अंतरिक्ष यान के लिए परमाणु इंजन। विस्फोट इंजन - रूसी इंजन भवन का भविष्य

मानवता ने हमेशा सितारों के लिए प्रयास किया है, लेकिन केवल 20 वीं शताब्दी में, विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, यह एक वायुहीन अंतरिक्ष तक पहुंचने में सक्षम था। गुरुत्वाकर्षण पर काबू पाना मुश्किल है, और लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, कुछ विशेष का आविष्कार करना आवश्यक था। रॉकेट इंजन का उपयोग परिवहन के ऐसे साधन के रूप में किया जाता था। और अगर हम विचार करें कि अब क्या है, और निकट भविष्य में क्या दिखाई दे सकता है, तो मानव जाति के लिए गहरी जगह की क्या संभावनाएं हैं?

रॉकेट इंजन क्या है और इसके प्रकार क्या हैं?

एक रॉकेट इंजन को एक तंत्र के रूप में समझा जाता है जिसमें कार्यशील तरल पदार्थ और ऑपरेशन के लिए ऊर्जा का स्रोत वाहन में ही स्थित होता है। यह पेलोड को पृथ्वी की कक्षा में लॉन्च करने का एकमात्र साधन है, और वायुहीन अंतरिक्ष में भी काम कर सकता है। मुख्य हिस्सेदारी ईंधन की संभावित ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में परिवर्तित करने पर बनाई गई है, जिसका उपयोग जेट स्ट्रीम के रूप में किया जाता है। ऊर्जा स्रोत के प्रकार के आधार पर, रासायनिक, परमाणु और इलेक्ट्रिक रॉकेट इंजन प्रतिष्ठित हैं।

दक्षता की एक विशेषता के रूप में, विशिष्ट आवेग (या जोर) की अवधारणा का उपयोग किया जाता है: कार्यशील माध्यम के बड़े पैमाने पर खपत के लिए गति का अनुपात। एम / एस में गणना। लेकिन भले ही रॉकेट मोटर्स में महत्वपूर्ण गति हो, इसका मतलब यह नहीं है कि उनका उपयोग किया जाता है। आप जानेंगे कि परमाणु और विद्युत तंत्र के बारे में पढ़ने से ऐसा क्यों होता है।

रासायनिक रॉकेट इंजन

वे एक रासायनिक प्रतिक्रिया पर आधारित होते हैं जिसमें ईंधन और एक ऑक्सीकरण एजेंट प्रवेश करते हैं। प्रतिक्रिया के दौरान, दहन उत्पादों को महत्वपूर्ण तापमान तक गर्म किया जाता है, जबकि वे इंजन को छोड़ने के लिए नलिका में विस्तार और गति करते हैं। इस तरह के एक इंजन द्वारा उत्पन्न गर्मी का उपयोग कार्यशील तरल का विस्तार करने के लिए किया जाता है, जिसमें गैसीय रूप होता है। इस प्रकार के तंत्र दो प्रकार के होते हैं।

ठोस प्रणोदक इंजन डिजाइन में सरल हैं, निर्माण के लिए सस्ते हैं, और महत्वपूर्ण भंडारण और तैयारी लागतों की आवश्यकता नहीं है। यह उनकी विश्वसनीयता और उपयोग में वांछनीयता को निर्धारित करता है। लेकिन एक ही समय में, इस प्रकार की एक महत्वपूर्ण खामी है - बहुत अधिक ईंधन की खपत। इसमें ईंधन और ऑक्सीडाइज़र का मिश्रण भी होता है। अधिक कुशल, लेकिन एक ही समय में जटिल एक तरल प्रणोदक रॉकेट इंजन है। इसमें, ईंधन और ऑक्सीकारक विभिन्न टैंकों में होते हैं और नोजल में मिल जाते हैं। एक महत्वपूर्ण लाभ यह है कि फ़ीड स्तर को विनियमित करना संभव है और, तदनुसार, अंतरिक्ष यान की गति। इस तथ्य के बावजूद कि ऐसे रॉकेट मोटर्स में कम विशिष्ट आवेग है, वे मजबूत जोर विकसित करते हैं। उनकी इस संपत्ति ने इस तथ्य को जन्म दिया है कि अब वे विशेष रूप से व्यवहार में उपयोग किए जाते हैं।

परमाणु रॉकेट इंजन

यह आधुनिक गति प्रणालियों के लिए संभावित एनालॉग्स में से एक है। एक परमाणु रॉकेट इंजन में, काम कर रहे तरल पदार्थ को ऊर्जा से गर्म किया जाता है जो रेडियोधर्मी क्षय या थर्मोन्यूक्लियर संलयन के दौरान निकलता है। इस तरह के तंत्र एक महत्वपूर्ण विशिष्ट आवेग को प्राप्त करने की अनुमति देते हैं। और उनका कुल जोर रासायनिक इंजनों की तुलना में है। लेकिन परमाणु ऊर्जा तंत्र कितने प्रकार के होते हैं? कुल 3:

1. रेडियोआइसोटोप।
2. परमाणु।
3. थर्मोन्यूक्लियर।

पृथ्वी के वातावरण में परमाणु रॉकेट इंजन का उपयोग विकिरण प्रदूषण के कारण काफी समस्याग्रस्त है। इस समस्या का एक संभावित समाधान गैस चरण प्रकार होगा।

इलेक्ट्रिक रॉकेट इंजन

इस प्रकार में भविष्य में विकास और उपयोग की सबसे बड़ी क्षमता है। इलेक्ट्रिक रॉकेट मोटर्स आशाजनक हैं। इसलिए, उनका विशिष्ट आवेग 210 किमी / सेकंड के मूल्यों तक पहुंच सकता है। इंजन 3 प्रकार के होते हैं:

1. इलेक्ट्रोथर्मल।
2. इलेक्ट्रोस्टैटिक (आयन रॉकेट इंजन, उदाहरण के लिए)।
3. विद्युत चुम्बकीय।

एक विशेषता (जिसके बारे में हम कह सकते हैं कि यह एक फायदा और नुकसान दोनों है) यह है कि विशिष्ट आवेग में वृद्धि के साथ, कम ईंधन की आवश्यकता होती है, लेकिन अधिक ऊर्जा। इस दृष्टिकोण से, एक आयन रॉकेट इंजन जो गैस पर चलता है, एक अच्छा मौका है। फिलहाल, इसका उपयोग कक्षीय स्टेशनों और उपग्रहों के प्रक्षेपवक्र को सही करने के लिए किया जाता है। बाहरी अंतरिक्ष में बिजली के सीमित स्रोत, साथ ही 100 किलोमीटर से अधिक की ऊंचाई पर प्रदर्शन के साथ समस्याएं, अब तक उनके व्यापक उपयोग में बाधा हैं। प्लाज्मा रॉकेट इंजन में उपयोग की काफी संभावनाएं होती हैं, जिसमें काम करने वाले तरल पदार्थ में प्लाज्मा अवस्था होती है, लेकिन फिर भी केवल प्रायोगिक अवस्था में होते हैं।

आधुनिक रॉकेट इंजन प्रौद्योगिकी को कक्षा में रखने का अच्छा काम करते हैं, लेकिन वे लंबी अंतरिक्ष यात्रा के लिए पूरी तरह से अनुपयुक्त हैं। इसलिए, एक दर्जन से अधिक वर्षों के लिए, वैज्ञानिक वैकल्पिक अंतरिक्ष इंजनों के निर्माण पर काम कर रहे हैं जो जहाजों को रिकॉर्ड करने की गति बढ़ा सकते हैं। आइए इस क्षेत्र के सात मुख्य विचारों पर एक नज़र डालें।

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स्थानांतरित करने के लिए, आपको किसी चीज़ से दूर जाने की ज़रूरत है - इस नियम को भौतिकी और अंतरिक्ष यात्रियों के अडिग स्तंभों में से एक माना जाता है। क्या ठीक से शुरू करने के लिए - पृथ्वी, पानी, हवा या गैस के जेट से, जैसा कि रॉकेट इंजन के मामले में - इतना महत्वपूर्ण नहीं है।

एक प्रसिद्ध विचार प्रयोग: कल्पना करें कि एक अंतरिक्ष यात्री बाहरी अंतरिक्ष में चला गया, लेकिन अंतरिक्ष यान से उसे जोड़ने वाली केबल अचानक टूट गई और व्यक्ति धीरे-धीरे उड़ने लगा। उसके पास एक टूलबॉक्स है। उसके कर्म क्या हैं? सही उत्तर: उसे उपकरण को जहाज से दूर फेंकने की आवश्यकता है। संवेग के संरक्षण के नियम के अनुसार, एक व्यक्ति को उपकरण से उसी बल के साथ दूर फेंक दिया जाएगा, जो किसी व्यक्ति से उपकरण के समान है, इसलिए वह धीरे-धीरे जहाज की ओर बढ़ेगा। यह जेट थ्रस्ट है - खाली जगह में स्थानांतरित करने का एकमात्र संभव तरीका। सच है, एमड्राइव, जैसा कि प्रयोगों से पता चलता है, इस अस्थिर बयान का खंडन करने की कुछ संभावना है।

इस इंजन के निर्माता ब्रिटिश इंजीनियर रोजर शायर हैं, जिन्होंने 2001 में अपनी खुद की कंपनी सैटेलाइट प्रोपल्शन रिसर्च की स्थापना की थी। एमड्राइव का डिज़ाइन काफी असाधारण है और आकार में एक धातु की बाल्टी है, जो दोनों सिरों पर सील है। इस बाल्टी के अंदर एक मैग्नेट्रॉन है जो विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करता है - एक पारंपरिक माइक्रोवेव में जैसा। और यह एक बहुत छोटा, लेकिन काफी ध्यान देने योग्य जोर बनाने के लिए पर्याप्त है।

लेखक खुद "बाल्टी" के विभिन्न छोरों पर विद्युत चुम्बकीय विकिरण के दबाव के अंतर के माध्यम से अपने इंजन के संचालन की व्याख्या करता है - संकीर्ण अंत में यह व्यापक से कम है। यह संकीर्ण अंत की ओर निर्देशित एक पुल बनाता है। इस तरह के इंजन के संचालन की संभावना एक से अधिक बार विवादित रही है, लेकिन सभी प्रयोगों में, शायर इंस्टॉलेशन का उद्देश्य की दिशा में जोर की उपस्थिति है।

जिन लोगों ने शेखर की बाल्टी की कोशिश की है, उनमें नासा, तकनीकी विश्वविद्यालय ड्रेसडेन और चीनी विज्ञान अकादमी जैसे संगठन शामिल हैं। आविष्कार का परीक्षण विभिन्न स्थितियों में किया गया था, जिसमें एक वैक्यूम भी शामिल था, जहां इसने 20 माइक्रोनवॉट्स के एक थ्रस्ट की उपस्थिति को दिखाया।

यह रासायनिक जेट इंजनों के सापेक्ष बहुत कम है। लेकिन, इस तथ्य को देखते हुए कि शायर का इंजन तब तक काम कर सकता है जब तक आप चाहते हैं, क्योंकि उसे ईंधन की आपूर्ति की आवश्यकता नहीं है (सौर बैटरी काम करने के लिए मैग्नेट्रॉन प्रदान कर सकती है), यह संभावित रूप से अंतरिक्ष यान को जबरदस्त गति से तेज करने में सक्षम है, जिसे एक के रूप में मापा जाता है। प्रकाश की गति का प्रतिशत।

इंजन के प्रदर्शन को पूरी तरह से साबित करने के लिए, कई और मापों को अंजाम देना और उत्पन्न होने वाले दुष्प्रभावों से छुटकारा पाना आवश्यक है, उदाहरण के लिए, बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा। हालांकि, शर इंजन के असामान्य जोर के लिए वैकल्पिक संभावित स्पष्टीकरण पहले से ही सामने रखे जा रहे हैं, जो सामान्य तौर पर भौतिकी के सामान्य नियमों का उल्लंघन करता है।

उदाहरण के लिए, संस्करणों को आगे रखा जा रहा है कि इंजन एक भौतिक वैक्यूम के साथ बातचीत के कारण जोर पैदा कर सकता है, जो क्वांटम स्तर पर गैर-शून्य ऊर्जा है और आभासी प्राथमिक कणों के लगातार उभरने और गायब होने से भरा है। अंत में कौन सही होगा - इस सिद्धांत के लेखक, खुद को या अन्य संशयवादियों - हम निकट भविष्य में पता लगाएंगे।

सौर पाल

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, विद्युत चुम्बकीय विकिरण दबाव डालता है। इसका मतलब है कि सिद्धांत रूप में इसे आंदोलन में परिवर्तित किया जा सकता है - उदाहरण के लिए, एक पाल की मदद से। जिस तरह पिछली शताब्दियों के जहाजों ने अपनी पाल में हवा को पकड़ा, भविष्य के अंतरिक्ष यान को सूरज की रोशनी या किसी अन्य स्टारलाइट को अपने पाल में पकड़ा जाएगा।

हालाँकि, समस्या यह है कि प्रकाश का दबाव बहुत कम है और स्रोत से बढ़ती दूरी के साथ घटता जाता है। इसलिए, प्रभावी होने के लिए, इस तरह के पाल को वजन में बहुत हल्का और क्षेत्र में बहुत बड़ा होना चाहिए। और इससे पूरी संरचना के विनाश का खतरा बढ़ जाता है जब यह एक क्षुद्रग्रह या अन्य वस्तु का सामना करता है।

