uran udbrænde i neutronstrømmen skabt af eksplosionen i Californien. Derefter, efter det samme tidsinterval, kan den næste del af uran tilføres. Således vil en kaskadereaktion blive organiseret, men den dæmper, og efter 3-5 cyklusser er det nødvendigt at eksplodere Californien igen.

Brug af californium til at indlede en termonuklear reaktion kan være mere lovende. I dette tilfælde anvendes californium kun en gang, og derefter føres dele af termonukleært brændstof (for eksempel en deuterium-tritium-blanding) kontinuerligt ind i reaktionszonen. Fusionsbrændstof er uforligneligt billigere end Californien, og økonomiske faktorer spiller ikke en så vigtig rolle i udviklingen af \u200b\u200ben sådan motor. Derudover dannes lette elementer under en termonuklear reaktion, hvilket i høj grad forenkler den termiske beskyttelse af reflektoren.

Selvom vi ignorerer problemet med at tilføre termonukleært brændstof til forbrændingszonen, vil det minimale kontinuerlige effektniveau for denne selvbærende reaktion imidlertid være 10 14 W. Dette er mere end 1000 gange styrken af \u200b\u200bSaturn-5 raketmotorer. Med en udstrømningshastighed på 10 3 km / s vil en sådan motor have en fremdrift på 10.000 tf. Og derfor bliver problemerne med varmeafledning ved det krævede effektniveau ekstremt vanskelige. Hvis vi antager, at kun 0,1% af energien frigøres i motorens strukturelle elementer, skal en køleskab-radiator med et areal på 10.000 m 2 kræves for at fjerne dette beløb.

Når der anvendes en arbejdsfluid, vil strømningshastigheden falde 3 gange, og følgelig stiger kraften til 30.000 tf. For at skabe et sådant tryk kræves en arbejdsfluid-strømningshastighed på 1000 kg / s. En raket, der vejer 10.000 tons med en sådan motor, kunne nå en hastighed på 100 km / s på lidt over 1 time.

Imidlertid synes ordninger for motorer med termonukleære mikroeksplosioner at være tættere på implementeringen. Disse motorer er blevet diskuteret bredt i pressen, og flere konceptuelle design af disse motorer er blevet offentliggjort. Essensen af \u200b\u200btermonukleære mikroeksplosioner består i den såkaldte inertiale indeslutning af plasma, når reaktionen har tid til at ske, før det opvarmede termonukleære brændstof eksploderer under indflydelse af høje temperaturer, der er nødvendige for at antænde en termonuklear reaktion.

I det tidligere nævnte skema for en stationær termonuklear reaktor er det vigtigste og stadig uløste problem indespærring af varmt plasma med et magnetfelt. For at opnå en kontrolleret termonuklear reaktion ved en temperatur på flere millioner grader skal Lawson-kriteriet være opfyldt n? \u003e \u003d 10 14, hvor n - koncentrationen af \u200b\u200bpartikler (antallet af atomer i 1 cm 3) og? - tid. Med inerti-indeslutning er Lawsons kriterium opfyldt på grund af en kraftig stigning i koncentrationen, hvilket resulterer i, at den tid, der kræves for en termonuklear reaktion, at blive reduceret med den samme mængde.

Dette opnås ved symmetrisk pulserende bestråling af et lille mål for nukleart brændstof ved hjælp af laserstråling med høj effekt eller strømme af ladede partikler med høj intensitet (elektroner og ioner). Desuden skal energistrømmen under pulsen stige kraftigt. Som et resultat af bestråling sker der intens fordampning af målets overfladelag, den såkaldte ablation. De fordampende partikler får en høj hastighed og skaber, ligesom det sker i jetmotorer, et rekylmoment, der fører til udviklingen af \u200b\u200bet enormt tryk, der når mange milliarder pascal.

Ablationseffekten forbedres kraftigt af den konvergerende stødbølge, som et resultat, brændstoftætheden i midten af \u200b\u200bmålet øges flere tusinde gange, og trykket når en værdi svarende til trykket i midten af \u200b\u200bstjernerne (ca. 10 16 Pa). I dette tilfælde opvarmes det termonukleære brændstof, og der opstår betingelser for en termonuklear reaktion.

For en mikroeksplosion er mål med en masse på kun 0,001 - 0,01 g tilstrækkelige. Denne masse svarer til en mikroeksplosionsenergi på 10 8 - 10 10 J. Cirka 80% af målmaterialet føres væk som følge af ablation og gør ikke deltage i reaktionen desuden vil reaktionsudbyttet næppe overstige 30%. Som et resultat vil den begrænsende udstrømningshastighed for termonukleære mikroeksplosioner være ca. 6.106 m / s, hvilket svarer til et specifikt tryk på 6.105 s. For eksplosioner initieret af elektronstråler er det nødvendigt at omslutte målet med en skal af grundstoffer med en høj atomvægt, hvilket yderligere reducerer den begrænsende udstrømningshastighed.

Motorens skema ved anvendelse af termonukleære mikroeksplosioner er vist i fig. 7, b... Den grundlæggende forskel mellem sådanne motorer og motorer baseret på transuraniske elementer er tilstedeværelsen af \u200b\u200bet system til initiering af en termonuklear reaktion og en kilde til elektrisk energi til at drive den. Initiationssystemet er enten et sæt lyskilder eller ladede partikelacceleratorer arrangeret på en sådan måde, at det bestråler målet så symmetrisk som muligt. Som en strålingskilde kan en kraftig laser bruges med delingen af \u200b\u200bdens stråle i flere eller en kombination af lasere.

Målet skyder ind i rummet over reflektoren, og i det øjeblik, hvor det passerer strålens fokuspunkt, oprettes en antændelsespuls. Fusionsplasmaet reflekteres fra det magnetiske felt skabt af de superledende solenoider og smides ud i det ydre rum og skaber strålekraft. For at generere elektricitet kan enten specielle solenoider eller de samme solenoider, der er kilder til et beskyttende magnetfelt, bruges. Når et plasma i bevægelse interagerer med et magnetfelt, er der en EMF i solenoiderne, og den genererede elektricitet går til at generere den næste puls.

I det amerikanske projekt med en termonuklear motor med laserantændelse af reaktionen foreslås det at bruge en laser med en energi pr. Puls på 1 MJ, en pulsvarighed på 10 ns og en pulsrepetitionsfrekvens på 500 Hz. Laserens masse estimeres til 150 tons.Med den energi, der frigives i en mikroeksplosion, 10 8 J, kan en sådan motor ifølge beregningerne fra forfatterne af projektet accelerere en nyttelast, der vejer 100 tons, til en karakteristisk hastighed på 10 km / s på en dag. Dette vil kræve omkring 108 mikroeksplosioner.

Britiske forskere i projektet med en termonuklear mikroeksplosionsmotor foreslår at indlede en termonuklear reaktion ved hjælp af elektronacceleratorer. Gentagelsesfrekvensen for "fyring" -impulser er 100 Hz, energien i hver mikroeksplosion er 10 11 J. Motoren forbrænder flere hundrede tons termonukleært brændstof gennem året for at accelerere en nyttelast på 100 tons til en hastighed på 0,15 hastigheden på lys.

Den største vanskelighed ved at skabe pulserende termonukleære motorer er udviklingen af \u200b\u200bet reaktionsinitieringssystem. Det er netop fraværet af passende laser- og acceleratoranordninger, der på en bestemt måde påvirker det faktum, at en kontrolleret termonuklear reaktion endnu ikke er realiseret. Massen af \u200b\u200bdet initierende system er proportional med mikroeksplosionens energi; det er derfor ønskeligt at have den lavest mulige frigivelse af energi i hver eksplosion. Men så skal der ved en given fremdrift sikres en høj pulsrepetitionsfrekvens, og for at opnå en given karakteristisk hastighed skal der tilvejebringes et tilsvarende større antal impulser. Det tilladte antal impulser er begrænset af systemressourcen.

I denne henseende foreslog sovjetiske forskere EP Velikhov og V.V. Chernukha en metode til kaskadetænding af termonukleære mål. Essensen af \u200b\u200bmetoden består i, at der efter ca. 10 –6 s efter antændelsen af \u200b\u200bdet første mål føres et mere massivt mål ind i eksplosionsområdet, hvor en del af energien fra den første eksplosion er bruges til at igangsætte reaktionen. Derefter tilføres et mål med endnu større masse osv. Ved hjælp af et mål med en tidobbelt stigning i energifrigivelse i hver kaskade er det muligt at opnå en eksplosionsenergi på 10 10 - 10 11 J til et initieringssystem med en energifrigivelse på 10 8 J.

I dette tilfælde falder pulsrepetitionsfrekvensen tilsvarende, men samtidig øges naturligvis pulsbelastningen på reflektoren. I kaskadeskemaet bliver det muligt at bruge et sværere at antænde brændstof (for eksempel rent deuterium) i de efterfølgende faser af kaskaden. Dette reducerer behovet for tritium drastisk og reducerer samtidig neutronudbyttet.

En anden ikke mindre vigtig opgave i udviklingen af \u200b\u200bpulserende termonukleære motorer er fjernelsen af \u200b\u200bvarme frigivet i strukturen. Som tidligere nævnt transporteres op til 80% af energien i deuterium-tritium-reaktionen af \u200b\u200bneutroner, som ikke bevares af reflektorens magnetfelt. Den væsentligste løsning på problemet ville være at anvende en blanding af almindeligt brint med isotopen bor-11 som et termonukleært brændstof. Selvom energifrigørelsen under forbrændingen af \u200b\u200bdette brændstof er mindre end for en deuterium-tritium-blanding, er neutroner helt fraværende. Denne reaktion kræver imidlertid en højere temperatur for dens igangsættelse, og dens mestring er et spørgsmål om den fjerne fremtid.

Ifølge relativitetsteoriens grundlæggende postulat er den maksimale mulige hastighed i naturen lysets hastighed - 300.000 km / s. Naturligvis vil denne hastighed være den begrænsende for hastigheden af \u200b\u200budstrømningen i raketmotorer. Hastigheder tæt på lysets hastighed kan opnås i elektriske motorer såsom elektron- eller ionacceleratorer. Imidlertid, som følger af generelle fysiske overvejelser, er i dette tilfælde den energi, der bruges på partikelacceleration, mere hensigtsmæssig fra det synspunkt, at man opnår den maksimale karakteristiske hastighed, der skal bruges til at skabe tryk ved hjælp af elektromagnetisk stråling.

Det er kendt, at elektromagnetisk stråling, som inkluderer synligt lys, udøver pres på materialelegemer. Følgelig oplever det udsendende legeme en fotonrekylimpuls af det elektromagnetiske felt. Derfor kan hvert retningsudsendende legeme være en fotonmotor. Den reaktive fremdrift af retningsbestråling er lig med strålingseffekten divideret med lysets hastighed, det vil sige hver 1 kW udstrålet effekt skaber et tryk på 3,3 · 10 –7 kgf.

Den enkleste fotonmotor kan være en køleskab-emitter afskærmet på den ene side. Da ca. 10% af den energi, der genereres af det indbyggede kraftværk, overføres til energien fra jetstrålen fra den elektriske jetmotor, så ved en udstrømningshastighed svarende til 0,1 af lysets hastighed, bliver det skub, der oprettes af køleskabet, sammenligneligt til motorens fremdrift.

På trods af den relative enkelhed af fotonmotorer er det upraktisk at bruge dem sammen med alle aktuelt anvendte energikilder, inklusive termonukleære. Normalt går kun en del af kildemassen i energi: til nuklear fissionsreaktioner - 0,5%, for termonuklear - 0,15%. Hvis der kun bruges fotoner som et arbejdsmedium, er det samtidig med nyttelasten nødvendigt at accelerere reaktionsprodukterne til den endelige hastighed. Derfor er det fornuftigt kun at bruge fotonmotorer i kombination med energikilder, hvor al massen eller i det mindste det meste omdannes til energi. Ifølge moderne begreber kan en sådan kilde kun være tilintetgørelsesreaktionen, det vil sige interaktionen mellem partikler og antipartikler.

Til syntese af antipartikler (for eksempel antiprotoner) er der brug for kraftige acceleratorer, og udbyttet af antipartikler i reaktionen er meget lille. Det menes, at for at opnå energi på 1 J, indeholdt i antiprotons, vil det tage mindst 100 kJ elektricitet. Således er akkumuleringen af \u200b\u200ben betydelig mængde antimateriale uden for moderne teknologis muligheder.

Et andet problem, der opstår i implementeringen af \u200b\u200bfotonmotorer, er opbevaring af antimateriale. Da materialet i raketstrukturen er et almindeligt stof, skal enhver kontakt af antimateriale med tankens vægge udelukkes. Antimateriale kan derfor "suspenderes" i elektriske eller magnetiske felter.

Kravene til varmefjernelsessystemet i fotonmotorer vil være ekstremt strenge. De aktuelt implementerede varmefjernelsesanlæg, herunder køleskab, har en masse på mindst 0,01 kg pr. 1 kW afladet effekt. I dette tilfælde, selvom vi forsømmer andre komponenter i raketten, vil den have en acceleration på højst 2 · 10 –4 m / s 2, og accelerationen af \u200b\u200ben sådan raket til en hastighed på kun 10 km / s vil vare i mere end et år.

Af alt det, der er blevet sagt, følger det, at oprettelsen af \u200b\u200ben fotonmotor er et spørgsmål om en ekstremt fjern fremtid. En række forskere sætter spørgsmålstegn ved rationaliteten og endda den grundlæggende mulighed for dets oprettelse, andre tilskriver fotonmotoren direkte til science fiction-området.

MOTORSYSTEMER MED EKSTERNE ENERGIKILDER

Ovenfor blev kravene til lovende rumfremdrivningssystemer af en autonom type overvejet, og det blev vist, hvordan disse krav bestemmer udviklingsretningerne for autonome fremdrivningssystemer. I autonome systemer er den energi og masse, der kræves for at skabe fremdrift og fremskynde rumfartøjet, placeret på selve rumfartøjet. Derfor er fremskridt i udviklingen af \u200b\u200bsådanne motorer forbundet med forbedring af specifikke energikarakteristikker, dvs. med en stigning i mængden af \u200b\u200benergi, der er lagret pr. Arbejdsenhedens masse.

Situationen ændres, hvis energikilden, ved hjælp af hvilken fremdrivning skabes, er uden for apparatet. I dette tilfælde mister den specificerede egenskab sin betydning. Det er dog stadig vigtigt, hvor meget energi der tilføres fremdrivningssystemet, og hvor meget - den tilførte energi er egnet til at fremskynde arbejdsfluidet.

Hvis vi i et stykke tid trækker fra problemerne med at konvertere den energi, der kommer udefra, til arbejdsmediets kinetiske energi, der strømmer ud med høj hastighed, bliver hovedfaktoren mængden af \u200b\u200benergi, der tilføres fremdrivningssystemet pr. Tidsenhed. Derfor følger det, at egenskaberne ved rumfartøjets fremdrivningssystem ikke afhænger af energikildens masse og specifikke egenskaber, men bestemmes af kraften fra den eksterne kilde og effektiviteten af \u200b\u200benergioverførsel fra kilden til fremdrivningssystemet af rumfartøjet.

Som i tilfældet med autonome motorer med separate energi- og massekilder, i motorer med en ekstern energikilde med en stigning i kraftindgangen til fremdrivningssystemet, forbruges arbejdslegemets masse til at skabe en enhed af trykkraften falder, da hastigheden for arbejdsfluidens udstrømning øges. Hvis udstrømningshastigheden bliver højere end 4,5–5 km / s, begynder en raket eller et rumfartøj udstyret med et fremdrivningssystem med en ekstern kilde at overgå køretøjer med flydende raketmotorer i en så vigtig egenskab som forholdet mellem nyttelastmassen og lanceringsmasse.

Et andet væsentligt træk ved brugen af \u200b\u200beksterne kilder er at udvide rækkevidden af \u200b\u200barbejdsvæsker, der anvendes i motorer. Navnlig kan deres anvendelse i høj grad lette brugen af \u200b\u200batmosfærisk luft som et arbejdsmedium, når man skyder et køretøj, der er lanceret fra jordoverfladen i en lav bane. Der er grund til at tro, at det er baseret på motorer med eksterne energikilder, at det er muligt at skabe transportsystemer til lancering af nyttelast i jordens bane med egenskaber, der er betydeligt bedre end systemer med kemiske motorer. Dette er foreløbige overvejelser vedrørende udsigterne til fremdrivningssystemer med eksterne energikilder og momentum. Hvilke muligheder, herunder potentielle (trods alt, vi taler om fremtiden), har moderne videnskab og teknologi til implementering af ideen om at bruge energien fra eksterne kilder til fremdrivningssystemer?

Overvej de vigtigste elementer, der udgør motorsystemet ved hjælp af en ekstern kilde. Dette er for det første selve fremdrivningssystemet (dets design og karakteristika afhænger i høj grad af typen arbejdsfluid og den anvendte energitype). For det andet en ekstern energikilde, både naturlig og kunstig. Solen, det interplanetære og interstellare medium kan tjene som en naturlig kilde. En kunstig ekstern energikilde er for eksempel en stærk kilde til rettet elektromagnetisk stråling.

Det tredje nødvendige element i et motorsystem med en ekstern energikilde er en anordning til modtagelse og om nødvendigt konvertering af energi til en form, der er egnet til konvertering til arbejdsfluidens kinetiske energi. Og endelig er det sidste, fjerde nøgleelement i fremdrivningssystemet vejen til transmission af energi fra kilden til modtagerenheden. Rumvægte og enorme hastigheder fører til store afstande mellem strømkilden og rumfartøjet. Desuden øges den betydeligt under drift af fremdrivningssystemet, selv når denne afstand i det indledende øjeblik er relativt lille. Derfor er det nødvendigt at udvikle midler til effektiv transmission af energi over lange afstande (når man bruger kunstige kilder) for at implementere ideen om at bruge energien fra en ekstern kilde.

Overvej funktionerne ved at bruge Solen som en ekstern energikilde. Densiteten af \u200b\u200belektromagnetisk stråling falder i omvendt forhold til kvadratet for afstanden fra solen, og i denne forstand er parametrene for energioverførselsstien fra kilden til fremdrivningssystemet fast (kun afstanden fra solen til rumfartøjet ændringer). Fremdrivningssystemets karakteristika afhænger dog stort set af værdien af \u200b\u200bdenne enkelt variable parameter i kanalen.

Når afstanden fra strømkilden til rumfartøjet ændres faktisk 2 gange, ændres effektfluxdensiteten 4 gange. Dette betyder, at for at levere et fremdrivningssystem med fast effekt er det nødvendigt at øge arealet af enheden, der modtager elektromagnetisk solenergi også 4 gange. Når man flyver til fjerne planeter, hvis afstand fra solen er mange gange større end jordens afstand fra solen, bliver densiteten af \u200b\u200bsolstråling så lav, at brugen af \u200b\u200bsolenergi næppe tilrådes. Men selv de afstande, hvor anvendelsen af \u200b\u200bsolenergi er berettiget, er enorme - hundreder af millioner af kilometer (sådan er de karakteristiske dimensioner af energitransmissionsstien).

I tilfælde af anvendelse af kunstige kilder er implementeringen af \u200b\u200beffektiv energioverførsel over sådanne afstande yderst problematisk. Overvej for eksempel en sti til transmission af elektromagnetisk energi fra en kunstig kilde.

Den første begrænsning, der straks fanger øjet, er kildens begrænsede kraft. Hvis den samlede effekt af solens stråling er mange størrelsesordener højere end den krævede effekt til at drive fremdrivningssystemet og ikke begrænser dens kapaciteter, er energifunktionerne i fremdrivningssystemet med en kunstig kilde begrænset af kraften fra kilden , og man skal stræbe efter at sikre, at så meget som muligt af den eksterne kildes strøm når motoren ... Derfor følger behovet for høj effektivitet af energioverførsel i kilden - rumfartøjsstien. Ideelt set kræves al kildenergi for at komme ind i rumfartøjets modtager. I virkeligheden skal dette være en brøkdel af mindst ti procent af kildeeffekten.

Effektiv transmission af elektromagnetisk stråling kan realiseres ved at forme strålingen til en smal stråle. Muligheden for at danne en stråle med den krævede konfiguration, udbredelse og modtagelse af retningsbestemt elektromagnetisk stråling bestemmes af bølgelængden (frekvens), størrelsen på den udsendende eller modtagende overflade og parametrene for mediet, i hvilket udbredelsen finder sted.

Modtagelse og transmission af elektromagnetiske bølger. Modtagelse og transmission af elektromagnetiske bølger udføres af antenner. De modtagende og sendende antenner har meget til fælles, og ofte bruges den samme enhed som både den sender og den modtagende antenne. Indtil videre talte vi om konventionelle antenner, hvis opgave er enten at transmittere eller modtage og indsamle den indfaldende elektromagnetiske energi. Der er dog allerede antenner, der modtager elektromagnetisk energi og konverterer den til elektrisk energi - disse er solbatterier og enheder kaldet rektenner, som er designet til at modtage monokromatisk stråling i området med ultrahøj frekvens (mikrobølgeovn) og konvertere det til jævn elektrisk strøm.

Derfor vil en modtagende antenne i bredere forstand betyde en enhed designet til at modtage og konvertere energien fra elektromagnetisk stråling til en anden type energi. Alle sådanne enheder deler en række fælles punkter, der i høj grad påvirker antennens udseende. Først og fremmest drejer det sig om forholdet mellem størrelsen på antennen, længderne af de udsendte eller modtagne elektromagnetiske bølger, strålingsdirektiviteten til transmission af antenner eller evnen til effektivt at modtage elektromagnetiske bølger til modtagende antenner.

Graden af \u200b\u200bdirektivitet af stråling med en bølgelængde ?, Hvilken kan realiseres ved hjælp af en antenne af størrelse D, kendetegnet ved en særlig værdi - divergensvinklen? ~? / D... Når der transmitteres elektromagnetisk energi med høj retningsevne (med lave tab), falder den divergerende stråle næsten udelukkende på modtagerantennens overflade. Hvis afstanden mellem den transmitterende og modtagende antenne er stor, er den krævede divergensvinkel for strålingen ekstremt lille. Derfor skal antennernes dimensioner målt i bølgelængdeenheder være væsentlige.

For eksempel, når der anvendes elektromagnetisk stråling med en bølgelængde på 1 cm, er antenner med en størrelse på 100 m nødvendige for at transmittere elektromagnetisk energi uden betydelige tab over afstande på ca. 1000 km. Set fra synseffektiviteten er det mere fordelagtigt at bruge kortere bølgelængder, da den effektive transmissionsafstand er omvendt proportional med bølgelængden. Imidlertid skaber faldende bølgelængde andre, mens det hjælper med at løse et problem (afstandsproblem). Især kravene til præcision af konstruktion, pegeøjagtighed, stabilisering af antenner i retning af modtagelse og transmission osv. Bliver strengere. Som altid i sådanne tilfælde er der behov for et effektivt kompromis mellem kravene fra problem, der løses, og de tekniske og økonomiske muligheder.

Klassificering af motorer med eksterne kilder til elektromagnetisk stråling. Hypotetiske trækkraft systemer med eksterne kilder til elektromagnetisk stråling er meget forskellige. De bruger naturlige og kunstige strålingskilder, og det mulige anvendte område af bølgelængder strækker sig fra røntgen til mikrobølge. Derudover bruger de forskellige metoder til at omdanne strålingsenergi til fremdrift. Det faktum, at energikilden til frembringelse af stød er uden for rumfartøjet, har en signifikant effekt på fremdrivningssystemets udseende og hele rumfartøjet. En modtagerantenne af betydelig størrelse bliver en uundværlig egenskab.