अंतरिक्ष में सौर नौकायन जहाजों को बनाने और लॉन्च करने के प्रयास पहले ही हो चुके हैं - 1993 में, रूस ने प्रगति अंतरिक्ष यान पर एक सौर सेल का परीक्षण किया और 2010 में, जापान ने शुक्र के रास्ते में सफल परीक्षण किए। लेकिन किसी भी जहाज ने कभी भी पाल को अपने त्वरण के प्राथमिक स्रोत के रूप में इस्तेमाल नहीं किया है। एक अन्य परियोजना, एक इलेक्ट्रिक सेल, इस संबंध में कुछ अधिक आशाजनक है।

इलेक्ट्रिक सेल

सूरज न केवल फोटॉन का उत्सर्जन करता है, बल्कि विद्युत रूप से पदार्थ के आवेशित कणों: इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉन और आयनों का भी उत्सर्जन करता है। ये सभी तथाकथित सौर हवा का निर्माण करते हैं, जो सूर्य की सतह से हर सेकंड लगभग दस लाख टन द्रव्य निकालता है।

सौर हवा अरबों किलोमीटर में फैली है और हमारे ग्रह पर प्राकृतिक घटनाओं में से कुछ के लिए जिम्मेदार है: ज्यामितीय तूफान और उत्तरी रोशनी। पृथ्वी अपने स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा सौर हवा से सुरक्षित है।

सौर हवा, हवा की हवा की तरह, यात्रा के लिए काफी उपयुक्त है, आपको बस इसे पाल में उड़ाने की जरूरत है। फिनिश वैज्ञानिक पक्के जानुहेन द्वारा 2006 में बनाई गई इलेक्ट्रिक सेल परियोजना, बाहरी रूप से सौर के साथ बहुत कम है। इस इंजन में रिम \u200b\u200bके बिना एक पहिया के प्रवक्ता के समान कई लंबे, पतले केबल होते हैं।

यात्रा की दिशा के खिलाफ निकलने वाली इलेक्ट्रॉन बंदूक के लिए धन्यवाद, ये केबल एक सकारात्मक चार्ज क्षमता प्राप्त करते हैं। चूंकि एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान एक प्रोटॉन के द्रव्यमान से लगभग 1800 गुना कम है, इसलिए इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनाया गया थ्रस्ट एक मौलिक भूमिका नहीं निभाएगा। ऐसे पाल के लिए सौर वायु के इलेक्ट्रॉन महत्वपूर्ण नहीं हैं। लेकिन सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कण - प्रोटॉन और अल्फा विकिरण - रस्सियों से खदेड़ दिए जाएंगे, जिससे जेट जोर पैदा होगा।

यद्यपि यह जोर सौर पाल की तुलना में लगभग 200 गुना कम होगा, यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी रुचि रखती है। तथ्य यह है कि एक इलेक्ट्रिक सेल, अंतरिक्ष में डिजाइन, निर्माण, तैनाती और संचालन के लिए बहुत आसान है। इसके अलावा, गुरुत्वाकर्षण का उपयोग करते हुए, पाल आपको तारकीय हवा के स्रोत की यात्रा करने की अनुमति देता है, और न केवल इससे। और चूंकि इस तरह के पाल का सतह क्षेत्र सौर पाल की तुलना में बहुत कम है, यह क्षुद्रग्रहों और अंतरिक्ष मलबे के लिए बहुत कम असुरक्षित है। शायद हम अगले कुछ वर्षों में इलेक्ट्रिक सेल पर पहला प्रयोगात्मक जहाज देखेंगे।

आयन इंजन

पदार्थ के आवेशित कणों का प्रवाह, अर्थात आयन, न केवल सितारों द्वारा उत्सर्जित होता है। आयनित गैस को कृत्रिम रूप से भी बनाया जा सकता है। आम तौर पर, गैस के कण विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं, लेकिन जब इसके परमाणु या अणु इलेक्ट्रॉनों को खो देते हैं, तो वे आयनों में बदल जाते हैं। अपने कुल द्रव्यमान में, ऐसी गैस में अभी भी विद्युत आवेश नहीं होता है, लेकिन इसके व्यक्तिगत कण आवेशित हो जाते हैं, जिसका अर्थ है कि वे एक चुंबकीय क्षेत्र में जा सकते हैं।

आयन इंजन में, एक अक्रिय गैस (आमतौर पर क्सीनन) उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों की एक धारा द्वारा आयनित होती है। वे परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को खटखटाते हैं, और वे एक सकारात्मक चार्ज प्राप्त करते हैं। इसके अलावा, परिणामस्वरूप आयनों को 200 किमी / सेकंड के क्रम की गति के लिए एक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में त्वरित किया जाता है, जो रासायनिक जेट इंजनों से गैस के बहिर्वाह की दर से 50 गुना अधिक है। फिर भी, आधुनिक आयन थ्रस्टर्स में बहुत कम जोर होता है - लगभग 50-100 मिलीटन। ऐसा इंजन टेबल से हटने में भी सक्षम नहीं होगा। लेकिन उसके पास एक गंभीर प्लस है।

बड़े विशिष्ट आवेग इंजन में ईंधन की खपत को काफी कम कर सकते हैं। सौर बैटरी से प्राप्त ऊर्जा का उपयोग आयनित गैस के लिए किया जाता है, इसलिए आयन इंजन बहुत लंबे समय तक - बिना किसी रुकावट के तीन साल तक काम कर सकता है। इस तरह की अवधि के लिए, उसके पास अंतरिक्ष यान को गति देने के लिए समय होगा कि वह उस रासायनिक इंजन को गति दे जो कभी सपना नहीं था।

आयन इंजन एक बार से अधिक सौर मिशन की विशालता को विभिन्न अभियानों के हिस्से के रूप में रखते हैं, लेकिन आमतौर पर सहायक के रूप में, और मुख्य नहीं होते हैं। आज, प्लाज्मा इंजन आयन थ्रस्टर्स के संभावित विकल्प के रूप में तेजी से चर्चा कर रहे हैं।

प्लाज्मा इंजन

यदि परमाणुओं के आयनीकरण की डिग्री उच्च (लगभग 99%) हो जाती है, तो इस तरह के पदार्थ की एक समग्र स्थिति को प्लाज्मा कहा जाता है। प्लाज्मा राज्य केवल उच्च तापमान पर प्राप्त किया जा सकता है, इसलिए, प्लाज्मा इंजनों में आयनित गैस को कई मिलियन डिग्री तक गरम किया जाता है। ताप एक बाहरी ऊर्जा स्रोत - सौर पैनल या, अधिक वास्तविक रूप से, एक छोटे परमाणु रिएक्टर का उपयोग करके किया जाता है।

फिर गर्म प्लाज्मा को रॉकेट नोजल के माध्यम से बाहर निकाल दिया जाता है, जिससे एक आयन थ्रस्टर की तुलना में अधिक बार दसियों बार जोर पैदा होता है। प्लाज्मा इंजन का एक उदाहरण VASIMR प्रोजेक्ट है, जो पिछली शताब्दी के 70 के दशक से विकसित हो रहा है। आयन थ्रस्टर्स के विपरीत, प्लाज्मा थ्रस्टर्स का अभी तक अंतरिक्ष में परीक्षण नहीं किया गया है, लेकिन उन पर बहुत आशाएं हैं। यह वीएएसआईएमआर प्लाज्मा इंजन है जो मंगल पर मानवयुक्त उड़ानों के लिए मुख्य उम्मीदवारों में से एक है।

फ्यूजन इंजन

लोग बीसवीं शताब्दी के मध्य से थर्मोन्यूक्लियर संलयन की ऊर्जा को वश में करने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन अभी तक वे ऐसा नहीं कर पाए हैं। फिर भी, नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन अभी भी बहुत आकर्षक है, क्योंकि यह बहुत सस्ते ईंधन से प्राप्त ऊर्जा का एक स्रोत है - हीलियम और हाइड्रोजन के समस्थानिक।

फिलहाल, थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की ऊर्जा पर जेट इंजन के डिजाइन के लिए कई परियोजनाएं हैं। उनमें से सबसे होनहार को चुंबकीय प्लाज्मा कारावास के साथ एक रिएक्टर पर आधारित मॉडल माना जाता है। इस तरह के इंजन में एक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर 100-300 मीटर लंबा और 1-3 मीटर व्यास का टपका हुआ बेलनाकार चैंबर होगा। कक्ष को उच्च तापमान वाले प्लाज्मा के रूप में ईंधन के साथ आपूर्ति की जानी चाहिए, जो पर्याप्त दबाव पर, एक परमाणु संलयन प्रतिक्रिया में प्रवेश करता है। कक्ष के चारों ओर स्थित चुंबकीय प्रणाली के कॉइल्स को इस प्लाज्मा को उपकरणों से संपर्क करने से रोकना चाहिए।

थर्मोन्यूक्लियर रिएक्शन ज़ोन ऐसे सिलेंडर के अक्ष के साथ स्थित होता है। चुंबकीय क्षेत्रों की मदद से, रिएक्टर नोजल के माध्यम से बेहद गर्म प्लाज्मा बहता है, जो कि रासायनिक इंजनों की तुलना में कई गुना अधिक जोर देता है।

एंटीमैटर इंजन

हमारे आस-पास के सभी पदार्थों में अर्ध-पूर्णांक स्पिन वाले प्राथमिक कण होते हैं। उदाहरण के लिए, क्वार्क हैं जो परमाणु नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बनाते हैं, साथ ही साथ इलेक्ट्रॉन भी। इसके अलावा, प्रत्येक fermion का अपना एंटीपार्टिकल है। एक इलेक्ट्रॉन के लिए, यह एक पॉज़िट्रॉन है, एक क्वार्क के लिए - एक एंटीकार्क।

एंटीपार्टिकल्स का द्रव्यमान और उनके सामान्य "कॉमरेड्स" के समान स्पिन होता है, जो अन्य सभी क्वांटम मापदंडों के संकेत में भिन्न होता है। सिद्धांत रूप में, एंटीपार्टिकल्स एंटीमैटर बनाने में सक्षम हैं, लेकिन अभी तक यूनिवर्स में कहीं भी एंटीमैटर पंजीकृत नहीं किया गया है। बुनियादी विज्ञान के लिए, बड़ा सवाल यह है कि इसका अस्तित्व क्यों नहीं है।

लेकिन प्रयोगशाला स्थितियों में, आप कुछ एंटीमैटर प्राप्त कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, हाल ही में एक प्रोटॉन और एंटीप्रोटोन के गुणों की तुलना करते हुए एक प्रयोग किया गया था जो एक चुंबकीय जाल में संग्रहीत थे।

जब एंटीमैटर और साधारण पदार्थ मिलते हैं, तो आपसी विनाश की एक प्रक्रिया होती है, जिसमें भारी ऊर्जा होती है। इसलिए, यदि हम एक किलोग्राम द्रव्य और एंटीमैटर लेते हैं, तो मिलने पर ऊर्जा की मात्रा "ज़ार बम" के विस्फोट के बराबर होगी - मानव जाति के इतिहास में सबसे शक्तिशाली हाइड्रोजन बम।

इसके अलावा, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के फोटॉन के रूप में ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण हिस्सा जारी किया जाएगा। तदनुसार, सौर पाल के समान एक फोटॉन इंजन बनाकर अंतरिक्ष यात्रा के लिए इस ऊर्जा का उपयोग करने की इच्छा है, केवल इस मामले में प्रकाश एक आंतरिक स्रोत द्वारा उत्पन्न होगा।

लेकिन जेट इंजन में विकिरण का प्रभावी ढंग से उपयोग करने के लिए, "दर्पण" बनाने की समस्या को हल करना आवश्यक है जो इन फोटॉनों को प्रतिबिंबित करने में सक्षम होगा। आखिरकार, जोर लगाने के लिए जहाज को किसी तरह धक्का देना चाहिए।

कोई भी आधुनिक सामग्री बस ऐसे विस्फोट की स्थिति में पैदा होने वाले विकिरण का सामना नहीं करेगी और तुरंत वाष्पित हो जाएगी। अपने विज्ञान कथा उपन्यासों में, स्ट्रैगात्स्की बंधुओं ने एक "पूर्ण परावर्तक" बनाकर इस समस्या को हल किया। वास्तविक जीवन में, ऐसा कुछ भी अभी तक नहीं किया गया है। यह कार्य, साथ ही बड़ी मात्रा में एंटीमैटर और इसके दीर्घकालिक भंडारण के मुद्दे, भविष्य की भौतिकी के लिए एक मामला है।

परिचय

ढाई दशक ने हमें 4 अक्टूबर, 1957 से अलग कर दिया, जो मानव जाति के इतिहास को दो युगों में विभाजित करने के लिए नियत था: पूर्व-लौकिक और लौकिक। इस समय के दौरान, एक पीढ़ी का जन्म हुआ और बड़ा हुआ, जिसने जूल्स वर्ने द्वारा उपन्यास से अंतरिक्ष के बारे में प्राथमिक ज्ञान प्राप्त नहीं किया, लेकिन टेलीग्राफ एजेंसियों, टेलीविजन रिपोर्टों और समाचारपत्रों के लगभग दैनिक संदेशों से। आज, प्रयोगशालाओं, अनुसंधान केंद्रों, डिजाइन ब्यूरो, कारखानों और कारखानों में सैकड़ों हजारों लोग आज एक डिग्री या किसी अन्य स्थान पर "लगे" हैं। यह लंबे समय से एक सनसनी होना बंद हो गया है, लेकिन यह बहुत आवश्यक हो गया है। मानवयुक्त वाहन, अंतरिक्ष संचार, मौसम संबंधी उपग्रह और नेविगेशन सिस्टम बड़े पैमाने पर हमारे समय के चेहरे को परिभाषित कर रहे हैं।