En omtrentlig klassificering af jetmotorer med eksterne kilder til elektromagnetisk stråling er vist i fig. 8. Lad os først overveje fremdrivningssystemerne med en naturlig kilde til stråling - solen. Dens stråling kan bruges til at skabe fremdrift i to versioner: 1) når man omdanner solstrålingsenergi til elektrisk energi (for eksempel ved hjælp af solpaneler) med dens efterfølgende anvendelse til at drive elektriske jetmotorer; 2) ved hjælp af trykket fra elektromagnetisk stråling (trækkraft systemer kaldet solsejl er baseret på dette princip).

Fig. 8. Typer af reaktive fremdrivningssystemer (RDS) med eksterne kilder til elektromagnetisk stråling

Solsejl. Essensen af \u200b\u200bdriften af \u200b\u200bsådanne systemer, hvorfra brigantinen og karavellerne ånder romantisk, svarer faktisk til sejlets princip. I dette tilfælde har rumfartøjet en ekstremt udviklet overflade dannet af en tynd spejlfilm. Solstråling, der falder vinkelret på filmens overflade og reflekterer fra den i et spejl, skaber et tryk også vinkelret på filmens overflade. Ved delvis optagelse af stråling vil trykretningen skabe en bestemt vinkel med denne overflade, og ved at orientere sejlet kan der opnås tryk i den ønskede retning.

Fordelene ved sådanne trækkraft-systemer er åbenlyse: de kræver ikke forbrug af hverken energi eller arbejdsfluid. For at opnå tilstrækkelig acceleration er det imidlertid nødvendigt at bruge en meget tynd film, så forholdet mellem sejlområdet og skibets masse sammen med sejlet er stort nok. Ifølge moderne koncepter er sejlområdet også ret stort. Så for eksempel at skabe et tryk på 1 kgf til et apparat placeret i en afstand af 1 AU fra solen. fra. (150 millioner km), er det nødvendigt at have et sejlareal på 3 · 10 5 m 2.

Ikke desto mindre er opgaven med at skabe sådanne strukturer med acceptable masseegenskaber ret reel for moderne videnskab og teknologi. Især i USA blev forskellige typer solsejl overvejet i forbindelse med udviklingen af \u200b\u200bet rumfartøj designet til at flyve til Halleys komet. Et af de mest lovende sådanne sejldesign - "solgyroskopet" - er vist i fig. 9. Dette "gyroskop" består af 12 knive, der er 7,4 km lange og 8 m brede, hver kniv vejer 200 kg; for at give noget stivhed på knivene hver 150 m leveres der "lameller". Ifølge beregninger sejler et lignende i en afstand af 1 AU. Det vil sige, at fra solen skal give et skub på 0,5 kgf. Ved hjælp af sejlet skulle rumfartøjet, når man løser problemet med flyvning til Halleys komet, have at vide en hastighed på 55 km / s.

Fig. 9. Et af de mulige design af et solsejl er et "solgyroskop".

Ifølge foreløbige skøn skal tykkelsen af \u200b\u200bfilmen, der danner sejlet, være ca. 0,0025 mm, og den specifikke tyngdekraft skal være ca. 3 g / m2 for at projektet skal være muligt. Derfor er det største problem ved gennemførelsen af \u200b\u200bprojektet valget af filmmateriale.

Ud over den førnævnte flyvning til Halleys komet betragtes bevægelsen af \u200b\u200bstore belastninger mellem lave og geostationære baner og levering af Marsjord til Jorden som mulige operationer ved brug af et solsejl. Brug af solsejl til fly til ydre planeter betragtes som upraktisk.

Laserjetmotorer.Princippet om drift af laserjetmotorer er baseret på en velkendt kendsgerning - muligheden for materialedampning under påvirkning af laserstråling. Fordampning sker hurtigt og fører til dannelsen af \u200b\u200ben supersonisk stråle, når energistrømmen på overfladen af \u200b\u200bet stof har en høj densitet. Ved endnu højere strømme kan damp ioniseres, hvilket giver en meget høj specifik impuls. Strålens bevægelsesmængde frembringer kraft på samme måde som i tilfældet med en konventionel jetmotor. Ideen om at bruge energien fra højeffektive jordbaserede lasere til at lancere en kunstig satellit i kredsløb blev fremført af A. Kantorovits i 1971–1972.

I princippet kombinerer en lasermotor den meget høje specifikke impuls, der findes i nukleare og elektriske motorer, med et højt vægt / vægt-forhold med den pålidelighed, der ligger i motorer med kemisk brændstof. Høje værdier af den specifikke impuls kan opnås, da der dannes et plasma med høj temperatur som et resultat af absorption af stråling fra arbejdsfluidet. Et stort forhold mellem nyttelastens masse og raketens masse sikres ved, at energikilden er placeret på Jorden.

Realiseringen af \u200b\u200bdisse grundlæggende fordele afhænger naturligvis af løsningen af \u200b\u200bto problemer. For det første skal transmissionen af \u200b\u200ben kraftig laserstråle med en meget lille divergensvinkel sikres, og for det andet er det nødvendigt at skabe teknologisk og økonomisk tilgængelige store lasere og deres strømforsyninger.

I øjeblikket er der blevet overvejet flere metoder til opnåelse af tryk baseret på brugen af \u200b\u200blaserstråling. En af dem er for eksempel hurtig fordampning af fast brændsel, der absorberer stråling, hvilket resulterer i en stråle med varm damp. Hvis derudover damp absorberer en del af laserstrålingsenergien, kan temperaturer på 5000 - 12.000 K opnås. I dette tilfælde er den indre overflade af raketdysen en parabolreflektor, så dysen samtidig fungerer som et spejl til laserstråling og en dyse til udgående gasser.

Den parabolske reflektor modtager en laserstråle med en effekttæthed, der er lavere end den maksimale flux, der passerer gennem atmosfæren uden forvrængning og fokuserer den på en fast brændstofstang i fokus. Således passerer det fordampede brændstof gennem laserstrålingsområdet med en høj intensitet (107 - 109 W / cm2) og opvarmes til høje temperaturer. Derefter udvides gassen, der opvarmes til en høj temperatur, og dens termiske energi omdannes til kinetisk energi. Et sådant system giver et højere specifikt tryk end et simpelt fordampningssystem.

For at skyde raketter med en nyttelast på ikke over 1 ton ind i en geocentrisk bane foreslår et af projekterne at bruge pulserende kuldioxidlasere. Sådanne lasere kan producere lysimpulser med en stråledivergens på mindre end 0,2 "og en varighed på flere millisekunder.

Ifølge foreløbige skøn vil omkostningerne ved at starte en 1 kg nyttelast i en jordbane ved hjælp af en jordbaseret laserinstallation være omkring $ 50. Jorden i kredsløb. Den samlede energi, der leveres til motoren under rakettens lancering i kredsløb, er proportional med produktet af kildens kraft og lanceringstidspunktet. For den samme nyttelastmasse er den næsten uafhængig af lanceringstiden. Dette betyder, at ved at øge lanceringstiden, er det muligt at reducere kildens kraft og omvendt ved at øge kildens styrke for at reducere tiden for rakettering i kredsløb.

Den minimale lasereffekt kan være i størrelsesordenen 200-300 MW, hvis raketten accelereres i lang tid, men dette fører også til en stigning i accelerationszonen - den maksimale afstand, som laserstrålen skal bevæge sig for at nå raketmodtager. For at opretholde en høj effektivitet af energioverførsel med stigende afstand er det som allerede nævnt nødvendigt enten at reducere bjælkens divergens eller at øge størrelsen på modtageanordningen på raketten. Den første mulighed kræver forbedret laseroptik, den anden fører til en stigning i raketens træk. Den omtrentlige afhængighed af lasereffekten af \u200b\u200blængden af \u200b\u200baccelerationszonen for lanceringssystemet, som sikrer levering af 1 ton nyttelast i kredsløb, er vist i fig. ti.

Fig 10. Omtrentlig afhængighed af den karakteristiske lasereffekt af accelerationslængden, når en nyttelast med en masse på 1 t fjernes

Et træk ved det beskrevne projekt er brugen af \u200b\u200benergien fra en kemisk reaktion sammen med energien fra laserstråling til opvarmning af arbejdsfluidet. Motorcyklussen begynder med tændingen af \u200b\u200bbrændstoffet og tilførslen af \u200b\u200ben lyspuls. Lyspulsen producerer yderligere opvarmning af arbejdsfluidet, hvilket resulterer i dannelsen af \u200b\u200bet plasma med en temperatur på ca. 20.000 K, som udvider og uddriver gassen fra motordysen. Efter at gassen forlader dysen, tilføres en ny lyspuls, brændstoffet antændes, og hele cyklussen gentages igen.

Varigheden af \u200b\u200bmotorkraften afhænger af varigheden af \u200b\u200blysimpulsen. Så for eksempel for at skabe tryk i 800 s (gastrykket på raketbasen når 3 MPa) er det nødvendigt at anvende en lyspuls med en energifluxdensitet på 2 · 10 7 W / cm 2 og en varighed på 10-6 s, mens hastigheden ved slutningen af \u200b\u200baccelerationen når 8 km / s. Da stødkraften altid er vinkelret på motorens dyseudgang, behøver laserstrålens retning ikke at falde sammen med retningen af \u200b\u200braketens længdeakse.

En anden metode til frembringelse af fremdrift ved hjælp af absorption af laserstråling er velegnet til at fremskynde et rumfartøj i den atmosfæriske del af banen. Det blev foreslået af en gruppe forskere fra FIAN under ledelse af AM Prokhorov i 1973. I denne version passerer stråling uden signifikant absorption gennem atmosfæren og rammer en parabolsk reflekterende overflade, som er placeret i flyets halesektion og er stift forbundet til det. Strålingsintensiteten i brændvidden af \u200b\u200bdenne overflade skal overstige den tærskel, hvormed en elektrisk nedbrydning af den luft, der er der, opstår. Stødkraften opstår uden brug af andet brændstof end atmosfærisk luft. Hvis der tilvejebringes en luftændring mellem laserimpulser, fungerer motoren som en laserpulserende jetmotor.

Fig. 11. Laserpulserende VRM: 1 - parabolskal med en poleret indre overflade, 2 - fokus for paraboloid, 3 - luftnedbrydning, 4 - lysdetonationsbølge, 5 - laserstråle

Skematisk gengivelse af en pulserende laserm luftstrålemotor giver fig. 11. Laserstrålen, der rammer den polerede indre overflade, er fokuseret til at producere en strøm med høj intensitet. Den næste nedbrydning af luft genererer en stødbølge, som udbreder sig mod dysens udgang. Desuden omdannes alt det høje gastryk bagved til en kraft, der virker på dysevæggene, dvs. tryk.

Laser MHD-motor. Som en del af arbejdet med analysen af \u200b\u200blovende motorer til et ettrins transportskib i USA blev der udført undersøgelser for at skabe en MHD-motor ved hjælp af en laser. Den største fordel ved en sådan motor i sammenligning med en laser-luftstrålemotor er, at det på grund af accelerationen af \u200b\u200barbejdsmediet ved hjælp af elektrodynamiske kræfter er muligt at opnå høje hastigheder af jetstrømmens udstrømning. Plasma opnået fra atmosfærisk luft anvendes som et arbejdsmedium; energikilde - lasergeneratorer af orbitale eller jordstationer, som rumtransporten bevæger sig med.

MHD-motoren på et transportfartøj med et tværsnitsareal svarende til tværsnitsarealet af Saturn-5-bæreraketten har en laserstrålingsmodtager foran, efterfulgt af et ringformet luftindtag. Fra luftindtaget kommer luft ind i ioniseringskammeret, hvor det under påvirkning af laserstråling ioniseres og omdannes til tæt plasma. Hoveddelen af \u200b\u200blaserstrålingen absorberes ikke i det resulterende plasma, men reflekteres på væggene, hvorefter konverterere af laserstråling til elektrisk strøm placeres. Den genererede elektricitet bruges til at skabe fremdrift, svarende til hvordan det gøres i endemodne plasmamotorer: plasmaet accelereres af kraften som følge af interaktionen mellem en elektrisk strøm og sit eget magnetfelt. En plasmastråle, der udsendes fra motoren, skaber jetkraft.

Analysen af \u200b\u200bdriftsparametrene blev udført i forhold til værdien af \u200b\u200btransportrumfartøjets orbitalmasse på 22 t: nuværende 360 \u200b\u200bkA - i jordoverfladen, 600 kA (maksimum) - ved maksimal tryk for en flyvehastighed på 500 m / s og ved en orbitalhastighed på 280 m / s, udstrømningshastighed en jetstrøm af ladede partikler flere hundrede meter i sekundet nær Jorden og 460 km / s i kredsløb. Effekten af \u200b\u200blaserstrålingen stiger hurtigt til 1,35 GW under accelerationen af \u200b\u200brumfartøjet, indtil en flyvehastighed på 750 m / s er nået, og fra en flyvehastighed på ca. 1,5 km / s stiger den lineært til 3,75 GW ved den orbitale flyvning hastighed.

Elektromagnetisk resonatormotor. I modsætning til de tidligere betragtede motorkredsløb har denne motor ikke en arbejdsfluid, eller rettere spiller elektromagnetisk stråling sin rolle. Vi har allerede overvejet muligheden for at bruge trykket fra elektromagnetisk stråling til at skabe fremdrift i systemer af solsejltypen og fandt ud af, at når man bruger en så næsten ubegrænset kilde til elektromagnetisk energi som solen, er den mulige værdi af stødet flere kilogrammsil.

Er det muligt at stole på at opnå en mærkbar fremdrift på grund af trykket fra elektromagnetisk stråling, når man bruger en kunstig strålekilde (for eksempel en laser eller en kraftig generator af elektromagnetiske bølger i mikrobølgeområdet)?

Lad os overveje mere detaljeret processen med at skabe stød på grund af trykket fra elektromagnetisk stråling. Lad en strøm af elektromagnetisk stråling med en tilstrækkelig høj tæthed pr. Arealenhed falde på overfladen. Hvis al denne kraft kunne konverteres til stød, kunne værdien af \u200b\u200bsidstnævnte med en tilstrækkelig udviklet overflade til modtagelse af stråling være betydelig. Processen med at konvertere energien fra elektromagnetisk stråling til rumfartøjets kinetiske energi har den egenskab, at kun en ekstremt ubetydelig del af den indfaldende energi (dvs. W/chvor W - energistrøm fra - lysets hastighed) omdannes til rumfartøjets kinetiske energi.

Resten af \u200b\u200benergien er igen uigenkaldeligt gået ud i det ydre rum. Hvis denne energi kunne få flere gange til at falde på den samme overflade, ville det være muligt at øge effektiviteten betydeligt ved at konvertere energien fra elektromagnetisk stråling til den kinetiske energi i rumfartøjets bevægelse. Denne idé realiseres i en elektromagnetisk resonatormotor.

Et skematisk diagram over en elektromagnetisk resonatormotor (EMRM) er vist i fig. 12. Acceleration af rumfartøjet udføres på grund af trykket fra elektromagnetisk stråling i en åben resonator dannet af spejle 2, 3 på rumfartøjets spejl.

Pumpning af elektromagnetisk stråling fra kilden 1 til resonatoren udføres gennem ventilen 4. Trykket af den elektromagnetiske stråling i resonatoren er mange gange højere end kildens strålingstryk (på grund af akkumulering af elektromagnetisk stråling i resonator). Rumfartøjets acceleration fortsætter indtil fuldstændig dæmpning af elektromagnetiske svingninger i resonatoren efter frakobling af kilden 1. I mangel af sidespredning og tab i spejle og medium skal energien fra elektromagnetiske svingninger fuldstændigt transformere til kinetisk rumfartøjet.

Fremdrivningssystemet antager, at en stationær kilde og et rumfartøj har spejle, der er strengt orienterede i forhold til hinanden. Dette giver mulighed for flere anvendelser af bølgepulsen, der reflekteres skiftevis fra hvert spejl for at øge rumfartøjets momentum. Det skyldes gentagen brug af fotonimpulsen, som overfører en lille brøkdel af al energi til rumfartøjet med hver refleksion fra dets bevægelige spejl, at en høj omdannelseskoefficient for energien af \u200b\u200belektromagnetiske svingninger til den kinetiske energi af rumfartøjer opnås, hvilket er en seriøs fordel for EMJE i forhold til andre typer motorer, der bruger elektromagnetisk trykstråling. Samtidig skal det bemærkes, at der er enorme teknologiske vanskeligheder, der skal overvindes, hvis denne ordning gennemføres.

Fig. 12. Skematisk diagram over en elektromagnetisk resonatormotor: 1 - en kilde til elektromagnetisk stråling, 2 - et spejl fra en jordinstallation, 3 - et spejl af et fly 4 - en ventil, 5 - et rumfartøj

Analyse af EMPE-skemaet viser, at fremdrivningssystemets hovedparametre bestemmes af spejlens karakteristika, strålingskilden og nøjagtigheden af \u200b\u200bden gensidige orientering af den stationære installation og rumfartøjet. Til gengæld bestemmes effektiviteten af \u200b\u200bEMRD primært af den maksimale fjernelse af apparatet d, hvor konverteringsfaktoren stadig er stor nok. Det kan vises, at den maksimale effektivitet af kraftoverførsel mellem to spejle ved hjælp af elektromagnetisk stråling kun afhænger af parameteren?:? \u003d? d/R 1 R 2, hvor R 1 R 2 - spejlets dimensioner. Til?< 1 КПД передачи может быть равным практически 100 %. С увеличением расстояния эффективность ЭМРД резко падает, как только перестает выполняться это условие.

Kravene til transmissionseffektiviteten er ret strenge. For eksempel med en samlet systemeffektivitet på 10% er den mindst tilladte transmissionseffektivitet 99,9%. Bemærk dog, at 10% er et meget højt krav til samlet systemeffektivitet. I den traditionelle ordning med at starte et rumfartøj i kredsløb ved hjælp af flydende raketmotorer er den samlede effektivitet ved at konvertere brændstoffets kemiske energi til rumfartøjets kinetiske energi kun 2-3%. Da i tilfælde af en EMRE er energikilden placeret uden for rumfartøjet, er selv et let fald i den samlede konverteringseffektivitet i forhold til denne værdi ret tilladt.

Ultrahøjfrekvente jetplasmotorer. Bevægelsesordninger baseret på eksterne kilder til elektromagnetisk stråling, hovedsageligt ved hjælp af lasere som generator, er blevet diskuteret tidligere. Følgelig ligger de udstrålede frekvenser for disse typer generatorer i de infrarøde og synlige områder. Bølgelængderne, der svarer til disse frekvenser, varierer fra 0,3 til 15 mikron, og selv om dimensionerne af antennerne, der kræves for at danne stråler med lav divergens, er hundreder af tusinder eller endog millioner af bølgelængder, overstiger de absolutte dimensioner ikke et par meter.

Muligheden for at realisere små divergerende stråler med relativt små antennstørrelser er en af \u200b\u200bgrundene til nøje opmærksomhed på de synlige og infrarøde bølgelængdeområder og i fremtiden til ultraviolet og røntgenstråling for at implementere fremdrivningssystemer baseret på eksterne energikilder . Historisk set har forslag til anvendelse af elektromagnetisk stråling til at skabe fremdrift imidlertid været forbundet med mikrobølgestråling. Og det kan meget vel være, at den oprindelige implementering af motorer med eksterne (kunstige) energikilder på trods af en række fordele ved de optiske og infrarøde områder vil blive udført i mikrobølgeområdet.

En af mulighederne for at konvertere mikrobølgeenergi til trækkraftenergi er introduktionen af \u200b\u200bmikrobølgekraft i et stærkt ioniseret plasma ved cyklotronresonansfrekvensen (dvs. med den frekvens, hvormed elektroner roterer omkring magnetfeltlinjerne). Når frekvensen af \u200b\u200bmikrobølgestrålingen og cyklotronresonansen falder sammen, sker der en intens overførsel af den elektromagnetiske bølges energi til plasmaelektronerne. I processen med kollisioner mellem elektroner og ioner overføres en del af elektronernes energi til ionerne, som et resultat, at temperaturen i plasmaet stiger, og mikrobølgestrålingen, der passerer igennem den og giver energi, henfalder. Det krævede magnetfelt B genereres i den ydre del af acceleratoren.

Fig. 13. Ultrahøjfrekvent jetmotor: 1 - bølgeleder, 2 - dielektrisk vindue med halvbølge, 3 - solenoid, 4 - indsprøjtning af arbejdsfluid

Et muligt arrangement af elementerne i en rummikrobølge-motor er vist skematisk i fig. 13. En sådan motor består i det væsentlige af en bølgeleder, en solenoid og et vindue, der er gennemsigtigt for elektromagnetiske bølger, gennem hvilke mikrobølgestråling trænger ind. Vinduet tjener til at forhindre tilbagestrømning af bevægelige partikler mod mikrobølgekilden. Acceleratoren inkluderer et arbejdsvæske (brændstof) indsprøjtningssystem samt midler til at sikre en konstant magnetfeltintensitet (for at opnå sammenfaldet af strålingsfrekvensen og cyklotronfrekvensen i interaktionsrummet). Ved et kontinuerligt effektniveau i størrelsesordenen 1 kW eller mere viser sig mikrobølgestrålingsstrømmen at være tilstrækkelig til fuldstændig ionisering af den indsprøjtede arbejdsfluid og til at give den krævede kinetiske energi til plasmaet.

Fordelene ved denne type plasmaacceleration skyldes acceleratorens elektrodeløse struktur og det fuldstændige fravær af bevægelige dele. Således kan det i princippet forventes, at motoren vil være karakteriseret ved den største enkelhed i design og holdbarhed. Mikrobølgemotorer med lav effekt ( 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 \u003e 100 kW i kontinuerlig tilstand) bliver mulig, hvis der implementeres energitransmissionssystemer, der bruger mikrobølgestråler (solcelleanlæg).

Udsigter til oprettelse af kraftige kilder til elektromagnetisk stråling. Komplekset af tekniske problemer, der skal løses, når der oprettes et fremdriftsrumssystem med eksterne kilder til elektromagnetisk stråling, er tæt forbundet med de problemer, som andre områder inden for videnskab og teknologi står over for, samt med mere generelle problemer.

Som du ved blev lasere oprettet uden nogen forbindelse med pladsproblemer, og i mere end 10 år var der ingen idé om at bruge dem som et element i rumfremdrivningssystemer. Udviklingen af \u200b\u200blaserteknologi, der består i væksten af \u200b\u200bden udsendte effekt, udviklingen af \u200b\u200bflere og flere nye områder, forbedring af egenskaber osv. Har været og sker ganske hurtigt. Det er tilstrækkeligt at sige, at de bedste moderne lasers strålingseffekt er 10 6 - 10 8 gange højere end de første lasers strålingseffekt. Sådanne fremskridt, som allerede var markeret skitseret i slutningen af \u200b\u200b60'erne, gjorde det muligt at betragte lasere som potentielt kraftige kilder til en form for energi, der er praktisk til mange formål - elektromagnetisk stråling, lys, infrarød og ultraviolet rækkevidde (nu er dette spektrum blevet udvidet endnu mere).

Det var dengang ideen blev født til at bruge lasere til at fremskynde missiler, som blev udarbejdet af hele den korte historie med udvikling af laserteknologi. På den anden side er spørgsmålet om brugen af \u200b\u200beksterne energikilder også modnet inden for rumteknologi, hvor det gentagne gange er blevet rejst og diskuteret, begyndende med værkerne fra KE Tsiolkovsky, FA Tsander og andre pionerer inden for kosmonautik.

Med hensyn til at konvertere energien fra elektromagnetisk stråling til arbejdsfluidens kinetiske energi blev spørgsmålet forberedt ved arbejde med opvarmning af plasma med mikrobølgestråling og de første eksperimenter med at skabe motorer, der bruger elektromagnetisk energi til at skabe fremdrift.