इसी समय, यह कुछ भी नहीं है कि अंतरिक्ष की सड़कों को खड़ी कहा जाता है। उन पर सब कुछ नहीं होता जैसा हम चाहते हैं। पिछले ढाई दशकों में, अंतरिक्ष अन्वेषण के प्राथमिकता वाले कार्यों के बारे में विचारों में आमूल परिवर्तन आया है। लगभग स्पष्ट रूप से केवल शौकीनों, विज्ञान कथा लेखकों के लिए ही नहीं, बल्कि विशेषज्ञों के लिए भी, कॉस्मोनॉटिक्स के "मुख्य" लाइन - मून - मार्स - आगे हर जगह "ने समाज की जरूरतों और क्षमताओं को ध्यान में रखते हुए महत्वपूर्ण रूप से बदल दिया है। उदाहरण के लिए, कई परियोजनाओं, जैसे कि, मंगल ग्रह की एक मानवयुक्त उड़ान, ने खुद को तकनीकी रूप से अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी के विकास के वर्तमान स्तर पर संभव पाया और, इन उद्देश्यों के लिए आर्थिक रूप से व्यवहार्य लागत से परे।

"मुख्य" पथ का पालन जारी रखने से इनकार करने का बहुत तथ्य यह दर्शाता है कि अंतरिक्ष और अंतरिक्ष उद्योग न केवल भावनात्मक और राजनीतिक, बल्कि आर्थिक कारक भी बहुत महत्वपूर्ण हो गए हैं। लागत में और वृद्धि तभी उचित होती है जब निवेश पर प्रतिफल निवेश के एक महत्वपूर्ण हिस्से को कवर करने की उम्मीद की जा सकती है। इस नए चरण में अंतरिक्ष कार्यक्रमों की आर्थिक रूप से पुनरावृत्ति की आवश्यकता मोटे तौर पर कॉस्मोनॉटिक्स के विकास के मार्ग को निर्धारित करती है।

इस विवरणिका में, कल के अंतरिक्ष प्रणोदन प्रणाली के विकास के संभावित तरीकों की कल्पना करने का प्रयास किया जाता है। स्वाभाविक रूप से, अंतरिक्ष वाहनों के निर्माण के रूप में इस तरह के एक जटिल और कठिन मामले में, एक ही समस्या को हल करने के लिए हमेशा कई विकल्प होते हैं। इसके अलावा, तकनीकी विचारों और संभावनाओं का शस्त्रागार लगातार बढ़ रहा है, और नए लोगों में से कई उन तरीकों से बेहतर हो सकते हैं जो आज ज्ञात हैं। इसलिए, जो पाठक इस सवाल का स्पष्ट उत्तर प्राप्त करना चाहेंगे कि 30-50 वर्षों में अंतरिक्ष यान किस तरह के इंजन से लैस होगा, कहते हैं, निराश हो सकते हैं। ब्रोशर में इस सवाल का स्पष्ट जवाब नहीं है, और यह शायद ही संभव है। यह अंतरिक्ष इंजनों, उनकी क्षमताओं और उन कार्यों के अनुपालन के क्षेत्र में कई पारंपरिक और नए विचारों और परियोजनाओं की जांच करता है, जो आज के विचारों के अनुसार, बहुत दूर के भविष्य में सबसे अधिक प्रासंगिक हो जाएंगे।

अंतरिक्ष प्रणोदन के लिए संभावनाओं के दृष्टिकोण से, अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी के विकास की मुख्य दिशाओं को सशर्त रूप से चार समूहों में विभाजित किया जा सकता है।

1. पृथ्वी की सतह से निम्न कक्षाओं तक बड़े कार्गो प्रवाह (प्रति वर्ष हजारों और हजारों टन) का प्रवाह। वर्तमान में, ये माल प्रवाह लगभग 10 गुना कम है। कार्गो ट्रैफ़िक में एक महत्वपूर्ण वृद्धि बुनियादी रूप से नई समस्याओं को हल करने के लिए (विशेष रूप से, अंतरिक्ष तकनीकी उत्पादन सुविधाओं और ऊर्जा प्रणालियों को बनाने के लिए), और गहन अंतरिक्ष में अनुसंधान की निरंतरता सुनिश्चित करने के लिए दोनों आवश्यक है।

2. निम्न कक्षाओं से उच्च कक्षाओं के लिए भारी माल का परिवहन और इसके विपरीत, पृथ्वी के निकट से चंद्रमा के लिए इसी तरह के कार्गो का परिवहन। अधिकांश कार्यों के लिए, अंतरिक्ष यान को संदर्भ कक्षा में लॉन्च करना एक मध्यवर्ती चरण है। संचार उपग्रहों, पूर्वोक्त विद्युत प्रणालियों और कई अन्य अंतरिक्ष वाहनों को उच्च कक्षाओं में स्थित होना चाहिए। इसलिए, इंटरबिटल उड़ानों के लिए किफायती साधनों की आवश्यकता है।

3. फास्ट इंटरप्लेनेटरी उड़ानें।

4. सौर मंडल के बाहर उड़ानों के लिए अंतरिक्ष यान का निर्माण, निकटतम सितारों के लिए अंतरिक्ष यान का शुभारंभ।

व्यवस्थितकरण के लिए, ब्रोशर में माना जाने वाला अंतरिक्ष इंजन पारंपरिक रूप से तीन समूहों में विभाजित होता है: 1) स्वायत्त, इस तथ्य की विशेषता है कि ऊर्जा का स्रोत और कार्यशील तरल पदार्थ बोर्ड पर हैं; 2) बाहरी ऊर्जा स्रोतों के साथ प्रणोदन प्रणाली; और 3) कार्यशील माध्यम के रूप में द्रव्यमान के बाहरी स्रोतों का उपयोग कर प्रणोदन प्रणाली।

पहले समूह में तरल-प्रणोदक और अन्य रासायनिक रॉकेट इंजन, परमाणु और थर्मोन्यूक्लियर इंजन शामिल हैं, दूसरा - अंतरिक्ष इंजन जो काम करने वाले तरल पदार्थ को तेज करने के लिए अंतरिक्ष यान के बाहर स्थित लेजर या माइक्रोवेव जनरेटर का उपयोग करते हैं, साथ ही साथ इंजन जो ऊर्जा का उपयोग करते हैं सूर्य का एक रूप या किसी अन्य में ... अंत में, तीसरे समूह में इंजन शामिल होते हैं जिसमें वायुमंडल, ग्रहों के माध्यम, ग्रहों की चट्टानों और क्षुद्रग्रहों का उपयोग कार्यशील माध्यम के रूप में किया जाता है।

मोटर वाहन प्रणाली

स्वायत्त प्रणोदन प्रणाली की संभावनाएँ। रॉकेट इंजन की भूमिका रॉकेट के गतिज ऊर्जा में ऊर्जा के कुछ रूप को परिवर्तित करने के लिए है। जेट प्रणोदन के प्रसिद्ध सिद्धांत के अनुसार, इस परिवर्तन को एक सहायक द्रव्यमान को छोड़ने के द्वारा महसूस किया जा सकता है, जो कि इंजन के काम करने वाले तरल पदार्थ को एक निश्चित गति प्रदान करता है। इस प्रकार, किसी भी प्रणोदन प्रणाली में ऊर्जा का एक स्रोत, परित्यक्त द्रव्यमान (इंजन के काम करने वाला शरीर) और इंजन का एक स्रोत शामिल होना चाहिए - एक उपकरण जिसमें स्रोत की ऊर्जा को काम करने वाले शरीर की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।

कुछ इंजन डिजाइनों में, ऊर्जा स्रोत और काम कर रहे तरल पदार्थ को जोड़ा जा सकता है। उदाहरण के लिए, तरल-प्रणोदक रॉकेट इंजन (एलआरई) में, कार्यशील तरल पदार्थ के घटकों की रासायनिक प्रतिक्रिया के कारण ऊर्जा जारी होती है। यदि रॉकेट पर ऊर्जा स्रोत और कार्यशील तरल पदार्थ स्थित हैं, तो ऐसे प्रणोदन प्रणाली को स्वायत्त कहा जाता है।

यह ऊर्जा के संरक्षण के नियम का पालन करता है कि रॉकेट पर न्यूनतम स्टॉक पेलोड के गतिज ऊर्जा के योग के बराबर होना चाहिए और रॉकेट से प्रक्षेपित होने पर गुरुत्वाकर्षण और वायु प्रतिरोध के बल पर खर्च किए गए कार्य। पृथ्वी की सतह। उदाहरण के लिए, एक कृत्रिम उपग्रह को 300 किमी की ऊंचाई के साथ एक कक्षा में लॉन्च करने पर 1 किलो के बड़े पैमाने पर लॉन्च करने की लागत 4.5 · 10 7 जे है।

चूंकि ऊर्जा स्रोत के त्वरण के लिए भी श्रम लागतों की आवश्यकता होती है, ऐसे स्रोतों का उपयोग करना वांछनीय है, जिसमें प्रति यूनिट द्रव्यमान अधिकतम ऊर्जा रिलीज होगी। ऊर्जा को विभिन्न प्रकार के रूपों में संग्रहीत किया जा सकता है - यांत्रिक, विद्युत, चुंबकीय, रासायनिक, परमाणु। रासायनिक और परमाणु प्रतिक्रियाओं का उपयोग करने वाले ऊर्जा स्रोतों में सबसे अच्छी विशेषताएं हैं।

वर्तमान में उपयोग में आने वाली प्रतिक्रियाओं और होनहार प्रतिक्रियाओं के लिए विशिष्ट ऊर्जा तालिका में दी गई है। एक।

तालिका एक

विभिन्न प्रकार के रॉकेट इंजनों के लिए ऊर्जा स्रोतों के पैरामीटर

इससे यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि पृथ्वी के एक उपग्रह को 1 किलोग्राम द्रव्यमान के साथ कक्षा में प्रक्षेपित करने के लिए, ऐसा लगेगा कि ऑक्सीजन-हाइड्रोजन मिश्रण की प्रतिक्रिया के दौरान 3.5 किलो या यूरेनियम के विखंडन के दौरान पर्याप्त ऊर्जा जारी है। -235 का वजन 0.5 मिलीग्राम है। हालाँकि, रॉकेट पर अपनी गतिज ऊर्जा में संचित ऊर्जा का पूर्ण रूपांतरण व्यवहार में अव्यवहारिक है।

सबसे पहले, यह इस तथ्य के कारण है कि काम करने वाले तरल पदार्थ की गतिज ऊर्जा में संग्रहीत ऊर्जा के रूपांतरण की दक्षता हमेशा 100% से कम है। ऊर्जा का एक हिस्सा (इलेक्ट्रिक मोटर्स के मामले में, इसका अधिकांश) थर्मल विकिरण के रूप में अंतरिक्ष में बेकार रूप से विघटित होता है, जबकि दूसरे को छोड़े गए द्रव्यमान (गर्मी, पृथक्करण ऊर्जा) की आंतरिक ऊर्जा के रूप में दूर ले जाया जाता है आदि।)। ये नुकसान प्रणोदन प्रणाली की दक्षता की विशेषता है।

दूसरा, त्याग किए गए द्रव्यमान की गतिज ऊर्जा का पूर्ण उपयोग केवल तभी संभव है जब इसका वेग रॉकेट के वेग के विपरीत और बराबर हो, अर्थात, यदि यह द्रव्यमान, इंजन छोड़ने के बाद, प्रक्षेपण बिंदु के सापेक्ष स्थिर रहता है राकेट। फेंके गए द्रव्यमान और रॉकेट की गति के पूर्ण मूल्यों में अंतर के कारण होने वाले नुकसान की विशेषता तथाकथित जोर दक्षता से होती है।

अंजीर में। 1 विभिन्न रॉकेट इंजनों के लिए ऊर्जा संतुलन का आरेख दिखाता है। तरल-प्रणोदक इंजन के साथ-साथ इलेक्ट्रिक मोटर (ब्रैकेट में) के लिए सापेक्ष नुकसान के अनुमानित मूल्य दिए गए हैं।

अंजीर। 1. LPRE और ERE (कोष्ठक में) प्रणोदन प्रणाली का ऊर्जा संतुलन

रॉकेट इंजन द्वारा रॉकेट के द्रव्यमान की एक इकाई को तेज करने के लिए खर्च किए गए कार्य में वेग के वर्ग का आयाम है, इसलिए, इस काम के एक उपाय के रूप में, एक निश्चित विशेषता वेग लेना सुविधाजनक है - v एक्स। गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की अनुपस्थिति में एक रॉकेट को तेज करते समय, यह गति रॉकेट की अपनी गति से मेल खाती है। तदनुसार, कार्यशील तरल पदार्थ के इंजन में त्वरण पर खर्च किए जाने वाले कार्य को इसकी गति के संदर्भ में व्यक्त किया जा सकता है - तथाकथित प्रवाह दर v तथा।

इन वेगों के बीच संबंध, एक निरंतर बहिर्वाह वेग पर, Tsiolkovsky समीकरण द्वारा वर्णित है v x \u003d v और ln (1 +) जेड), कहां है जेड - रॉकेट पर "खाली" रॉकेट (पेलोड, इंजन और संरचना के द्रव्यमान सहित) के द्रव्यमान के लिए रॉकेट पर संग्रहीत कार्यशील द्रव के द्रव्यमान के अनुपात के बराबर Tsiolkovsky नंबर।