Idéer er født på forskellige måder: nogle vises længe før muligheden for implementering og nogle gange endda udfører målrettede eksperimenter for at teste dem. Implementeringen af \u200b\u200bandre, at dømme efter det generelle niveau for udvikling af videnskab og teknologi, kunne begynde meget tidligere, end de opstod. Idéen om at bruge lasere og andre kraftige kilder til elektromagnetisk stråling i rumfremdrivningssystemer var hverken forud for begivenhederne eller sent. Dens fødsel faldt næsten sammen med fremkomsten af \u200b\u200bmuligheder for at udføre arbejde med det formål at gennemføre denne idé.

Problemet med at lancere rumfartøjer i kredsløb i dag ligger ved krydset mellem flere områder inden for fysik og teknologi: rummotorer, lasere, interaktion mellem stråling og stof, mekanik, modtagelse og transmission af kraftige stråler af elektromagnetisk stråling osv. Hvert af disse områder af videnskab og teknologi har mange applikationer, og derfor bestemmes fremskridt i udviklingen af \u200b\u200bideer til laserinjektion ikke kun (og i den indledende fase og ikke så meget) af parametrene for eksperimentelle enheder, men også af de egenskaber, som besidder elementerne inkluderet i systemer til andre formål.

I denne henseende vil jeg gerne bemærke det arbejde, der i fremtiden vil finde direkte anvendelse i systemer med fjernforsyning af rumfartøjer. Vi vil tale videre om rumkraftværker. Spørgsmålet om oprettelse af satellit-solenergianlæg (SPS) er blevet overvejet seriøst siden begyndelsen af \u200b\u200b70'erne, da det blev klart, at der er alvorlige begrænsninger i evnen til at imødekomme energibehovet i de fleste lande fra fossile kilder. Energikrise i vestlige lande 1973-1974 gav yderligere drivkraft til implementeringen af \u200b\u200bdette problem.

Ifølge ideerne, der blev udviklet i processen med at diskutere mulighederne for at skabe SSE, vil sidstnævnte være flade felter af solbatterier eller andre modtagere af solstråling med områder på hundreder af kvadratkilometer, placeret i geostationære eller stærkt elliptiske baner og - konstant orienteret mod solen. En del af solenergien, der falder på modtagerne (15–20%), omdannes til elektrisk energi. Med et areal på 100 km 2 vil den samlede elektriske kraft fra et sådant kraftværk, der er anbragt i kredsløbet til en kunstig jordsatellit, være 15–20 GW, dvs. kapaciteten, at 4-5 vandkraftværker i Bratsk type har. Det forventes, at massen af \u200b\u200bSSE måles i titusinder af tons.

Et alvorligt problem er transmission af energi modtaget ved SSP til forbrugere, der kan placeres i afstande op til titusinder af kilometer fra kraftværket. Et effektivt og praktisk taget det eneste middel til at overføre energi modtaget ved SSP er transmission ved hjælp af retningsbestemt elektromagnetisk stråling. Oprindeligt skulle det til dette formål bruge et mikrobølgeenergitransmissionssystem med en bølgelængde på 10-12 cm. Valget af dette interval var ikke utilsigtet. Det har en række fordele, herunder gennemsigtigheden af \u200b\u200bionosfæren og atmosfæren for elektromagnetiske bølger (inklusive overskyet vejr og nedbør), en veludviklet teknik, der er i stand til at give en høj effektivitet til at konvertere jævnstrøm til mikrobølgeenergi osv.

Effektiv transmission af energi uden tab over afstande på 40.000 km (dvs. fra en meget elliptisk eller geostationær bane til Jorden) kræver imidlertid en rumsendeantenne på 1 km og en jordbaseret modtageantenne 10-15 km på tværs. I denne henseende vises mere og mere interesse for energioverførselssystemer ved hjælp af laserstråling.

Hvis elektrisk energi omdannes til laserstråling, skal lasersenderen (ved en bølgelængde på 10,6 mikron) have en sendeantenne med en diameter på 31 m, og dimensionerne på modtagerantennen på Jorden er 31 x 40,3 m. Laseren systemet kan overføre energi ikke kun til Jorden, men også til andre satellitter såvel som at levere strøm til fremdrivningssystemer fra fly og rumfartøjer. Hvis den maksimalt tilladte energistrøm for et mikrobølgesystem ikke overstiger 23 MW / cm 2, kan den maksimale strålingsenergistrøm for et lasersystem designet til en effekt på 500 MW nå 185 W / cm 2 uden stigende tab for interaktionen af lysstrålen med atmosfæren.

En af de mulige muligheder for et laserenergisystem er lanceringen af \u200b\u200ben SCE til en solsynkron bane med lav jord, den efterfølgende konvertering af solenergi om bord til laserstråling og overførsel af sidstnævnte til en eller to relaysatellitter i geostationær bane. Og endelig transmission af laserstråling fra disse satellitter til modtagestationer på Jorden.

Bemærk, at konfigurationen af \u200b\u200belsystemet ved hjælp af relaysatellitter kun er mulig, når du arbejder i laserbølgelængdeområdet. Samtidig giver lancering af en SSP i en lav polar bane (og ikke i en stationær eller meget elliptisk bane, som i det originale koncept) 6-10 gange at reducere den samlede masse af gods, som skal injiceres i en reference bane for at sikre oprettelsen af \u200b\u200ben SSP. Generelt, når der anvendes en række lovende tekniske løsninger, vil laserenergisystemer sandsynligvis have alvorlige fordele i forhold til systemer, der opererer i mikrobølgeovnen med hensyn til massekarakteristika med hensyn til miljøforurening og omkostninger.

Den samlede effektivitet af sådanne systemer kan nå 8-12%, hvilket er ret sammenligneligt med den samlede effektivitet af mikrobølgesystemer. Men i modsætning til mikrobølgesystemer er lasersystemer ikke vejrudsigt, da laserstråling absorberes stærkt, når de formerer sig i skyer og nedbørsområder. Dette problem kan tilsyneladende løses ved at oprette backup-modtagestationer såvel som ved at placere modtagestationer i områder med lav sandsynlighed for nedbør. Når du bruger laserrumkraftværker som en ekstern energikilde til acceleration af rumfartøjer og raketter, kan vejrforhold kun påvirke den atmosfæriske del af banen.

MOTORER, DER BRUGER EKSTERNE VÆGTKILDER

I næsten alle de tidligere betragtede fremdrivningssystemer koncentreres den masse, hvorfra raketten frastødes (den kastede masse), på siden af \u200b\u200braketten. For at opbevare massen kræves kampvogne og deres understøttende struktur, hvilket i høj grad øger raketens masse, begrænser dens affyringsmasse og reducerer med en given massereserve den karakteristiske hastighed af nyttelasten. Derfor er ønsket naturligvis ønsket om at bruge eksterne masser i raketmotorer, svarende til hvordan dette gøres i land- og lufttransport, når enten jorden selv eller dens atmosfære bruges som den projicerede masse.

Der er udført meget forskning i brugen af \u200b\u200bjordens atmosfære til udsendelse af raketter fra jordens overflade. Samtidig forventedes en dobbelt sejr. For det første kan ilt i luften fungere som et oxidationsmiddel for det brændstof, der er lagret om bord på raketten, hvilket svarer til at øge den samlede energi, der er lagret om bord på raketten. For det andet vil en stigning i mængden af \u200b\u200bkasseret masse reducere udstødningshastigheden, og følgelig vil trykeffektiviteten øges i den indledende del af flyvebanen. Derudover er det ved en given motorkraft på grund af den ekstra kasserede masse muligt at øge stød og lancere raketter af store affyringsmasser.

Som kilde til ilt og yderligere masse bruges luft i vid udstrækning i moderne gasturbine- og ramjetmotorer (VRM).

Funktionsprincippet for VRM er, at luften, der kommer ind i motoren med flyets hastighed, øger dens hastighed på grund af den energi, der frigøres i motoren. Forskellen i lufthastigheder ved indgangen til motoren og ved udgangen fra den, ganget med masseluftstrømmen, er nøjagtigt lig med motorkraften. Da for en given energifrigivelse og alt andet lige er, vil den relative stigning i lufthastighed falde, så med en stigning i flyets hastighed vil VRM's tryk tilsvarende falde.

Begrænsningerne på flyvehastigheden for motorer, der bruger en ekstern masse, kan reduceres betydeligt, hvis energien fra nukleare reaktioner påføres og leverer den til luften enten direkte (som i gasfasereaktorer) eller fra en strømkilde. I det første tilfælde vil fjernelse af radioaktive produkter i atmosfæren forekomme, i det andet på grund af de store masser af det indbyggede kraftværk bliver det umuligt at starte fra jordens overflade. Derfor betragtes brugen af \u200b\u200bekstern masse i sådanne motorer kun i det ydre rum.

På grund af den lave massefylde i rummet giver traditionelle ordninger for luftsamlere i form af et rør med en klokke kun mening i meget lave kredsløb (100-120 km). For højere højder kan effektiviteten af \u200b\u200bluftindtaget øges betydeligt ved at udstyre motoren med en magnetfeltkilde (solenoid). Det interplanetære medium er en ioniseret gas (plasma), og graden af \u200b\u200bionisering stiger med afstanden fra jorden, og der starter næsten fuldstændig ionisering med start i højder på 10.000 km.

Som allerede angivet forhindres bevægelsen af \u200b\u200bplasmapartikler over magnetfeltets kraftlinjer, og magnetfeltet kan spille rollen som en tragt, der leder strømmen af \u200b\u200bladede partikler ind i motoren. Som et resultat kan det effektive område af masseindtaget ved praktisk opnåelige magnetfelter øges flere tusinde gange.

For eksempel for en magnetfeltkilde i form af en sløjfe med en strøm på 15 m i diameter og en magnetfeltinduktion i midten af \u200b\u200b10 Tc, vil det område, hvorfra plasmastrømmen opsamles, være ca. 2 km 2 . En motor med et lignende masseindtag i lave baner med en udstødningshastighed på 100 km / s kan skabe et tryk på 2 kgf og forbruge 200 kW kraft til at skabe tryk.

Sådanne motorer kan være egnede til transportoperationer mellem baner i højder fra 300 til 10.000 km. Ovenfor falder mediumets tæthed skarpt, og i det interplanetære rum er koncentrationen af \u200b\u200bpartikler kun 10 cm –3, hvilket svarer til en densitet på 10-20 kg / m 3. For at forestille os en sådan grad af sjældenhed af stof, lad os bruge den figurative sammenligning af den berømte engelske astronom J. Jeans: "Med en udånding kunne en flue fylde en hel katedral med luft med sådan tæthed."

Massestrømmen gennem motoren vil selvfølgelig øges med en stigning i rakethastigheden, men på grund af en stigning i strømningsenergien ved en konstant magnetisk feltstyrke vil den effektive størrelse af det magnetiske indtag også formindske. Som et resultat vil masseforbruget kun vokse i forhold til hastighedens kubiske rod.

Hvis motoren, der er udstyret med en magnetisk masseoptagelse, er rent ionisk (uden kompensation for opladningen af \u200b\u200bde udskudte partikler), er en vis forøgelse af den eksterne massestrøm mulig på grund af udseendet af en elektrisk ladning på raketten. For eksempel, hvis motoren accelererer positivt ladede ioner, får den en negativ ladning og begynder at tiltrække ionerne i det ydre rum. Disse ioner kan ledes ind i en accelererende enhed ved hjælp af et magnetfelt og bruges som arbejdsfluid.

For at opnå på denne måde tilstrækkelige masseudgifter ved densiteten af \u200b\u200bdet interplanetære medium kræves imidlertid meget høje potentialer for raketten i forhold til det omgivende rum. For et rumfartøj med en diameter på 15 m ved et potentiale på 10 6 V vil massestrømmen være 4 · 10 –8 kg / s. Med yderligere acceleration af denne strøm, f.eks. Med et potentiale 10 gange større, vil motorens tryk være 0,03 kgf. Men acceleration med en potentiel forskel på 107 V svarer til energien fra partikler dannet under termonukleare reaktioner. I dette tilfælde, hvis du bruger dem som den kasserede masse, vil tilføjelsen af \u200b\u200bpladsplasmaioner ikke give en mærkbar forstærkning i fremdrift.