किसी कार्य को करने के लिए आवश्यक ऊर्जा के व्यय के कारण आमतौर पर इसी गति के संदर्भ में विशेषता गति व्यक्त की जाती है। ये आकर्षण का क्षेत्र छोड़ने की गति, कक्षीय गति और ग्रह के दृष्टिकोण की गति है, अगर यह उड़ान का लक्ष्य है। एक कृत्रिम पृथ्वी उपग्रह लॉन्च करने के लिए, उदाहरण के लिए, पृथ्वी की गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र को छोड़ने के लिए विशेषता गति 9.5 किमी / एस है - 12.5, इंटरप्लेनेटरी उड़ानों के लिए - 30-50 किमी / सेकंड।

Tsiolkovsky संख्या रॉकेट की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता है: पेलोड के दिए गए द्रव्यमान के लिए, यह रॉकेट के प्रक्षेपण द्रव्यमान को निर्धारित करता है, और इसलिए इसका न्यूनतम संभव मूल्य वांछनीय है। यह Tsiolkovsky समीकरण से इस प्रकार है कि किसी दिए गए विशेषता वेग के लिए, Tsiolkovsky संख्या केवल बहिर्वाह वेग को बढ़ाकर कम किया जा सकता है। इस प्रकार, समाप्ति की गति इंजन की मुख्य विशेषताओं में से एक है, और इसकी वृद्धि रॉकेट इंजन में सुधार का मुख्य कार्य है।

संयुक्त ऊर्जा स्रोतों और खारिज किए गए द्रव्यमान वाले इंजनों के लिए बहिर्वाह दर के निर्धारण के आधार पर, जब इसकी आंतरिक ऊर्जा के कारण काम करने वाले द्रव को त्वरित किया जाता है, तो बहिर्वाह दर की गणना इसके आंतरिक के त्याग किए गए द्रव्यमान की गतिज ऊर्जा के समीकरण द्वारा आसानी से की जा सकती है। इंजन की दक्षता से गुणा ऊर्जा। टेबल 1 100% के बराबर मोटर दक्षता के साथ विभिन्न प्रतिक्रियाओं के अनुरूप प्रवाह दर दिखाता है।

अंजीर में। 2 विभिन्न Tsiolkovsky संख्याओं के लिए बहिर्वाह वेग पर विशेषता वेग की निर्भरता का एक ग्राफ दिखाता है। तालिका में डेटा के साथ इस ग्राफ की तुलना से। 1, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि सभी अंतरिक्ष उड़ान समस्याओं को आसानी से यूरेनियम -235 का उपयोग रॉकेट ईंधन के रूप में किया जा सकता है, न कि ड्यूटेरियम और ट्रिटियम का उल्लेख करने के लिए। दरअसल, ग्रहों की उड़ान के लिए आवश्यक 50 किमी / सेकंड की एक विशिष्ट गति के लिए, यूरेनियम की विखंडन ऊर्जा के अनुरूप बहिर्वाह गति पर Tsiolkovsky संख्या 5.5 · 10–3 है। 1% की इंजन दक्षता के साथ भी, रॉकेट द्रव्यमान के लिए यूरेनियम द्रव्यमान का अनुपात केवल 0.056 होगा।

हालांकि, सभी यूरेनियम परमाणुओं को डिजाइन प्रवाह दर तक पहुंचने के लिए इंजन में प्रतिक्रिया करनी चाहिए। चूँकि एक स्व-स्थाई परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया के लिए एक विखंडन सामग्री की आवश्यकता होती है जो तथाकथित महत्वपूर्ण द्रव्यमान (यूरेनियम, लगभग 1 किग्रा) से कम नहीं होती है, तो एक समय में इंजन में एक विशाल ऊर्जा 10 13 J जारी की जाएगी। लगभग 10 -6 सेकेंड में। इस ऊर्जा का एक हिस्सा रॉकेट की गतिज ऊर्जा में इतने कम समय में परिवर्तित हो जाना, अत्यधिक उच्च त्वरण से मेल खाता है, और, परिणामस्वरूप, ऐसे ओवरलोड के लिए जो रॉकेट डिजाइन को झेलने में सक्षम नहीं है। इसके अलावा, प्रतिक्रिया उत्पादों में 50 मिलियन K से अधिक का तापमान होता है, और इंजन की दीवारों के साथ उनकी बातचीत से इसके थर्मल विनाश का कारण होगा।

अंजीर। 2. विभिन्न Tsiolkovsky संख्याओं के लिए बहिर्वाह वेग पर विशेषता वेग की निर्भरता

एक विलंबित नियंत्रित परमाणु प्रतिक्रिया के मामले में, जो परमाणु रिएक्टरों में होता है, विखंडित परमाणुओं के साथ टकराव में ऊर्जा खो देती है, जिसकी एकाग्रता उच्चता के कई आदेश हैं, और सामान्य तौर पर, सभी विदारक पदार्थ ऊर्जा प्राप्त करते हैं जो बहुत अधिक है परमाणु प्रतिक्रिया की विशिष्ट ऊर्जा से कम। फिजाइल पदार्थ की बहिर्वाह दर को बनाने के लिए इस ऊर्जा का उपयोग करना लाभहीन है, क्योंकि बहुत अधिक ऊर्जा अप्राप्य नाभिक की आंतरिक ऊर्जा के रूप में खो जाएगी, और इसलिए, इंजन की दक्षता अप्रत्याशित रूप से कम होगी।

इन प्रतिबंधों के संबंध में, रॉकेट इंजन में परमाणु प्रतिक्रियाओं के उपयोग में मुख्य रूप से रॉकेट पर सवार तटस्थ द्रव्यमान में ऊर्जा का हस्तांतरण शामिल होता है, अर्थात, ऊर्जा के स्रोत और अनुमानित द्रव्यमान अलग हो जाते हैं।

इस तरह के इंजनों और उन इंजनों के लिए आवश्यकताओं में निम्नलिखित मूलभूत अंतर को ध्यान में रखा जाना चाहिए, जिसमें काम करने वाला तरल पदार्थ एक साथ ऊर्जा का स्रोत है। एक निरंतर बहिर्वाह वेग के साथ उड़ान शासन, जिसे Tsiolkovsky समीकरण द्वारा वर्णित किया गया है, जोर के नुकसान के मामले में फायदेमंद नहीं है (जोर दक्षता केवल प्रक्षेपवक्र के उस बिंदु पर 100% है जहां बहिर्वाह वेग रॉकेट गति के बराबर है)। दरअसल, जैसा कि अंजीर से होता है। 1, एक ठेठ निरंतर बहिर्वाह वेग (LRE) इंजन के लिए, गतिज ऊर्जा हानि सभी नुकसान के लगभग आधे के लिए जन खाते को त्याग दिया।

हालांकि, रॉकेट की गति के समीकरणों के विश्लेषण से, यह इस प्रकार है कि इंजनों के लिए जो ऊर्जा स्रोत के रूप में काम कर रहे तरल पदार्थ की आंतरिक ऊर्जा का उपयोग करते हैं, किसी दिए गए इंजन के लिए अधिकतम संभव निकास वेग पर, Tsiolkovsky का न्यूनतम मूल्य। संख्या विशिष्ट वेग के मूल्य की परवाह किए बिना सुनिश्चित की जाती है। दूसरी ओर, ऊर्जा और अनुमानित द्रव्यमान के अलग-अलग स्रोतों वाले इंजनों में, एक स्थिर निकास वेग के साथ रॉकेट के त्वरण की विधि अब इष्टतम नहीं है, और जोर दक्षता में वृद्धि रॉकेट की विशेषताओं में काफी सुधार कर सकती है। इस मामले में समाप्ति की गति रॉकेट की गति के अनुपात में बढ़नी चाहिए।

बहिर्वाह दर के विशिष्ट मूल्यों का वर्णन करने वाली निर्भरताएं जटिल हैं और हम उन पर ध्यान नहीं देंगे। इसके अलावा, चर निकास वेग मोटर्स को अभ्यास में लागू करना मुश्किल है। इसलिए, अलग-अलग ऊर्जा स्रोतों के साथ इंजनों को चिह्नित करना और एक निश्चित औसत निकास वेग से द्रव्यमान को खारिज करना उचित है। रॉकेट पर न्यूनतम ऊर्जा आरक्षित (उदाहरण के लिए, यूरेनियम -235 के द्रव्यमान से), एक बहिर्वाह वेग पर प्राप्त होता है, जो लगभग 62% विशिष्ट वेग और Tsiolkovsky संख्या 4 के बराबर होता है। और इसके विपरीत, यदि बोर्ड पर ऊर्जा आरक्षित और विशिष्ट वेग दिया जाता है, फिर समाप्ति वेग का यह इष्टतम मूल्य रॉकेट के अधिकतम संभावित पेलोड से मेल खाता है।

इस से यह इस प्रकार है कि ऊर्जा के विभिन्न स्रोतों और अनुमानित द्रव्यमान वाले इंजनों में, बहिर्वाह वेग एक विशिष्ट अंतरिक्ष उड़ान समस्या द्वारा निर्धारित इष्टतम मूल्य से अधिक नहीं होना चाहिए। यह स्थिति नए इंजनों को विकसित करते समय निकास वेग को बढ़ाने की इच्छा के बारे में ऊपर दिए गए बयान का खंडन नहीं करती है, क्योंकि मौजूदा इंजन सर्किट में अधिकांश समस्याओं के लिए, इष्टतम निकास वेग अभी तक प्राप्त नहीं हुआ है।

कुछ मामलों में, यहां तक \u200b\u200bकि काम करने वाले तरल पदार्थ की आंतरिक ऊर्जा का उपयोग करने वाले इंजनों के लिए, निष्क्रिय द्रव्यमान को जोड़कर प्रवाह दर को कम करना फायदेमंद है। उदाहरण के लिए, चंद्रमा को छोड़ने वाले तरल प्रणोदक इंजन वाला एक रॉकेट पेलोड को लगभग 2.5 किमी / सेकंड की विशेषता गति के साथ सूचित करना चाहिए। इस कार्य के लिए इष्टतम बहिर्वाह वेग 1.6 किमी / एस (0.62) है v एक्स)। तरल-प्रणोदक रॉकेट इंजन में काफी अधिक बहिर्वाह वेग होता है, और इसलिए यह काम करने वाले तरल पदार्थ में चंद्र धूल जोड़कर इसे इष्टतम रूप से कम करने के लिए फायदेमंद होता है (अधिमानतः इसके घटक जो इंजन के ऑपरेटिंग तापमान पर वाष्पित होते हैं) यदि रॉकेट में खाली टैंक हैं जो चंद्रमा पर उतरने के दौरान जारी किए गए थे ... इस ऑपरेशन के परिणामस्वरूप, रॉकेट ईंधन के प्रकार के आधार पर पेलोड को 20-50% तक बढ़ाया जा सकता है।

अंजीर। 3. स्वायत्त मोटर्स का वर्गीकरण

एक अन्य महत्वपूर्ण पैरामीटर जिसके द्वारा रॉकेट इंजन की एक दूसरे के साथ तुलना की जाती है, जोर है, यानी रॉकेट को तेज करने के लिए इंजन द्वारा बनाया गया बल। थ्रस्ट की मात्रा प्रवाह दर द्वारा त्याग किए गए द्रव्यमान (इंजन काम करने वाले द्रव) के दूसरे प्रवाह दर के उत्पाद के बराबर है। इस पैरामीटर के अनुसार, वे उच्च-थ्रस्ट इंजनों के बीच अंतर करते हैं, जब जोर रॉकेट के वजन से अधिक होता है और बाद वाले को पृथ्वी की सतह से लॉन्च किया जा सकता है, और कम-थ्रस्ट इंजन, केवल उपग्रह कक्षा से लॉन्च करने के लिए उपयुक्त है।

कम-थ्रस्ट और उच्च-थ्रस्ट इंजनों में विभाजन सीधे दूसरे पैरामीटर से संबंधित होता है - इंजन का विशिष्ट गुरुत्व, जो विकसित होने वाले थ्रस्ट के इंजन के वजन के अनुपात के बराबर होता है। स्वाभाविक रूप से, एक से अधिक विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण वाले इंजनों को कम-जोर वाले इंजनों के रूप में वर्गीकृत किया जाना चाहिए।

आइए अब हम स्वायत्त इंजनों के लिए आशाजनक योजनाओं पर विचार करते हैं, साथ ही साथ मौजूदा मापदंडों में सुधार करने के तरीकों पर विचार करते हैं, और सबसे पहले, प्रवाह दर। हालांकि, हमें पहले ध्यान दें कि अनुमानित द्रव्यमान की गतिज ऊर्जा में ऊर्जा को परिवर्तित करने की विधि के अनुसार, रॉकेट इंजन के दो मुख्य वर्गों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है - थर्मल और इलेक्ट्रिक (छवि 3)। इसके अलावा, विस्फोटक, फोटॉन और अन्य इंजन हैं।

हीट इंजन। ऊष्मा इंजन में ऊर्जा को परिवर्तित करने का मुख्य तंत्र, जैसा कि किसी भी ऊष्मा इंजन (गैस टर्बाइन, आंतरिक दहन इंजन) में होता है, गैस का विस्तार होता है जो पहले उच्च तापमान पर संकुचित और गर्म होता है। इस परिवर्तन का प्रदर्शन करने वाला उपकरण एक जेट नोजल (परिवर्तनीय क्रॉस-सेक्शन का प्रोफाइल चैनल) है, जिसके माध्यम से काम करने वाला तरल पदार्थ बाहरी स्थान में बहता है।

नोजल आउटलेट पर बहिर्वाह की दर कार्यशील तरल तापमान के वर्गमूल के सीधे आनुपातिक है और इसके आणविक भार के विपरीत आनुपातिक है। ऊष्मा के रूप में नोजल की थर्मोडायनामिक दक्षता। मशीन का बैट इनलेट और नोजल के आउटलेट पर गैस के तापमान के अंतर से निर्धारित होता है, जो बदले में, सापेक्ष दबाव अंतर पर निर्भर करता है, अर्थात, गैस के विस्तार की डिग्री पर निर्भर करता है। गैस के विस्तार की डिग्री इंजन के आकार और वजन से सीमित है, और इसलिए, वास्तविक डिजाइनों में, थर्मोडायनामिक दक्षता 60-70% से अधिक नहीं है।

इस प्रकार, थर्मल रॉकेट इंजन की विशेषताओं में सुधार के लिए केवल दो संभावनाएं हैं - काम कर रहे तरल पदार्थ के तापमान में वृद्धि और इसके आणविक वजन में कमी।

रासायनिक इंजन की क्षमताओं को सीमित करना। गर्मी इंजनों में जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं की ऊर्जा का उपयोग करते हैं, जो आजकल व्यापक रूप से तरल-प्रणोदक रॉकेट इंजन और ठोस-प्रणोदक रॉकेट इंजन (ठोस-प्रणोदक रॉकेट इंजन) में काम करते हैं, ईंधन के साथ प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप काम कर रहे तरल पदार्थ का निर्माण होता है। ऑक्सीकारक। कामकाजी तरल पदार्थ का तापमान प्रतिक्रिया की गर्मी से निर्धारित होता है, और आणविक भार प्रतिक्रिया उत्पादों के आणविक भार से निर्धारित होता है। तालिका में दिया गया। 1, रासायनिक प्रतिक्रियाएं उच्चतम प्रवाह दर प्राप्त करने के संदर्भ में आणविक भार और तापमान के बीच इष्टतम अनुपात देती हैं।

वर्तमान में, रासायनिक रॉकेट इंजन अपने इष्टतम प्रदर्शन की सीमा तक लगभग पहुंच चुके हैं। ऑक्सीडाइज़र के रूप में ऑक्सीजन का उपयोग करने वाली सबसे इष्टतम प्रतिक्रियाओं को लंबे समय से महारत हासिल है: ऑक्सीजन-केरोसीन और हाइड्रोजन-ऑक्सीजन इंजन का उपयोग अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में कई वर्षों से किया गया है। कुछ प्रदर्शन सुधार फ्लोरीन युक्त ऑक्सीडेंट का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। लेकिन चूंकि फ्लोरीन एक रासायनिक रूप से बहुत आक्रामक पदार्थ है, विशिष्ट थ्रस्ट में अपेक्षाकृत कम लाभ, जो इस रासायनिक तत्व के उपयोग को सही ठहरा सकता है, शायद ही परिचालन असुविधाओं को उचित ठहराता है।

रासायनिक इंजनों के प्रदर्शन में सुधार करने का सबसे कट्टरपंथी तरीका मुक्त कट्टरपंथी पुनर्संयोजन प्रतिक्रियाओं के उपयोग के माध्यम से है। एक मुक्त कण एक इलेक्ट्रानिक रूप से तटस्थ परमाणु या इलेक्ट्रॉन शेल के अस्थिर अवस्था वाले परमाणुओं का एक समूह है, जो आणविक यौगिकों के पृथक्करण के परिणामस्वरूप प्राप्त होता है। उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया में H2O -\u003e OH + H, हाइड्रॉक्सिल अवशेष और परमाणु हाइड्रोजन कट्टरपंथी हैं। हाइड्रोजन अणु H + H -\u003e H 2 के गठन की प्रतिक्रिया से सबसे अधिक ऊर्जा होती है (इस प्रतिक्रिया की विशिष्ट ऊर्जा लगभग 30 किमी / सेकंड की बहिर्वाह दर से मेल खाती है)।

हालांकि, मुक्त कणों की एक स्थिर अणु में विलय करने की उच्च प्रवृत्ति के कारण, उनका संचय और भंडारण केवल 0 K के करीब तापमान पर संभव है, जब रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर तेजी से घट जाती है। लेकिन 0 K पर भी, तथाकथित सुरंग प्रतिक्रियाओं के लिए संभावना बनी हुई है। इसलिए, मुक्त कणों को उनके शुद्ध रूप में संग्रहीत करना असंभव है। यह एक तटस्थ मैट्रिक्स (उदाहरण के लिए, ठोस हाइड्रोजन के क्रिस्टल जाली में परमाणु हाइड्रोजन को रखें) में कट्टरपंथी को फ्रीज करने के लिए माना जाता है, जबकि मुक्त कणों की एकाग्रता सिद्धांत रूप में 50% से अधिक नहीं हो सकती है।

यहां तक \u200b\u200bकि 10% परमाणु हाइड्रोजन और 90% आणविक हाइड्रोजन के मिश्रण से केवल 1200 K के तापमान पर लगभग 5 किमी / सेकंड का बहिर्वाह वेग प्राप्त करना संभव होगा। मुक्त कण की एकाग्रता को प्राप्त करने के लिए संभव है, जो दस प्रतिशत से अधिक नहीं है। बहरहाल, मुक्त कणों के लाभ आगे के शोध को उत्तेजित करते हैं।

परमाणु ताप इंजन। थर्मल रॉकेट इंजन की विशेषताओं में सुधार के लिए सबसे आशाजनक दिशा परमाणु प्रतिक्रियाओं की ऊर्जा का उपयोग है। जैसा कि पहले ही संकेत दिया गया है, केवल अलग-अलग ऊर्जा स्रोतों और छोड़े गए द्रव्यमान वाली योजनाओं में परमाणु प्रतिक्रियाओं का उपयोग करना उचित है। यहां परमाणु ईंधन गर्मी के स्रोत के रूप में कार्य करता है, जिसे काम करने वाले तरल में स्थानांतरित किया जाता है।

सबसे सरल परमाणु रॉकेट इंजन में, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के रिएक्टरों में, कोर में ईंधन तत्व होते हैं, जो यूरेनियम या प्लूटोनियम के यौगिक होते हैं, जो एक खोल में संलग्न होते हैं। ईंधन के परमाणु क्षय के परिणामस्वरूप, वे गर्म होते हैं। तरल काम कर रहे तरल पदार्थ को पंपों की मदद से कोर में पंप किया जाता है, जहां यह कोर से गर्मी ले रहा है, वाष्पित हो जाता है, इसका तापमान बढ़ जाता है, और जेट नोजल में इसका वेग बढ़ जाता है।

काम कर रहे तरल पदार्थ का उच्चतम तापमान ईंधन तत्वों के पिघलने के तापमान से सीमित होता है, और आवश्यक तापमान अंतर (गर्मी हस्तांतरण के लिए) और सामग्री के रासायनिक प्रतिरोध को ध्यान में रखते हुए, यह 2000 K से अधिक नहीं हो सकता है। रासायनिक इंजनों में द्रव 3000-3500 K होता है, एक ठोस कोर के साथ परमाणु इंजनों में प्रवाह की दर को बढ़ाने का एकमात्र तरीका, रासायनिक इंजनों की तुलना में, कार्यशील तरल पदार्थ के आणविक भार में कमी है। हाइड्रोजन का न्यूनतम आणविक भार (2 g / mol) है, जिसके लिए 8-9.5 किमी / सेकंड का बहिर्वाह वेग प्राप्त करना संभव है। यह ठोस कोर परमाणु थर्मल रॉकेट इंजन के लिए ऊपरी सीमा है। इन मूल्यों के करीब के लक्षण संयुक्त राज्य अमेरिका में प्रयोगात्मक परमाणु इंजन "नर्वा" पर प्राप्त किए गए थे।

परमाणु इंजनों में काम कर रहे तरल पदार्थ के तापमान को और अधिक बढ़ाने के लिए, रिएक्टरों पर स्विच करना आवश्यक है जिसमें गैसीय चरण में विदर पदार्थ होता है। हालांकि, इन गैस चरण परमाणु रिएक्टरों के विकास में कई समस्याएं उत्पन्न होती हैं। आत्मनिर्भर परमाणु प्रतिक्रिया के लिए, यह आवश्यक है कि परमाणु ईंधन का द्रव्यमान महत्वपूर्ण से कम नहीं, प्रतिक्रिया में भाग लेता है। चूंकि उच्च तापमान पर गैसीय चरण में परमाणु ईंधन का घनत्व कम होता है, इसलिए महत्वपूर्ण द्रव्यमान तक पहुंचने के लिए उच्च दबाव और कोर के बड़े संस्करणों की आवश्यकता होती है।

गैस-चरण रिएक्टरों के विकास में दूसरी अट्रैक्टिव समस्या है कि काम कर रहे तरल पदार्थ के साथ एक साथ अप्राप्य परमाणु ईंधन को हटाना, जो रॉकेट की ऊर्जा विशेषताओं को बहुत कम करता है।

इस पर निर्भर करते हुए कि कार्यशील द्रव को परमाणु ईंधन के साथ मिलाया जाता है या उससे अलग किया जाता है, क्रमशः सजातीय और विषम इंजन की योजनाओं को प्रतिष्ठित किया जाता है। सजातीय योजनाओं का मुख्य दोष, जो उनकी क्षमता पर संदेह करता है, काम कर रहे तरल पदार्थ के साथ यूरेनियम की एक बड़ी हटाने है - काम कर रहे तरल पदार्थ के प्रति 1 टन के बारे में 100 किलो।

विषम योजनाओं में, परमाणु ईंधन के वहन को काफी कम या शून्य तक कम किया जा सकता है। रिएक्टर वॉल्यूम में एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र को सोलनॉइड की मदद से बनाया जाता है, जो किनारों की ओर बढ़ता है। इस मामले में, क्षेत्र का विन्यास एक तथाकथित चुंबकीय "बोतल" बनाता है। चुंबकीय "बोतल" में वह संपत्ति होती है जो किसी भी ठोस दीवारों की उपस्थिति के बिना प्लाज्मा राज्य में एक पदार्थ को लंबे समय तक रखा जा सकता है। परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, यूरेनियम एक प्लाज्मा अवस्था में चला जाता है और चुंबकीय क्षेत्र इसे काम कर रहे तरल पदार्थ (हाइड्रोजन) के साथ मिलाकर रखता है। उत्तरार्द्ध परमाणु ईंधन के साथ चुंबकीय "बोतल" के चारों ओर बहता है, जिससे गर्मी दूर होती है। मिश्रण से बचने के लिए, लामिनार प्रवाह की स्थिति को पूरा करना होगा। इस मामले में, कोर और काम कर रहे तरल पदार्थ के बीच प्रभावी गर्मी विनिमय केवल विकिरण द्वारा संभव है। चूंकि हाइड्रोजन यूरेनियम प्लाज्मा के विकिरण के लिए पारदर्शी है, इसलिए लिथियम को इसमें 2-2% की मात्रा में मिलाया जाता है, जो कि आयनित होकर, दृढ़ता से विकिरण को अवशोषित करता है। ऐसी योजना में, कार्यशील तरल पदार्थ के प्रवाह दर के सापेक्ष 2% से कम यूरेनियम हटाने के साथ 20-30 किमी / सेकंड का बहिर्वाह वेग अपेक्षित है।

गैस-चरण इंजनों की योजनाएँ, जिनमें फ़िज़ाइल मामले को बिल्कुल भी नहीं हटाया जाता है, की जांच की जाती है। ऐसे इंजन के ईंधन तत्व का आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 4. इंजन एक डबल-दीवार वाला कैप्सूल है जो पारदर्शी आग रोक सामग्री (उदाहरण के लिए, ल्यूकोस्पायर) से बना है। एक विदारक पदार्थ कैप्सूल के अंदर रखा जाता है, जो ऑपरेटिंग परिस्थितियों में गैस चरण में होता है। उन्हें ठंडा करने के लिए दीवारों के बीच हाइड्रोजन डाला जाता है। चूंकि दोनों दीवारें और हाइड्रोजन विकिरण के लिए पारदर्शी हैं, इसलिए विकिरण के रूप में जारी परमाणु ऊर्जा बाहर निकलती है, जहां यह एक ही हाइड्रोजन को गर्म करता है, लेकिन लिथियम के अतिरिक्त के साथ। रिएक्टर कोर को ऐसे ईंधन तत्वों से एकत्र किया जाता है।

इस योजना के कार्यान्वयन में पारदर्शी दीवारों के लिए उपयुक्त सामग्रियों की कमी है जो उच्च तापमान और उच्च विकिरण प्रवाह में गैसीय यूरेनियम के संपर्क में प्रतिरोधी हैं।

जब प्लाज्मा को चुंबकीय "बोतल" में रखा जाता है, तो परमाणु संलयन प्रतिक्रिया का उपयोग करके थर्मोन्यूक्लियर इंजन को लागू करना संभव है। हालांकि, थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन का उपयोग करने के अधिक आशाजनक तरीकों को स्पंदित सर्किट माना जाता है, जिसे थोड़ी देर बाद माना जाएगा।

अंजीर। 4. विषम गैस के सक्रिय क्षेत्र की कोशिका

इलेक्ट्रिक जेट इंजन। इलेक्ट्रिक जेट इंजन एक रॉकेट पर उत्पन्न विद्युत ऊर्जा को प्रक्षेपित द्रव्यमान की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए एक उपकरण है। रूपांतरण की सबसे सरल विधि तथाकथित इलेक्ट्रोथर्मल मोटर्स में की जाती है, जब काम करने वाले तरल को एक विद्युत प्रवाह द्वारा गरम किया जाता है और फिर जेट हीट में त्वरित किया जाता है, जैसा कि पारंपरिक ताप इंजन में होता है।