Sammenfattende alt, hvad der er blevet sagt, kan vi konkludere, at brugen af \u200b\u200bdet interplanetære, og endnu mere, det interstellære medium som et arbejdsmedium for raketmotorer bliver mulig, hvis egenskaberne ved de eksisterende kilder til magnetfeltet øges med hundreder af tusinder af gange. Vejene for en sådan stigning er i øjeblikket ikke engang kendt.

Imidlertid er der i det interplanetære rum et tilstrækkeligt antal makrolegemer - planeter, deres satellitter, asteroider, meteoritter. Vi vil ikke røre ved den direkte brug af de klipper, der udgør kosmiske kroppe og deres atmosfærer. I princippet kan de stoffer, der udgør rumlegemer, bruges i en hvilken som helst af de motorer, der er beskrevet her. Lad os kun overveje metoderne til kontaktløs brug af makrolegemer.

Gravitationsinteraktionen manifesteres stærkest i det ydre rum. Desværre er mulighederne for at bruge det til at fremskynde rumfartøjer meget begrænsede. Faktisk flyver forbi et rumlegeme, raketten vil accelerere på grund af sin tiltrækning, indtil den passerer punktet for minimumsindflyvning. Yderligere vil dens deceleration begynde, og den samlede ændring i raketens kinetiske energi vil være lig med nul. Hvis det efter den nærmeste tilgang ville være muligt at screene tyngdekraften eller ændre dens tegn til det modsatte, ville mange problemer med rumflyvninger let løses. Men ak, moderne videnskab ved ikke engang, om sådanne manipulationer med tyngdefeltet overhovedet er mulige.

Ikke desto mindre kan gravitationsinteraktionen i nogle tilfælde bruges til at reducere massereserven om bord. Dette gælder primært for rotation af rumfartøjets orbitale planer. For eksempel, når en geostationær satellit, der kredser om månen, lanceres, kan drivstofforbruget reduceres med 10% sammenlignet med en direkte affyring. Desuden er "fremdrivningssystemer mulige, der fungerer på grund af inhomogeniteter i tyngdefeltet, som ikke kræver massereserver ombord for at flytte nyttelasten i tyngdefeltet."

Deres funktionsprincip er baseret på brugen af \u200b\u200bde såkaldte tidevandskræfter (fig. 14). Hvis to masser forbundet med et kabel roterer i kredsløbet til en kunstig satellit på jorden, bevæger et sådant system generelt sig med en hastighed svarende til kredsløbet for dets massecenter. Som et resultat vil massen længst væk fra Jorden have en større hastighed, end det er nødvendigt for dens ligevægtsbevægelse, og derfor skal en overskydende centrifugalkraft virke på den. For den masse, der er tættest på Jorden, er hastigheden tværtimod mindre end ligevægten, og der er en overskydende tyngdekraft, lige og modsat rettet kraft påført den øvre masse.

Disse kræfter kaldes tidevandskræfter. De strækker rebet, og ved friktionsløsning af rebet vil vi tvinge tidevandskræfterne til at udføre arbejdet. Dette arbejde udføres på grund af systemets kinetiske energi, og som et resultat flytter dets tyngdepunkt til en lavere bane. Ligeledes forårsager tidevandskræfterne, der virker mellem planeterne, deres gensidige konvergens. For eksempel fører tidevand fra Månen som følge af friktion mod Jordens overflade til et fald i afstanden mellem Månen og Jorden.

Omvendt, ved at arbejde mod virkningen af \u200b\u200btidevandskræfter, er det muligt at hæve kredsløbet til systemets tyngdepunkt. For at gentage cyklussen, når masserne er trukket helt sammen, skal de skubbes væk med et kabel, der kan åbnes frit. Men effektiviteten af \u200b\u200bet sådant fremdrivningssystem i nær jordrum er meget lav.

Tidevandskræfternes størrelse er lig med produktet af tyngdeacceleration i kredsløbet ved forholdet mellem afstanden mellem masserne og kredsløbets radius. I en bane med en højde på 350 km med en afstand mellem masserne på 10 km er den 1,4 · 10 -2 N / kg, i en geostationær bane - 7 · 10 -5 N / kg. Arbejdet i en mødecyklus er henholdsvis 7 · 10 –2 og 3,5 · 10 –4 J / kg. For at overføre et rumfartøj fra en bane med en højde på 350 km til en geostationær bane (35.880 km) tager det cirka 108 cykler. Selv hvis vi antager, at hver cyklus er afsluttet på 1 sek., Vil en sådan bevægelse tage mere end 10 år.

Fig. 14. Diagram over "tyngdekraftsmotoren" (pile angiver retning af tidevandskræfter): 1 - nyttelast, 2 - kabel, 3 - kabelviklingsanordninger, 4 - jord

Det er muligt, at når menneskeheden begynder at skabe bosættelser i det nærmeste jordrum, og det vil være nødvendigt at transportere mange millioner tons gods til høje baner, vil en sådan langsom bevægelsesmetode finde sin anvendelse. Dens fordele er åbenlyse: fuldstændig fravær af forbrugt masse og fremdrivningssystemets lave effekt.

Da folk i modsætning til gravitationsinteraktionen har lært at kontrollere den elektromagnetiske interaktion, er det muligt at skabe motorsystemer ved hjælp af makrolegemer på dette grundlag. I det enkleste tilfælde er en sådan motor en ladet partikelaccelerator. Når man flyver forbi et rumlegeme, bestråles det med ladede partikler (for eksempel elektroner). Som et resultat er rumlegemet og raketten bærere af ladninger af modsatte tegn.

Tiltrækning af ladninger fører til accelerationen af \u200b\u200braketten. Efter den maksimale tilgang af raketten med rumlegemet kan du enten slukke for gaspedalen, og opladningerne kompenseres hurtigt af det ydre rums plasma, eller mens ladningen på rumlegemet forbliver, genoplades raketten og derefter tiltrækningskræfter vil blive til frastødende kræfter.

Forøgelsen i rakethastighed på grund af denne interaktion er proportional med den potentielle forskel mellem raketten og det ladede legeme. For et rumfartøj med en masse på 10 ton ved en potentiel forskel på 106 V kan hastigheden for eksempel øges med henholdsvis 1 m / s og med 10 8 V med 100 m / s. Effektiviteten af \u200b\u200bdenne accelerationsmetode vokser med en stigning i raketens og den ladede krops relative hastighed, og ved hastigheder større end 10 km / s kan den nå 20%.

På grund af de små hastighedsforøgelser i en opladningscyklus tilrådes det at bruge sådanne fremdrivningssystemer i de områder af rummet, hvor møder med kosmiske kroppe er ret hyppige (for eksempel i asteroidebæltet). Derudover kan den elektrostatiske acceleration af raketter være nyttig i tilfælde af store laststrømme mellem kredsløbene til jordsatellitter. Derefter kan følgende flymønster implementeres. Et system af satellitter, hvoraf nogle er udstyret med ladede partikelacceleratorer, bringes tæt på hinanden modsatte baner (kredsløb med modsat rotation). Ved at oplade modstående satellitter med modsat rotation kan du ændre parametrene for kredsløbene i hele systemet. I dette tilfælde er alle betingelserne for effektiv brug af denne accelerationsmetode opfyldt: en høj frekvens af møder og høje relative hastigheder.

En af de væsentlige ulemper ved elektrostatisk acceleration af rumfartøjer er bombardementet af deres overflade med partikler af pladsplasma accelereret til høje energier af det elektriske felt i rumfartøjet. Resultatet er gennemtrængende gamma- og røntgenstråling. Denne ulempe vil være fraværende, når der anvendes magnetisk interaktion.

Hvis raketten er udstyret med en magnetfeltkilde, vil den interagere med jordens magnetfelter, planeter og jernnikkelasteroider. Intensiteten af \u200b\u200bkosmiske magnetfelter er adskillige størrelsesordener højere end intensiteten af \u200b\u200belektriske felter i sammenlignelige enheder. Men desværre har magnetfeltet en dipolkarakter, og dets kraftinteraktion manifesterer sig kun i nærvær af inhomogeniteter (gradient). Gradienten af \u200b\u200bkosmiske felter er meget lille: for at opnå en interaktionskraft, for eksempel 0,1 kgf, med jordens magnetfelt, er der brug for en solenoid, der har mere end 10 6 ampere-omdrejninger og en diameter på 100 m. Med eksisterende metoder til at opnå et magnetfelt, en raket med en sådan magnetventil, selvom vi forsømmer massen af \u200b\u200bnyttelasten, vil den kun have en acceleration på 10 –6 m / s 2.

Mere lovende er brugen af \u200b\u200bmagnetiske systemer i den tidligere beskrevne interorbitale transport ved transport af grupper af satellitter, der roterer i modsatte kredsløb. På grund af gensidig tiltrækning eller frastødning af sådanne køretøjer er det muligt at ændre deres kredsløbshastighed. Men da magnetfeltet på grund af dets dipol-natur falder i forhold til afstandens terning og det elektriske felt til kvadratet, vil sådanne fremdrivningssystemer være ringere end elektrostatiske i deres massekarakteristika.

Den moderne teori om elektromagnetisme indrømmer eksistensen af \u200b\u200bmagnetiske monopol - analoger af elektriske ladninger. Hvis sådanne monopoler opdages, og de kan opnås i tilstrækkelige mængder, åbner enorme muligheder for rumteknologi. En raket med en monopol magnetisk ladning kunne starte fra jordens overflade uden nogen udgift af ombordmasse, kun på grund af interaktion med dens magnetfelt og derefter fortsætte med at accelerere i interstellære og interplanetære felter.

OM RETTEN TIL AT BORES OG OVERLEVE

Vejen til implementering af nye typer motorsystemer er lang og vanskelig, og de oprettes som regel kun, når deres fordele i forhold til de eksisterende ikke udtrykkes i procentenheder, men væsentligt ændrer situationen. Enten forbedrer dette de økonomiske indikatorer for transportoperationer drastisk, eller de gør det muligt at løse problemer, der ikke kan løses med de allerede tilgængelige midler.

Hvad er forskellige fremdrivningssystemers evner til at løse de mest astronautiske problemer?

Organisering af stor last strømmer fra jordens overflade til lave baner. Problemet løses kun ved brug af højtryksmotorer; det tilrådes derfor at overveje sådanne måder at løse det på som kemiske motorer, termiske nukleare og termonukleare motorer og højtryksmotorer med fjernstyret transmission. Af disse motorer hører hovedrollen til at løse problemet med lancering i lav bane og vil i lang tid tilhøre kemiske motorer. Med hensyn til energi- og trykegenskaber er gasfase-nukleare motorer og termonukleære motorer velegnede til at løse dette problem, men faren for radioaktiv forurening af atmosfæren er for stor.

Generelt skal det bemærkes, at med intensiveringen af \u200b\u200blaststrømmene fra jordoverfladen til lave baner, bliver spørgsmålene om at minimere påvirkningen på naturlige processer fra affyringsbiler bliver stadig vigtigere. Med en tilstrækkelig lav affyringsintensitet og en relativ "lav effekt" af affyringsvogne er naturlige processer i atmosfæren og ionosfæren i stand til at kompensere for lokale forstyrrelser af parametre genereret under missiludskud. Som et eksempel kan vi nævne processen med at stramme "vinduet", der vises i ozonlaget, når det interagerer med raketfakkelen. Imidlertid er de kompenserende muligheder for det naturlige miljø ikke ubegrænsede, og dette kan ikke ignoreres.

Kravet om en minimal indvirkning på naturlige processer vil tilsyneladende tjene som et yderligere incitament til oprettelsen af \u200b\u200bløftebiler, der bruger eksterne energikilder. På grund af det faktum, at i motorer med eksterne energikilder (især med laserkilder) kan en række stoffer bruges som arbejdsfluid, bliver det muligt at vælge en arbejdsfluid med minimal indvirkning på naturlige processer.

Et andet attraktivt aspekt ved brug af motorer med eksterne kilder i affyringsbiler er det faktum, at den mest komplekse del af udstyret (energikilde og lasertransmitter) er placeret uden for køretøjet og ikke udsættes for påvirkninger, der er karakteristiske for startfasen (overbelastning, vibration osv.).), og er tilgængelig til service og reparation. Endelig er et sådant lanceringssystem et genanvendeligt system (i det mindste i betydningen at bruge udstyret til systemets jorddel), hvilket er meget vigtigt for organiseringen af \u200b\u200bintensive laststrømme.

Af disse grunde vil motorer, der bruger energien fra lasere, der er placeret på jorden eller i nærheden af \u200b\u200bjorden, i det lange løb seriøst konkurrere med den traditionelle lanceringsmetode, især i problemer med masselancering af relativt små belastninger. Udseendet af sådanne systemer bør forventes i begyndelsen af \u200b\u200bdet næste århundrede, samtidig med at det er planlagt at implementere de første SSE'er af industriel betydning.

Transport af voluminøs last fra lave baner til høje baner og omvendt, transport af lignende gods fra Jordens bane til Månen. I modsætning til udsendelse af belastninger i en lav bane kan denne operation udføres af motorer med både høj og lav fremdrift. Når der anvendes højtryksmotorer, når rumfartøjet en høj bane eller nærhed af Månen meget hurtigere end ved brug af lavtryksmotorer (enheder og titusinder af kilo-effekt). Imidlertid afhænger den del af nyttelasten, der leveres til en høj bane, af arbejdsfluidens hastighed, og her kan lavtryksmotorer have fordele i forhold til nogle typer højtryksmotorer.

Især viser en komparativ analyse af mulighederne for at løse dette problem ved hjælp af flydende raketmotorer og elektriske jetmotorer med atomkraftværker, at hvis andelen af \u200b\u200bgods leveret fra en lav bane til en stationær i første omgang er omkring 30%, så i det andet er det 60-65%. Denne omstændighed kan være af afgørende betydning, når man vælger leveringskøretøjer til transport af omfangsrig gods, når den afgørende faktor er mængden af \u200b\u200bgods, der transporteres i en flyvning, og ikke varigheden af \u200b\u200bden sidste.

Anvendelsen af \u200b\u200blavtryksmotorer har en funktion, der kan være en stor fordel for et antal transporterede varer: lavtryk skaber små overbelastninger. I denne henseende bliver det muligt at samle store strukturer i lav kredsløb og derefter flytte dem til høje uden at stille strenge krav til overbelastning på strukturen, der er skabt på denne måde, som er typiske ved brug af højtryksmotorer.

I de næste to årtier vil tilsyneladende kun væskedrivende raketmotorer og elektriske jetmotorer med solpaneler eller atomkraftværker blive brugt til den operation, der overvejes.

I fremtiden kan motorer med eksterne kunstige energikilder bruges (og ganske effektivt) til transportformål og inden for månens kredsløb. Så en laserstråle kan bruges som energikilde til de samme elektriske jetmotorer, men det er selvfølgelig meget mere effektivt at bruge sin energi direkte til at fremskynde arbejdsfluidet

Et naturligt spørgsmål, der opstår, når man diskuterer problemet med at bruge lasermotorer i afstande på op til 300 tusind km: Hvad skal parametrene være for en installation, der danner en stråle, der overfører elektromagnetisk energi over en sådan afstand uden betydelige tab?

Beregninger viser, at det ved afstande på 300 tusind km er nødvendigt at have antenner med en størrelse på 30-40 m på apparatet og ved kraftværket. Desuden skal nøjagtigheden af \u200b\u200boverfladeproduktion for disse antenner opretholdes op til 0,1 µm. Derfor er det klart, at det er ekstremt vanskeligt at bruge den energi, der opnås på denne måde, til at skabe et stort skub. På den anden side er det næppe tilrådeligt at transmittere relativt lave kræfter (op til flere megawatt) gennem en sådan unik kanal, om ikke kun af grunden til, at det i stedet for modtageantennen er mere rentabelt at placere et solbatteri på enheden.

Ikke desto mindre er der tilsyneladende muligheder for anvendelse af fremdrivningssystemer ved hjælp af laserstråling til transportoperationer med høj kredsløb og transport af varer til månen, hvilket er berettiget både teknisk og økonomisk. Der er tekniske vanskeligheder og problemer på denne vej, men de synes at være ret overkommelige inden for rammerne af en rimelig ekstrapolering af moderne teknologi.

Bemandede interplanetariske flyvninger. Talrige flyvninger med robotstationer til Venus, Mars og solens planets fjerne planeter har skabt indtryk af, at dette er en opgave i dag snarere end i morgen. Under alle omstændigheder er bemandede flyvninger til Mars og Venus længe ophørt med at være genstand for science fiction litteratur. Samtidig synes den mulige løsning af disse problemer inden for rammerne af moderne teknologi, dvs. kun anvendelse af raketmotorer med flydende drivmiddel, ekstremt besværlig og ekstremt dyr. En af de mest "beskedne" muligheder for en ekspedition til Mars forestiller sig, med en nyttelast af et interplanetarisk rumfartøj på 50 tons, lanceringen af \u200b\u200brumfartøjs strukturelle elementer og brændstof med en samlet masse på 500-700 tons i lav bane med fem til syv lanceringer af Saturn-5 raketter.

Men det er ikke selve den indledende masse, der er skræmmende, men behovet for at udføre en stor mængde komplekst installationsarbejde i rummet. Tilbagetrækningen af \u200b\u200ben samlet nyttelast, der vejer 500 - 1000 tons, vil som allerede nævnt være en almindelig opgave for de førende rummagter i slutningen af \u200b\u200b1980'erne. Det skal bemærkes, at til løsning af problemet med en flyvning til Mars ved hjælp af elektriske fremdrivningsmotorer med lavt tryk og atomkraftværker eller ved hjælp af en fastfaset atomreaktor med en udstrømningshastighed på ca. 9 km / s, indsprøjtes den samlede masse i referencebane vil være 150-200 ton. Varigheden af \u200b\u200bMars-ekspeditionen er i alle tilfælde omtrent den samme - 2 år 8 måneder.

At reducere ekspeditionens varighed med 2 gange kræver en stigning i størrelsesorden i energiomkostninger. Samtidig er det meget ønskeligt at nedbringe varigheden af \u200b\u200bekspeditioner til planeterne. Her åbner der store udsigter sig for motorer med høj energiydelse, især gasfase-nukleare motorer, termonukleære og pulserende termonukleare motorer. Det er let at se, at vi her taler om motorer, hvor problemet med at skabe er på randen af \u200b\u200bmoderne teknologiske muligheder. I denne henseende kan der i det mindste i de første faser af bemandede interplanetære flyvninger opnås en betydelig gevinst ved brug af motorer, der bruger eksterne kilder til elektromagnetisk stråling som motorer med højt tryk, når de starter fra satellitbanen.

Sammenlignende egenskaber ved forskellige typer motorer til Mars-ekspeditionen er angivet i tabellen. 2.

tabel 2

Ekspeditioner til Mars

Er fly til stjernerne rigtige? Ifølge moderne koncepter er fotonmotorer, der bruger reaktionen af \u200b\u200budslettelse af stof med antimateriale, mest velegnet til interstellar rejse. Løsningen på problemet med oprettelse af sådanne motorer såvel som problemet med at skaffe brændstof til dem er imidlertid så langt fra mulighederne i moderne teknologi, at opskriften klart er meningsløs.

En gruppe britiske forskere forsøgte at analysere problemet med bemandede flyvninger til de nærmeste stjerner (Proxima Centauri ,? Centauri, Bernards stjerne), baseret på ikke alt for lang ekstrapolering af moderne teknologiske muligheder. Fra de systemer, der er mulige set fra moderne teknologis synspunkt, betragtede vi elektroreaktive med et atomkraftværk, accelerationssystemer med strålingsenergi fra en rumbaseret laser, solsejlsystemer og højtryks-nukleare motorer. Som det viste sig, kan de anførte motortyper af forskellige årsager ikke løse problemet, og her er hvorfor.

En elektrisk jetmotor med et atomkraftværk giver en for lav accelerationshastighed, hvilket fører til en lang rejse. Rumbaserede laserdrevne accelerationssystemer og solsejlsystemer er lettere end atomkraftsystemer, men den konverterede brøkdel af energi (til kinetisk energi fra rumfartøjsbevægelse) er så lille, at der også kræves lange accelerationstider. Højtryks-nukleare motorer såsom Nerva termiske nukleare motor kan give den krævede acceleration. Imidlertid er de udstrømningshastigheder, der kan opnås med sådanne systemer, i størrelsesordenen 10 km / s, hvilket betyder, at der kræves et meget stort masseforhold for at opnå den krævede endelige hastighed. Mængden af \u200b\u200bbrændstof, der kræves i alle sådanne systemer, gør dem umulige at realisere.

Forfatterne betragter fusionsmotoren baseret på mikroeksplosioner med indledningen af \u200b\u200breaktionen med en elektronaccelerator, der er beskrevet tidligere, som den nærmeste til implementeringen af \u200b\u200bet fremdrivningssystem, der er egnet til flyvning til stjernerne. Forfatternes konklusioner kan imidlertid ikke benægtes. Pointen her er både i mulighederne for at gennemføre den foreslåede ordning og i tilstedeværelsen af \u200b\u200bkonkurrerende ordninger.

For mere tydeligt at forestille sig, hvad et spring i motorernes egenskaber skal forekomme for at interstellar rejse bliver mulig, er det nok at se på tabellen. 3, som viser data relateret til flyvninger fra Jorden til den fjerneste planet i solsystemet - Pluto.

Tabel 3

Flyrejser til Pluto

Denne opgave er meget lettere end at flyve til stjernerne. Det er nok at sammenligne de afstande, der skal overvindes i begge tilfælde. Afstanden til Pluto, sollys, der forplantes med en hastighed på ca. 300.000 km / s, passerer på 5 timer, mens den til de nærmeste stjerner (? Centauri) - på 4,3 år. Ikke desto mindre kan direkte (dvs. uden brug af forstyrrende manøvrer) foretages til Pluto inden for en rimelig tid, hvis kun motorerne har parametre, hvis implementering er forbundet med oprettelsen af \u200b\u200btermonukleære motorer. Selv egenskaberne ved gasfase-nukleare motorer er utilstrækkelige til at udføre denne opgave.

Faktisk er det kun med fremkomsten af \u200b\u200bmotorer som termonukleære motorer, der er muligt at engagere sig alvorligt i bemandede flyvninger inden for hele solsystemet. I mellemtiden er det muligt at overveje mere eller mindre mestring kun fremdrivningsmidlerne, der giver bemandede orbitale flyvninger. På trods af alle de enorme succeser, som astronautikken allerede har opnået, kræves der en revolution (og måske mere end en) inden for teknologien til rumfremdrivning for bemandede flyvninger, først til fjerne planeter og derefter ud over solsystemet for at blive en realitet .

4. side af omslaget

Noter (rediger)

1

Det skal bemærkes, at programmet til at nå månen af \u200b\u200bmennesker allerede har kostet omkring $ 24 mia. Omkostningerne ved Mars-ekspeditionsprogrammet anslås til $ 70-80 mia.

2

Selvfølgelig, hvis der var reserver af raketdrivmidler på Månen, ville tankning af tomme tanke med dem give en endnu større gevinst i nyttelast. Men sådan en tankning svarer til en stigning i den indbyggede energireserve, og derfor gælder ovenstående overvejelser vedrørende den optimale udløbsrate ikke.

3

I raketeknologi, for at karakterisere motorer, i stedet for udstødningshastigheden, bruger de ofte et andet ækvivalent koncept - specifik tryk (specifik impuls), som er numerisk lig med udstødningshastigheden divideret med tyngdeacceleration (9,81 m / s 2), og måles følgelig i sekunder. Specifik stød svarer til stød, der er skabt som et resultat af forbruget af et arbejdsmedium med en masse på 1 kg i 1 sek. I det følgende vil vi sammen med strømningshastigheden også bruge dette koncept. Værdierne for den specifikke fremdrift for nogle arbejdsorganer er angivet i tabellen. en.