यद्यपि बहुत अधिक तापमान विद्युत ताप के साथ प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन काम करने वाले तरल पदार्थ के विद्युत चुम्बकीय त्वरण वाले मोटर्स अधिक पसंद किए जाते हैं। ऐसे इंजनों में, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की ऊर्जा गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है और, परिणामस्वरूप, प्रवाह दर के मूल्य और ऊर्जा रूपांतरण की दक्षता पर उनमें थर्मोडायनामिक प्रतिबंध हैं।

विद्युत चुम्बकीय बलों के अनुसार जो काम करने वाले तरल पदार्थ को तेज करने के लिए उपयोग किया जाता है, आयन, प्लाज्मा और उच्च आवृत्ति वाले मोटर्स को प्रतिष्ठित किया जाता है। आयन इंजनों में, आयनों के साथ एक विद्युत क्षेत्र की बातचीत के कारण त्वरण होता है या काम करने वाले तरल पदार्थ के मैक्रोपार्टिकल्स का आरोप लगाया जाता है। प्लाज्मा मोटर्स एक चुंबकीय क्षेत्र के साथ एक वर्तमान की बातचीत का उपयोग करते हैं। और अंत में, एक उच्च-आवृत्ति मोटर में, त्वरण एक यात्रा विद्युत चुम्बकीय तरंग के क्षेत्र द्वारा किया जाता है। इलेक्ट्रिक मोटर्स में, प्रकाश की गति के करीब वेगों तक, मनमाने ढंग से उच्च बहिर्वाह वेगों को प्राप्त करना अपेक्षाकृत आसान है (उदाहरण के लिए, यदि कोई मोटर के रूप में कण त्वरक का उपयोग करता है)।

विद्युत ऊर्जा (बैटरी) के प्रकाश संचयकों की कमी के कारण, विद्युत चुम्बकीय त्वरण के सिद्धांत का उपयोग केवल परमाणु ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलने के साथ संयोजन में समझ में आता है। वर्तमान में, इस तरह के रूपांतरण के लिए कोई प्रभावी प्रत्यक्ष तरीके ज्ञात नहीं हैं, और इसलिए स्वायत्त इलेक्ट्रिक मोटर्स के उपयोग को हमेशा एक थर्मल चक्र पर संचालित ऑनबोर्ड परमाणु ऊर्जा संयंत्र के साथ संयोजन में माना जाता है।

एक अंतरिक्ष बिजली संयंत्र का योजनाबद्ध आरेख, किसी भी जमीन-आधारित बिजली संयंत्र, एक गर्मी स्रोत (इस मामले में, एक परमाणु रिएक्टर) की तरह, एक गर्मी इंजन (बिजली में आपूर्ति की गई गर्मी को परिवर्तित करना) और एक रेफ्रिजरेटर (एक उपकरण जो निकालता है, शामिल है) वयर्थ ऊष्मा)। अंतरिक्ष बिजली संयंत्रों और उनके जमीन-आधारित समकक्षों के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतर गर्मी हटाने की विधि है। बाहरी अंतरिक्ष में, विकिरण से ही गर्मी का विमोचन संभव है।

इस परिस्थिति को निम्नलिखित उदाहरण से कितना गंभीर देखा जा सकता है। 50 डिग्री सेल्सियस के जमीन-आधारित बिजली संयंत्रों में गर्मी आउटलेट के औसत तापमान पर 1 किलोवाट की गर्मी को प्रसारित करने के लिए, 1.64 मीटर 2 के रेफ्रिजरेटर की एक विकिरण सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है। 100 किलोवाट की शक्ति वाली एक इलेक्ट्रिक मोटर के लिए, जो केवल 30 किग्रा के थ्रस्ट के साथ एक तरल-प्रणोदक इंजन की शक्ति से मेल खाती है, और एक ही तापमान पर 20% के प्रणोदन प्रणाली की एक समग्र दक्षता, एक रेफ्रिजरेटर 1300 मीटर 2 के एक क्षेत्र की आवश्यकता है।

प्रति यूनिट सतह पर प्रसारित ऊर्जा तापमान की चौथी शक्ति के लिए आनुपातिक है, और इसलिए, रेफ्रिजरेटर के क्षेत्र को कम करने के लिए, इसके तापमान को बढ़ाने के लिए आवश्यक है। चूंकि ताप इंजन के रूप में एक पावर प्लांट की दक्षता ताप स्रोत और रेफ्रिजरेटर के बीच तापमान के अंतर के समानुपाती होती है, इसलिए दक्षता मान बनाए रखने के लिए स्रोत के तापमान में एक समान वृद्धि आवश्यक है।

इस प्रकार, थर्मल और इलेक्ट्रिक मोटर्स दोनों की दक्षता बढ़ाने का सामान्य कार्य एक उच्च-तापमान रिएक्टर बनाना है। अंतरिक्ष ऊर्जा की माँगों ने ऊष्मा के उच्च तापमान को विद्युत में सीधे रूपांतरित करने के क्षेत्र में गहन शोध को प्रेरित किया है।

अंतरिक्ष प्रतिष्ठानों के लिए सबसे आशाजनक रूपांतरण प्रणाली थर्मिओनिक कन्वर्टर्स (टीईसी) निकला। TPE के संचालन का सिद्धांत अंजीर में चित्रित किया गया है। 5, जहां टीईसी एक डायोड है, जिसके बीच का अंतर गैप से भरा होता है। उच्च तापमान पर, कैथोड इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है जो एनोड पर संघनित होता है, यह कैथोड के सापेक्ष ऋणात्मक क्षमता पर चार्ज होता है। नतीजतन, कैथोड और एनोड के बीच एक संभावित अंतर उत्पन्न होता है, और जब वे लोड के लिए बंद हो जाते हैं, तो सर्किट में एक विद्युत प्रवाह प्रवाह होता है।

इलेक्ट्रॉनों के "वाष्पीकरण" और विकिरण के नुकसान के कारण कैथोड के ठंडा होने पर परमाणु रिएक्टर से गर्मी की आपूर्ति द्वारा मुआवजा दिया जाता है। एनोड पर जारी गर्मी इलेक्ट्रॉनों के संघनन के परिणामस्वरूप होती है और कैथोड की तरफ से उज्ज्वल हीटिंग शीतलक द्वारा या सीधे अंतरिक्ष में विकिरण द्वारा हटा दी जाती है।

अंजीर। 5. विद्युत ऊर्जा में तापीय ऊर्जा के एक ऊष्मीय संयुग्मक का योजनाबद्ध आरेख: 1 - कैथोड, 2 - सीज़ियम वाष्प, 3 - एनोड, 4 - लोड से भरा अंतर-इलेक्ट्रोड अंतर

टंगस्टन कैथोड वाला एक थर्मियोनिक कनवर्टर 2500 K तक के कैथोड तापमान और 1000-1400 K के एनोड तापमान को 5 से 40 W / cm 2 तक 25% की दक्षता के साथ एक विशिष्ट शक्ति के साथ संचालित कर सकता है। टीपीई का नुकसान इसका कम परिचालन वोल्टेज (लगभग 0.5 वी) है, और इसलिए तत्वों का एक श्रृंखला कनेक्शन उपयोग किया जाता है।

सैद्धांतिक रूप से, गर्मी के आउटलेट का तापमान, जो रेफ्रिजरेटर के आकार के मामले में इष्टतम है, गर्मी स्रोत के तापमान का 75% होना चाहिए। एक ठोस राज्य रिएक्टर द्वारा लगाए गए तापमान सीमा के साथ, रेडिएटर रेफ्रिजरेटर हमेशा रहेगा, अगर सबसे भारी नहीं है, तो एक अंतरिक्ष पावर प्लांट का सबसे भारी हिस्सा। रेफ्रिजरेटर को प्रभावी ढंग से काम करने के लिए, इसकी सतह में गर्मी चक्र के निचले तापमान के करीब तापमान होना चाहिए।

सामग्री की प्राकृतिक तापीय चालकता के कारण इसे प्राप्त नहीं किया जा सकता है, तरल या गैसीय ताप वाहक को परिचालित करके गर्मी का मजबूरन आवश्यक है। इस मामले में, शीतलक को पंप करने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा हानि दिखाई देती है, और स्थापना एक उल्का टूटने के लिए बहुत कमजोर हो जाती है। रेफ्रिजरेटर की बड़ी सतहों के साथ, शीतलक के साथ चैनल की दीवार को नष्ट करने के लिए पर्याप्त आकार के एक उल्कापिंड के टकराने की संभावना तेजी से बढ़ जाती है, जिससे स्थापना की गिरावट और विफलता हो जाएगी।

इन समस्याओं को कम करने के लिए सबसे सफल डिजाइन समाधान (बिजली की हानि और उल्कापिंड टूटना) गर्मी पाइप का उपयोग है। गर्मी पाइप एक परिसंचारी शीतलक के साथ एक चैनल है, जिसकी आंतरिक दीवारों पर तथाकथित बाती अंतराल के साथ स्थित है (सबसे सरल मामले में, यह एक ठीक जाल है)। पूर्व निकाले गए पाइप को बाती और पाइप की दीवार के बीच की खाई को भरने के लिए पर्याप्त मात्रा में तरल से भरा जाता है, जहां यह तब केशिका बलों द्वारा आयोजित किया जाता है।

एक गर्मी पाइप में, हीटिंग, गर्मी हस्तांतरण और शीतलन के क्षेत्र प्रतिष्ठित हैं। रेडिएटर रेफ्रिजरेटर में, एक नियम के रूप में, अंतिम दो ज़ोन संयुक्त हैं। हीटिंग ज़ोन को आपूर्ति की गई गर्मी तरल को वाष्पित करती है, जिसके वाष्प पाइप के भीतरी स्थान में बाती के छेद से होकर गुजरते हैं और शीतलन क्षेत्र में भाग जाते हैं। वहां, पाइप की दीवारों पर संक्षेपण गर्मी के हस्तांतरण के साथ तरल संघनन होता है, जिससे यह विकिरण द्वारा हटा दिया जाता है। संक्षेपण के परिणामस्वरूप गठित तरल को बाती में निर्मित केशिका बलों द्वारा और बाती और पाइप की दीवार के बीच के अंतराल में हीटिंग ज़ोन में वापस किया जाता है।

इस तरह की गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया इतनी प्रभावी होती है कि, उदाहरण के लिए, अब पाइपों का परीक्षण किया गया है, जो पाइप के बीच तापमान के अंतर के साथ कई मीटर की दूरी पर पाइप क्रॉस-सेक्शन के प्रत्येक 1 सेमी 2 के लिए 10 किलोवाट की गर्मी प्रवाह को संचारित करता है। 0.01 K से कम समाप्त होता है। यह तापीय चालकता के गुणांक के साथ एक ठोस छड़ के गर्मी हस्तांतरण के बराबर है, तांबे के लिए संबंधित मूल्य से कई हजार गुना अधिक है। एक तरल धातु शीतलक के साथ केवल सिस्टम गर्मी हस्तांतरण क्षमताओं के संदर्भ में गर्मी पाइप के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकते हैं, लेकिन उन्हें काम की लागत को पंप करने की आवश्यकता होती है।

अंजीर। 6. धूल भरे रेफ्रिजरेटर-एमिटर की योजना: 1 - पंप, 2 - हीट एक्सचेंजर, 3 - फेरोमैग्नेटिक डस्ट, 4 - सोलनॉइड वाइंडिंग, 5 - चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं

रेडिएटर रेफ्रिजरेटर की सतह को गर्मी पाइप से एकत्र किया जाता है। ऊष्मा आपूर्ति क्षेत्र या तो ठंडा होने वाली इकाई के सीधे संपर्क में हो सकता है, या इसे एक मध्यवर्ती ऊष्मा वाहक द्वारा धोया जा सकता है। चूंकि कई ऊष्मा पाइपों का उपयोग एक विकिरण सतह बनाने के लिए किया जाना चाहिए, और उनके चैनल एक दूसरे के साथ असंबद्ध हो सकते हैं, एक उल्कापिंड द्वारा एक या कई पाइपों को नुकसान केवल नगण्य रूप से पूरे स्थापना के संचालन को प्रभावित करेगा।

हीट डिस्चार्ज योजनाएं संभव हैं, जब गर्मी वाहक फेरोमैग्नेटिक डस्ट (छवि 6) है, जिसे पंप द्वारा हीट एक्सचेंजर के माध्यम से पंप किया जाता है, पावर प्लांट की अपशिष्ट गर्मी को हटाकर बाहरी स्थान में फेंक दिया जाता है। वहां उन्हें पकड़ लिया जाता है और पंप इनलेट पर फिर से लौटा दिया जाता है। एक चुंबकीय क्षेत्र में, फेरोमैग्नेटिक कण, एक दूसरे के साथ इंटरलॉकिंग, बल की रेखाओं के साथ ऊपर, एक विकिरणशील शेल बनाते हैं। धूल के पदार्थ की पर्याप्त चुंबकीय पारगम्यता के साथ, पूरा बाहरी चुंबकीय क्षेत्र इस खोल में केंद्रित है और इसका बेकार बिखरना नहीं होता है।

इस प्रकार के रेफ्रिजरेटर-एमिटर का लाभ उल्कापिंड क्षति के साथ-साथ इसके छोटे आकार के साथ-साथ पृथ्वी की सतह से उपग्रह कक्षा में बिजली संयंत्र को ले जाने के दौरान इसकी पूरी अयोग्यता है, क्योंकि धूल एक छोटे आकार के कंटेनर में हो सकती है। वर्तमान में, यह योजना अभी भी सैद्धांतिक अध्ययन के चरण में है। चुंबकीय क्षेत्र के प्रकाश और किफायती स्रोतों की कमी से इसका कार्यान्वयन बाधित है।

माइक्रोएक्सप्लोसियन और एक फोटॉन इंजन के लिए पल्स मोटर्स। स्पंदित परमाणु रॉकेट इंजन (INRM) के संचालन का सिद्धांत, चित्र जो दिखाए गए हैं। 7, तथा तथा ख, इस तथ्य से युक्त है कि बड़े पैमाने पर परावर्तक की सतह पर आवधिक परमाणु या थर्मोन्यूक्लियर विस्फोट किए जाते हैं। एक INRP के आवश्यक तत्व एक चुंबकीय क्षेत्र का एक स्रोत है, जो चार्ज किए गए प्रतिक्रिया उत्पादों को परावर्तक की सतह में प्रवेश करने से रोकता है, और एक स्पंज, जो रॉकेट को प्रेषित आवेग भार को सुचारू करने का कार्य करता है।

आमतौर पर, विस्फोट के परिणामस्वरूप ऐसे इंजन में, या तो परावर्तक की सामग्री या परावर्तक की सतह को आपूर्ति किए गए तरल पदार्थ वाष्पित हो जाते हैं। इसके अलावा, एक परमाणु प्रतिक्रिया की घटना के लिए स्थितियों में सुधार करने के लिए, प्रतिक्रियाशील परमाणुओं के अंश को बढ़ाएं और विस्फोट के तापमान को कम करें, परमाणु प्रभार निष्क्रिय पदार्थ के पर्याप्त रूप से मोटे खोल में संलग्न है। नतीजतन, खारिज किए गए द्रव्यमान में मुख्य रूप से ऐसे पदार्थ शामिल होंगे जो प्रतिक्रिया (हाइड्रोजन, लिथियम, आदि) में भाग नहीं लेते हैं, और ऐसे इंजनों में निकास वेग 100 किमी / एस तक सीमित है।

यदि इसकी सामग्री को वाष्पित किए बिना परावर्तक को ठंडा करने के लिए संतोषजनक तकनीकी समाधान पाए जाते हैं और चार्ज के चारों ओर एक खोल के गठन के बिना एक परमाणु प्रतिक्रिया करना संभव है, तो ऐसे इंजनों में बहिर्वाह वेग सैद्धांतिक रूप से संभव मूल्यों तक पहुंच सकते हैं - 10 5 किमी / से। इस मामले में, INRDs में इलेक्ट्रिक मोटर्स की तुलना में कम विशिष्ट गुरुत्व होगा, क्योंकि उनसे निकाले गए ताप का हिस्सा काफी कम होगा (इलेक्ट्रिक मोटर्स के लिए यह परमाणु स्थापना की शक्ति का 75-90% है), और गर्मी विनिमय कर सकते हैं एक उच्च तापमान पर किया जाता है। नतीजतन, क्षेत्र और, तदनुसार, रेडिएटर रेफ्रिजरेटर का द्रव्यमान काफी कम होगा।

अंजीर। 7. आवेग मोटर्स के आरेख (तथा - ट्रांसजेनिक तत्वों पर,ख - थर्मोन्यूक्लियर इंजन): 1 - अंतरिक्ष यान, 2 - स्पंज, 3 - परमाणु ईंधन आपूर्ति प्रणाली, 4 - परावर्तक, 5 - विस्फोट क्षेत्र, 6 - ऊर्जा रूपांतरण प्रणाली, 7 - चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए घुमावदार, 8 - प्रतिक्रिया इग्निशन सिस्टम ( कण त्वरक या लेजर)

परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाओं के लिए, मुख्य समस्या आत्मनिर्भर परमाणु प्रतिक्रिया (महत्वपूर्ण द्रव्यमान) के लिए आवश्यक परमाणु ईंधन के द्रव्यमान को कम करना है। वर्तमान में व्यापक रूप से यूरेनियम -235 और प्लूटोनियम से बने परमाणु ईंधन का उपयोग करने के लिए, महत्वपूर्ण द्रव्यमान इतना महान है (कहते हैं, 1 और 3 किग्रा), इतने बड़े द्रव्यमान के विस्फोट के दौरान जारी उच्च ऊर्जा के कारण, इनका प्रत्यक्ष उपयोग INRD में तत्वों को बाहर रखा गया है।

महत्वपूर्ण द्रव्यमान को 10 14 - 10 15 पा के दबाव के साथ या बड़े परमाणु द्रव्यमान के साथ रासायनिक तत्वों पर स्विच करके, विखंडन पदार्थ के घनत्व को बढ़ाकर या तो काफी कम किया जा सकता है। आधुनिक तकनीक आवश्यक परिमाण के पल्स दबाव को बनाना संभव बनाती है, लेकिन यह केवल जटिल और भारी उपकरणों का उपयोग करते समय संभव है, जो संश्लेषण प्रतिक्रियाओं के लिए उपयोग करने के लिए अधिक समीचीन हैं। इसलिए, केवल ट्रांसयूरानिक तत्व (मुख्य रूप से कैलिफ़ोर्निया -252) का उपयोग विखंडन INRE में ईंधन के रूप में किया जा सकता है।

कैलिफ़ोर्नियम का महत्वपूर्ण द्रव्यमान लगभग 7 ग्राम है, और इस तरह के द्रव्यमान का एक विस्फोट 10 10 जे। कैलिफ़ोर्नियम का उपयोग करने वाले इंजन का आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 7, तथा... इसमें, रिफ्लेक्टर की परिधि पर स्थित विशेष त्वरक की मदद से, कैलिफ़ोर्निया के कणों को निकाल दिया जाता है, जो एक साथ टकराते हुए, एक कुल महत्वपूर्ण द्रव्यमान बनाते हैं, एक परमाणु विस्फोट की शुरुआत करते हैं। इसके अलावा, कणों की टक्कर से उत्पन्न होने वाले संपीड़न के कारण, महत्वपूर्ण द्रव्यमान को 1.5-2 के कारक से कम किया जा सकता है। विस्फोट को तब तक दोहराया जाता है जब तक रॉकेट आवश्यक गति नहीं पकड़ लेता है: 10 किमी / सेकंड की गति के लिए 100 टन के अंतिम द्रव्यमान के साथ रॉकेट को तेज करने के लिए, कई किलोग्राम कैलिफ़ोर्निया की आवश्यकता होती है।

हालांकि, ट्रांसजेनिक तत्वों का उपयोग करने वाले इंजन, उनकी सभी मौलिक सादगी के साथ, कई महत्वपूर्ण कमियां हैं और निकट भविष्य में शायद ही इसे लागू किया जा सकता है। कैलिफ़ोर्निया बहुत महंगा है, यह प्रकृति में अनुपस्थित है और प्रोटॉन त्वरक या शक्तिशाली न्यूट्रॉन फ्लक्स में भारी तत्वों को विकिरणित करके प्राप्त किया जाता है। इसी समय, कैलिफ़ोर्नियम की उपयोगी उपज बहुत कम है, और, उदाहरण के लिए, 60 के दशक में यूएसए में कैलिफ़ोर्नियम का उत्पादन केवल प्रति वर्ष लगभग 1 ग्राम था। चूंकि कैलिफ़ोर्निया -252 का आधा जीवन 2.5 वर्ष है, इसलिए उत्पादन के इस स्तर पर महत्वपूर्ण द्रव्यमान जमा करना असंभव है।

और अंत में, यदि कैलिफ़ोर्निया की आवश्यक मात्रा प्राप्त की जाती है, तो इसे रॉकेट पर केवल एक छोटे से न्यूट्रॉन अवशोषक की एक बड़ी मात्रा से अलग कणों के रूप में संग्रहीत करना संभव है, जो इंजन के द्रव्यमान को बढ़ाता है। इसके अलावा, ट्रांस्यूरेनिक तत्वों के विस्फोट से भारी विखंडन के टुकड़े उत्पन्न होते हैं, जो परावर्तक के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा रोकना मुश्किल होता है, और बड़ी संख्या में न्यूट्रॉन जो व्यावहारिक रूप से चुंबकीय क्षेत्र के साथ बातचीत नहीं करते हैं। नतीजतन, इंजन संरचना को ठंडा करना एक अचूक समस्या बन जाती है।

यदि कैलिफ़ोर्निया के समान मात्रा में 10–6 - 10–5 एस के समय अंतराल में यूरेनियम को विस्फोट क्षेत्र में खिलाया जाता है, तो कैलिफ़ोर्नियम का स्टॉक कुछ हद तक कम हो सकता है। इस मामले में, यूरेनियम कैलिफोर्निया के विस्फोट से बने न्यूट्रॉन प्रवाह में बह जाएगा। फिर, एक ही समय अंतराल के बाद, यूरेनियम का अगला हिस्सा खिलाया जा सकता है। इस प्रकार, एक कैस्केड प्रतिक्रिया का आयोजन किया जाएगा, लेकिन यह क्षय हो रहा है और 3-5 चक्रों के बाद फिर से कैलिफ़ोर्निया में विस्फोट करना आवश्यक है।

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया आरंभ करने के लिए कैलिफ़ोर्निया का उपयोग अधिक आशाजनक हो सकता है। इस मामले में, कैलिफ़ोर्नियम का उपयोग केवल एक बार किया जाता है, और फिर थर्मोन्यूक्लियर ईंधन के कुछ हिस्सों (उदाहरण के लिए, एक ड्यूटेरियम-ट्रिटियम मिश्रण) को लगातार प्रतिक्रिया क्षेत्र में खिलाया जाता है। फ्यूजन ईंधन कैलिफोर्निया की तुलना में अतुलनीय रूप से सस्ता है और इस तरह के इंजन के विकास में आर्थिक कारक महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाएंगे। इसके अलावा, प्रकाश तत्व एक थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के दौरान बनते हैं, जो परावर्तक के थर्मल संरक्षण को बहुत सरल करता है।

हालांकि, भले ही हम दहन क्षेत्र में थर्मोन्यूक्लियर ईंधन की आपूर्ति की समस्या को नजरअंदाज कर दें, लेकिन इस आत्मनिर्भर प्रतिक्रिया के लिए न्यूनतम निरंतर बिजली का स्तर 10 14 डब्ल्यू होगा। यह सैटर्न -5 रॉकेट इंजन की शक्ति से 1000 गुना अधिक है। 10 3 किमी / सेकंड की बहिर्वाह गति के साथ, इस तरह के इंजन में 10,000 टीएफ का जोर होगा। और, इसलिए, आवश्यक शक्ति के स्तर पर गर्मी लंपटता की समस्याएं बेहद असहनीय हो जाती हैं। यदि हम मानते हैं कि इंजन संरचनात्मक तत्वों में केवल 0.1% ऊर्जा जारी की जाती है, तो इस राशि को निकालने के लिए 10,000 मीटर 2 के क्षेत्र के साथ एक रेफ्रिजरेटर-रेडिएटर की आवश्यकता होगी।

एक कामकाजी तरल पदार्थ का उपयोग करते समय, प्रवाह की दर 3 गुना कम हो जाएगी, और तदनुसार, जोर 30,000 टन तक बढ़ जाएगा। इस तरह के एक थ्रस्ट को बनाने के लिए, 1000 किलोग्राम / एस की एक कामकाजी द्रव प्रवाह दर की आवश्यकता होती है। इस तरह के इंजन से 10,000 टन वजनी रॉकेट 1 घंटे में 100 किमी / सेकंड की गति तक पहुंच सकता है।

हालांकि, थर्मोन्यूक्लियर माइक्रोएक्सप्लोजन वाले इंजनों की योजना कार्यान्वयन के करीब लगती है। इन इंजनों को प्रेस में व्यापक रूप से चर्चा की गई है, इन इंजनों के कई वैचारिक डिजाइन प्रकाशित किए गए हैं। थर्मोन्यूक्लियर माइक्रोएक्सप्लोसेंस का सार प्लाज्मा के तथाकथित जड़त्वीय परिक्षेपण में शामिल होता है, जब थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया को प्रज्वलित करने के लिए आवश्यक उच्च तापमान के प्रभाव में गर्म थर्मोन्यूक्लियर ईंधन फटने से पहले प्रतिक्रिया होने का समय होता है।

एक स्थिर थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर की पहले से बताई गई योजना में, मुख्य और अभी भी अनसुलझी समस्या एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा गर्म प्लाज्मा की परिसीमन है। कई मिलियन डिग्री के तापमान पर एक नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए, लॉसन की कसौटी को पूरा करना होगा एन? \u003e \u003d 10 14, कहां एन - कणों की एकाग्रता (1 सेमी 3 में परमाणुओं की संख्या), और? - समय। जड़त्वीय कारावास के साथ, लॉसन की कसौटी एकाग्रता में तेज वृद्धि के कारण पूरी होती है, परिणामस्वरूप, थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया होने के लिए आवश्यक समय उसी राशि से कम हो जाता है।

यह उच्च शक्ति लेजर विकिरण या चार्ज कणों (इलेक्ट्रॉनों और आयनों) की उच्च तीव्रता धाराओं का उपयोग करके परमाणु ईंधन के एक छोटे लक्ष्य के सममित स्पंदित विकिरण द्वारा प्राप्त किया जाता है। इसके अलावा, नाड़ी के दौरान ऊर्जा का प्रवाह तेजी से बढ़ना चाहिए। विकिरण के परिणामस्वरूप, लक्ष्य की सतह परत का तीव्र वाष्पीकरण होता है, तथाकथित पृथक्करण। वाष्पीकरण करने वाले कण एक उच्च गति प्राप्त करते हैं और, जैसा कि जेट इंजन में होता है, एक पुनरावृत्ति गति पैदा करते हैं, जिससे कई अरबों पास्कल तक पहुंचने वाले एक विशाल दबाव का विकास होता है।