4

Mellemliggende opløsninger er mulige, når størstedelen af \u200b\u200buran er i fast tilstand, og kun en lille del af det er i gasformig fase. Men så er det vanskeligt at opnå en høj temperatur af arbejdsfluidet, da det meste af energien frigives ved en relativt lav temperatur.

5

I fly-VRM'er er afhængigheden af \u200b\u200bfremdrift af hastighed faktisk mere kompleks. Oprindeligt vokser det på grund af en stigning i effektiviteten af \u200b\u200bden termiske cyklus, da kompressionsforholdet med en stigning i hastighedshovedet øges. Fra en bestemt hastighedsværdi bliver den imidlertid lavere.

Man kunne starte denne artikel med en traditionel passage om, hvordan science fiction-forfattere fremsætter dristige ideer, og forskere derefter oversætter dem til virkelighed. Det kan du, men du vil ikke skrive i frimærker. Det er bedre at huske, at moderne raketmotorer, fast drivmiddel og væske, har mere end utilfredsstillende egenskaber for flyvninger over relativt lange afstande. De tillader at sætte lasten i jordens bane og levere noget til månen - også selvom en sådan flyvning er dyrere. Men at flyve til Mars med sådanne motorer er ikke længere let. Giv dem brændstof og oxidationsmiddel i de rigtige mængder. Og disse volumener er direkte proportionale med den afstand, der skal tilbagelægges.

Et alternativ til traditionelle kemiske raketmotorer er elektriske, plasma- og nukleare motorer. Af alle de alternative motorer har kun et system nået motorudviklingsstadiet - det nukleare (NRE). I Sovjetunionen og De Forenede Stater, tilbage i 50'erne i sidste århundrede, begyndte arbejdet med oprettelsen af \u200b\u200bnukleare raketmotorer. Amerikanerne arbejdede på begge versioner af et sådant kraftværk: reaktiv og impuls. Det første koncept involverer opvarmning af arbejdsfluidet ved hjælp af en kernereaktor og derefter udstødning gennem dyser. Pulsed NRE fremdriver til gengæld rumfartøjet gennem successive eksplosioner af en lille mængde atombrændstof.

Også i USA blev Orion-projektet opfundet, der kombinerede begge versioner af NRM. Dette blev gjort på følgende måde: små atomafgifter med en kapacitet på ca. 100 ton i TNT-ækvivalent blev skubbet ud af skibets hale. Metalskiver blev fyret efter dem. I afstand fra skibet blev ladningen detoneret, disken fordampet, og stoffet spredt i forskellige retninger. En del af det faldt i den forstærkede hale på skibet og flyttede det fremad. En lille stigning i tryk skulle have været tilvejebragt ved fordampning af pladen, der tog slagene. Enhedsomkostningerne ved en sådan flyvning skulle kun være 150 dollars på det tidspunkt pr. Kg nyttelast.

Det gik endda så langt som testning: erfaringen viste, at bevægelse ved hjælp af successive impulser er mulig såvel som oprettelsen af \u200b\u200ben fødeplade med tilstrækkelig styrke. Men Orion-projektet blev lukket i 1965 som kompromisløst. Ikke desto mindre er dette indtil videre det eneste eksisterende koncept, der kan tillade ekspeditioner i det mindste i solsystemet.

Indtil konstruktionen af \u200b\u200ben prototype var det kun muligt at nå en raketdrevet atomraketmotor. Disse var den sovjetiske RD-0410 og den amerikanske NERVA. De arbejdede efter det samme princip: I en "almindelig" atomreaktor opvarmes arbejdsfluidet, som, når det skubbes ud af dyserne, skaber tryk. Arbejdsvæsken i begge motorer var flydende brint, men på den sovjetiske blev heptan brugt som hjælpestof.

RD-0410's drivkraft var 3,5 tons, NERVA gav næsten 34, men den havde også store dimensioner: 43,7 meter i længde og 10,5 i diameter versus henholdsvis 3,5 og 1,6 meter for den sovjetiske motor. Samtidig var den amerikanske motor tre gange ringere end den sovjetiske med hensyn til ressourcer - RD-0410 kunne arbejde i en hel time.

Imidlertid forblev begge motorer på trods af deres løfte også på jorden og fløj ikke nogen steder. Hovedårsagen til afslutningen af \u200b\u200bbegge projekter (NERVA i midten af \u200b\u200b70'erne, RD-0410 i 1985) er penge. Kemiske motorers karakteristika er værre end atomkraften, men prisen på en affyring af et skib med en atomdrevet raketmotor med den samme nyttelast kan være 8-12 gange mere end en lancering af den samme Soyuz med en væske -drivmotor. Og dette er uden at tage hensyn til alle de omkostninger, der er nødvendige for at bringe nukleare motorer til egnethed til praktisk brug.

Nedlukningen af \u200b\u200b"billige" shuttlebusser og den nylige mangel på revolutionerende gennembrud inden for rumteknologi kræver nye løsninger. I april i år meddelte den daværende leder af Roscosmos, A. Perminov, sin hensigt om at udvikle og tage i brug en helt ny atomreaktor. Dette, ifølge Roskosmos, skulle radikalt forbedre "situationen" i hele verdens kosmonautik. Nu blev det klart, hvem der skulle blive de næste revolutionære inden for kosmonautik: udviklingen af \u200b\u200bden nukleare raketmotor vil blive udført af FSUE "Keldysh Center". Generaldirektøren for virksomheden, A. Koroteev, har allerede glædet offentligheden over, at det foreløbige design af rumfartøjet til den nye nukleare raketmotor vil være klar næste år. Motorprojektet skal være klar inden 2019, og test er planlagt til 2025.

Komplekset fik navnet TEM - transport- og energimodul. Den vil føre en gaskølet atomreaktor. Den direkte fremdrivningsenhed er endnu ikke besluttet: det vil enten være en jetmotor som RD-0410 eller en elektrisk raketmotor (EPM). Imidlertid er sidstnævnte type endnu ikke blevet brugt massivt hvor som helst i verden: kun tre rumfartøjer var udstyret med dem. Men det faktum, at reaktoren ikke kun kan levere motoren, men også mange andre enheder eller endda bruge hele TEM som et rumkraftværk, taler til fordel for EJE.

Den første i verden blev samlet i Rusland
nuklear rummotor

Af en eller anden grund gik den sensationelle nyhed af 10. august ubemærket forbi i verdenen og vores medier på baggrund af begivenhederne i den amerikanske Ferguson og i Ukraine.
Jeg vil forsøge at udfylde dette hul og lægge artiklen helt i overensstemmelse med det princip, som det er. Alle burde vide om en sådan begivenhed, og jeg er stolt af vores forskere og vores land.

Kernemotor til rumfartøjer

"På JSC maskinbygningsanlæg i Elektrostal nær Moskva samlede specialister det første brændselselement (TVEL) i et standarddesign til et rumnukleart fremdrivningssystem (NPP). Dette blev rapporteret af pressetjenesten fra State Atomic Energy Corporation "Rosatom."

Arbejdet udføres inden for rammerne af projektet “Oprettelse af et transport- og energimodul baseret på et atomkraftværk i megawatt-klasse”. Ifølge direktøren og generaldesigneren for NIKIET, Yuri Dragunov, skal kernekraftværket ifølge planen være klar i 2018, skriver Lenta.

”Med hensyn til reaktoranlægget, med hensyn til arbejdsområdet for State Atomic Energy Corporation Rosatom, går alt efter planen i overensstemmelse med køreplanen,” sagde Dragunov. Atomkraftværket er planlagt til at blive brugt til langdistance rumflyvninger og langvarig drift i kredsløb. Især oprettelsen af \u200b\u200bdenne installation vil gøre det muligt drastisk at reducere den krævede tidsperiode til Mars-ekspeditionen.

YEDS-projektet blev godkendt i 2009 af Kommissionen for modernisering og teknologisk udvikling af den russiske økonomi under Ruslands præsident. Udkast til design blev afsluttet i 2012

Dette er et spring i fremtiden. Denne motor giver os mulighed for først at lande på Mars og vende tilbage. Dette er et spring allerede i det 22. århundrede, en afbrydelse fra alle andre. I dag forsøger Rusland at dominere rumindustrien, der bygges nye rumhavne og raketter. Jeg håber, at vi vil være i stand til at returnere storheden i den engang tidligere sovjetiske kosmonautik "

Allerede i slutningen af \u200b\u200bdette årti kan der oprettes et rumfartøj til interplanetarisk atomdrevet rejse i Rusland. Og dette vil dramatisk ændre situationen både i nærrummet og på selve jorden.

YaEDU selv vil være klar til flyvning i 2018. Dette blev annonceret af direktøren for Keldysh Center, akademikeren Anatoly Koroteev. ”Vi er nødt til at forberede den første prøve (af et atomkraftværk i en megawatt-klasse. - Ca." Expert Online ") til test af flydesign i 2018. Uanset om det flyver eller ej, er det en anden sag, der kan være en kø, men den skal være klar til flyvning, ”sagde RIA Novosti til ham. Dette betyder, at et af de mest ambitiøse sovjet-russiske projekter inden for rumforskning går ind i fasen med øjeblikkelig praktisk implementering.

I 2010 beordrede Ruslands præsident og nu premierminister Dmitry Medvedev ved udgangen af \u200b\u200bdette årti at skabe et rumtransport- og energimodul i vores land baseret på et atomkraftværk i megawatt-klasse. Det er planlagt at afsætte 17 milliarder rubler fra det føderale budget, Roscosmos og Rosatom til udvikling af dette projekt indtil 2018. 7,2 milliarder af dette beløb blev allokeret til det statslige selskab Rosatom til oprettelse af en reaktorfacilitet (dette gøres af Dollezhal Research and Design Institute of Power Engineering), 4 milliarder - til Keldysh Center for oprettelse af en atomkraft fremdrivningssystem. RSC Energia agter 5,8 milliarder rubler at skabe et transport- og energimodul, det vil sige et raketskib.

Hvad er den praktiske anvendelse af denne udvikling for Rusland? Denne fordel overstiger langt de 17 milliarder rubler, som staten har til hensigt at bruge i 2018 på oprettelsen af \u200b\u200bet 1 MW nukleart drivkøretøj. For det første er det en dramatisk udvidelse af vores lands kapaciteter og af menneskeheden generelt. Et atomdrevet rumfartøj giver reelle muligheder for folk at rejse til Mars og andre planeter.

For det andet gør sådanne skibe det muligt at intensivere aktiviteterne i det nærliggende jordrum og give en reel mulighed for begyndelsen af \u200b\u200bkoloniseringen af \u200b\u200bMånen (der er allerede projekter til opførelse af atomkraftværker på Jordens satellit). ”Brug af nukleare fremdrivningssystemer overvejes for store bemandede systemer og ikke for små rumfartøjer, der kan flyve på andre typer installationer ved hjælp af ionmotorer eller solvindkraft. Det er muligt at bruge et atomkraftværk med ionpropeller på et interorbital genanvendeligt slæbebåd. For eksempel at transportere gods mellem lave og høje baner, at udføre flyvninger til asteroider. Du kan oprette et genanvendeligt måneskib eller sende en ekspedition til Mars, ”siger professor Oleg Gorshkov. Sådanne skibe ændrer dramatisk økonomien i udforskning af rummet. Ifølge beregningerne fra RSC Energia-specialister giver et nukleart drevet affyringsredskab mere end to gange en reduktion i omkostningerne ved lancering af en nyttelast i en kredsløbskreds i sammenligning med raketmotorer med flydende drivmiddel. For det tredje er dette nye materialer og teknologier, der vil blive skabt under gennemførelsen af \u200b\u200bdette projekt og derefter introduceret i andre industrier - metallurgi, maskinteknik osv. Det vil sige, dette er et af sådanne gennembrudsprojekter, der virkelig kan skubbe fremad både den russiske økonomi og verdensøkonomien.