अभिसरण प्रभाव को परिवर्तित शॉक वेव द्वारा बहुत बढ़ाया जाता है, परिणामस्वरूप, लक्ष्य के केंद्र में ईंधन घनत्व कई हजार गुना बढ़ जाता है, और दबाव तारों के केंद्र में दबाव के अनुरूप एक मूल्य तक पहुँच जाता है (लगभग 10 16 पा)। इस मामले में, थर्मोन्यूक्लियर ईंधन गर्म होता है और थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया की स्थिति उत्पन्न होती है।

एक microexplosion के लिए, केवल 0.001 - 0.01 ग्राम के द्रव्यमान के साथ लक्ष्य पर्याप्त हैं। यह द्रव्यमान 10 8 - 10 10 J. के एक microexplosion ऊर्जा से मेल खाती है। लक्ष्य सामग्री का लगभग 80% अपघटन के परिणामस्वरूप दूर किया जाता है और नहीं करता है। प्रतिक्रिया में भाग लें; इसके अलावा, प्रतिक्रिया उपज मुश्किल से 30% से अधिक होगी। नतीजतन, थर्मोन्यूक्लियर माइक्रोएक्सप्लोसियन के लिए बहिर्वाह वेग को सीमित करना लगभग 6 · 10 6 m / s होगा, जो कि 6 · 10 5 s के विशिष्ट जोर से मेल खाता है। इलेक्ट्रॉन बीम द्वारा शुरू किए गए विस्फोटों के लिए, एक उच्च परमाणु भार वाले तत्वों के खोल के साथ लक्ष्य को घेरना आवश्यक है, जो आगे चलकर सीमित बहिर्वाह वेग को कम करेगा।

थर्मोन्यूक्लियर माइक्रोएक्सप्लोसेंस का उपयोग करने वाले इंजन की योजना को अंजीर में दिखाया गया है। 7, ख... ट्रांसजेनिक तत्वों पर आधारित ऐसे इंजनों और इंजनों के बीच मूलभूत अंतर एक थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया और इसे ऊर्जा देने के लिए विद्युत ऊर्जा का एक स्रोत शुरू करने के लिए एक प्रणाली की उपस्थिति है। दीक्षा प्रणाली या तो प्रकाश स्रोतों का एक सेट है या आवेशित कण त्वरक इस तरह से व्यवस्थित किए जाते हैं कि लक्ष्य को यथासंभव सममित रूप से विकिरणित किया जा सके। विकिरण स्रोत के रूप में, एक शक्तिशाली लेजर का उपयोग इसके बीम के विभाजन के साथ कई या लेज़रों के संयोजन में किया जा सकता है।

लक्ष्य को परावर्तक के ऊपर अंतरिक्ष में निकाल दिया जाता है, और जिस समय यह किरणों के केंद्र बिंदु से गुजरता है, एक इग्निशन पल्स बनता है। संलयन प्लाज्मा सुपरकंडक्टिंग सोलनॉइड द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र से परिलक्षित होता है और इसे जेट थ्रस्ट बनाते हुए बाहरी अंतरिक्ष में फेंक दिया जाता है। बिजली उत्पन्न करने के लिए, या तो विशेष सोलनॉइड या एक ही सोलनॉइड जो एक सुरक्षात्मक चुंबकीय क्षेत्र के स्रोत हैं, का उपयोग किया जा सकता है। जब एक गतिशील प्लाज्मा एक चुंबकीय क्षेत्र के साथ बातचीत करता है, तो सोलनॉइड्स में एक ईएमएफ होता है, और अगली पल्स उत्पन्न करने के लिए उत्पन्न बिजली का उपयोग किया जाता है।

प्रतिक्रिया की लेजर प्रज्वलन के साथ एक थर्मोन्यूक्लियर इंजन की अमेरिकी परियोजना में, 1 एमजे प्रति पल्स की ऊर्जा के साथ एक लेजर का उपयोग करना, 10 एनएस की एक नाड़ी अवधि और 500 हर्ट्ज की एक नाड़ी पुनरावृत्ति दर का प्रस्ताव है। लेजर का द्रव्यमान 150 टन अनुमानित है। एक माइक्रोएक्स्प्लोशन में जारी ऊर्जा के साथ, 10 8 जे, इस तरह के इंजन, परियोजना के लेखकों की गणना के अनुसार, एक पेलोड का वजन 100 टन हो सकता है जो एक विशेष गति से 100 टन वजन कर सकता है। एक दिन में 10 किमी / से। इसके लिए लगभग 10 8 माइक्रोएक्सप्लोसियन की आवश्यकता होगी।

थर्मोन्यूक्लियर माइक्रोएक्स्प्लेशन इंजन की परियोजना में ब्रिटिश शोधकर्ताओं ने इलेक्ट्रॉन त्वरक का उपयोग करके थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया शुरू करने का प्रस्ताव रखा है। "फायरिंग" दालों की पुनरावृत्ति दर 100 हर्ट्ज है, प्रत्येक microexplosion में ऊर्जा 10 11 जे है। इंजन 100 टन के पेलोड को तेज करने के लिए पूरे वर्ष में कई सौ टन थर्मोन्यूक्लियर ईंधन को जलाता है। 0.15 की गति तक। रोशनी।

स्पंदित थर्मोन्यूक्लियर इंजन बनाने में मुख्य कठिनाई एक प्रतिक्रिया दीक्षा प्रणाली का विकास है। यह उचित लेजर और त्वरक उपकरणों की अनुपस्थिति है जो एक निश्चित तरीके से इस तथ्य को प्रभावित करता है कि एक नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया अभी तक महसूस नहीं की गई है। दीक्षा प्रणाली का द्रव्यमान माइक्रोएक्सप्लोसन की ऊर्जा के समानुपाती होता है; इसलिए, प्रत्येक विस्फोट में सबसे कम संभव ऊर्जा जारी करना वांछनीय है। लेकिन फिर, एक दिए गए जोर पर, एक उच्च नाड़ी पुनरावृत्ति दर सुनिश्चित की जानी चाहिए, और किसी दिए गए विशेषता गति को प्राप्त करने के लिए, दालों की एक समान अधिक से अधिक संख्या प्रदान की जानी चाहिए। सिस्टम संसाधन द्वारा दालों की अनुमत संख्या सीमित है।

इस संबंध में, सोवियत वैज्ञानिकों ई.पी. वेलिकोव और वी.वी. चेर्नुखा ने थर्मोन्यूक्लियर लक्ष्यों के कैस्केड प्रज्वलन का एक तरीका प्रस्तावित किया। विधि का सार इस तथ्य में है कि पहले लक्ष्य के प्रज्वलन के बाद लगभग 10-6 एस के बाद, विस्फोट के क्षेत्र में एक अधिक बड़े पैमाने पर लक्ष्य खिलाया जाता है, जिसमें पहले विस्फोट की ऊर्जा का हिस्सा होता है प्रतिक्रिया आरंभ करने के लिए उपयोग किया जाता है। तब इससे भी बड़े द्रव्यमान का एक लक्ष्य खिलाया जाता है, आदि। प्रत्येक कैस्केड में ऊर्जा रिलीज में दस गुना वृद्धि के साथ एक लक्ष्य का उपयोग करना, एक ऊर्जा रिलीज के साथ एक दीक्षा प्रणाली के लिए 10 10 - 10 11 जे की विस्फोट ऊर्जा प्राप्त करना संभव है। 10 8 जे।

इस मामले में, तदनुसार पल्स पुनरावृत्ति दर घट जाती है, लेकिन साथ ही, निश्चित रूप से, परावर्तक पर पल्स लोड बढ़ जाता है। कैस्केड योजना में, कैस्केड के बाद के चरणों में अधिक कठिन-से-प्रज्वलित ईंधन (उदाहरण के लिए, शुद्ध ड्यूटेरियम) का उपयोग करना संभव हो जाता है। यह तेजी से ट्रिटियम की आवश्यकता को कम करता है और, एक ही समय में, न्यूट्रॉन की उपज को कम करता है।

स्पंदित थर्मोन्यूक्लियर इंजन के विकास में एक और कम महत्वपूर्ण कार्य संरचना में जारी गर्मी को हटाने का नहीं है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, ड्यूटेरियम-ट्रिटियम प्रतिक्रिया में, 80% तक ऊर्जा न्यूट्रॉन द्वारा दूर की जाती है, जो कि परावर्तक के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा बनाए नहीं रखी जाती है। समस्या का एक कार्डिनल समाधान एक आइसोटोप बोरान -11 के साथ साधारण हाइड्रोजन के मिश्रण का उपयोग थर्मोन्यूक्लियर ईंधन के रूप में करना होगा। यद्यपि इस ईंधन के दहन के दौरान ऊर्जा रिलीज एक ड्यूटेरियम-ट्रिटियम मिश्रण की तुलना में कम है, न्यूट्रॉन पूरी तरह से अनुपस्थित हैं। हालांकि, इस प्रतिक्रिया को दीक्षा के लिए एक उच्च तापमान की आवश्यकता होती है, और इसकी महारत दूर के भविष्य की बात है।

सापेक्षता के सिद्धांत के मूल सिद्धांत के अनुसार, प्रकृति में अधिकतम संभव गति प्रकाश की गति है - 300,000 किमी / सेकंड। स्वाभाविक रूप से, यह वेग रॉकेट इंजनों में बहिर्वाह के वेग के लिए सीमित होगा। प्रकाश की गति के करीब गति को इलेक्ट्रॉन या आयन त्वरक जैसे इलेक्ट्रिक मोटर्स में प्राप्त किया जा सकता है। हालांकि, सामान्य भौतिक विचारों से निम्नानुसार, इस मामले में, कण त्वरण पर खर्च की गई ऊर्जा विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उपयोग करके थ्रस्ट बनाने के लिए अधिकतम विशेषता वेग प्राप्त करने के दृष्टिकोण से अधिक समीचीन है।

यह ज्ञात है कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण, जिसमें दृश्य प्रकाश शामिल है, भौतिक निकायों पर दबाव डालता है। तदनुसार, उत्सर्जक शरीर विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के एक फोटॉन रिकॉल आवेग का अनुभव करता है। इसलिए, प्रत्येक प्रत्यक्ष रूप से उत्सर्जक शरीर एक फोटॉन इंजन हो सकता है। दिशात्मक विकिरण का प्रतिक्रियाशील जोर प्रकाश की गति से विभाजित विकिरण शक्ति के बराबर है, अर्थात, विकिरणित शक्ति का प्रत्येक 1 किलोवाट 3.3 · 10–7 किलोग्राम का जोर बनाता है।

सबसे सरल फोटॉन इंजन एक तरफ रेफ्रिजरेटर-एमिटर ढाल हो सकता है। चूंकि जहाज पर बिजली संयंत्र द्वारा उत्पन्न ऊर्जा का लगभग 10% विद्युत जेट इंजन की जेट की ऊर्जा में स्थानांतरित हो जाता है, फिर प्रकाश की गति के बराबर 0.1 की गति के साथ एक बहिर्वाह गति पर, रेडिएटर रेफ्रिजरेटर द्वारा निर्मित जोर तुलनीय हो जाता है इंजन का जोर।

फोटॉन इंजनों की सापेक्ष सादगी के बावजूद, थर्मोन्यूक्लियर सहित किसी भी वर्तमान ऊर्जा स्रोतों के साथ उनका उपयोग करना अव्यावहारिक है। आमतौर पर, स्रोत द्रव्यमान का केवल एक हिस्सा ऊर्जा में परिवर्तित होता है: परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाओं के लिए - 0.5%, थर्मोन्यूक्लियर के लिए - 0.15%। यदि केवल फोटॉनों को एक कामकाजी माध्यम के रूप में उपयोग किया जाता है, तो एक साथ पेलोड के साथ प्रतिक्रिया उत्पादों को अंतिम गति में तेजी लाने के लिए आवश्यक होगा। इसलिए, यह केवल ऊर्जा स्रोतों के साथ संयोजन में फोटॉन इंजन का उपयोग करने के लिए समझ में आता है, जिसमें सभी द्रव्यमान, या कम से कम अधिकांश, ऊर्जा में परिवर्तित हो जाते हैं। आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, ऐसा स्रोत केवल विनाशकारी प्रतिक्रिया हो सकता है, अर्थात्, कणों और एंटीपार्टिकल्स की बातचीत।

एंटीपार्टिकल्स के संश्लेषण के लिए (उदाहरण के लिए, एंटीप्रोटोन), शक्तिशाली त्वरक की आवश्यकता होती है, और प्रतिक्रिया में एंटीपार्टिकल्स की उपज बहुत कम होती है। यह माना जाता है कि एंटीप्रोटोन में निहित 1 जे की ऊर्जा प्राप्त करने के लिए, यह कम से कम 100 केजे बिजली लेगा। इस प्रकार, एंटीमैटर की किसी भी महत्वपूर्ण राशि का संचय आधुनिक तकनीक की क्षमताओं से परे है।

एक और समस्या जो फोटॉन इंजन के कार्यान्वयन में उत्पन्न होती है वह एंटीमैटर का भंडारण है। चूंकि रॉकेट संरचना की सामग्री एक सामान्य पदार्थ है, टैंकों की दीवारों के साथ एंटीमैटर के किसी भी संपर्क को बाहर रखा जाना चाहिए। इसलिए, बिजली या चुंबकीय क्षेत्र में एंटीमैटर को "निलंबित" किया जा सकता है।

फोटॉन इंजन में हीट रिमूवल सिस्टम की आवश्यकताएं बहुत सख्त होंगी। वर्तमान में कार्यान्वित ऊष्मा निष्कासन प्रणाली, जिसमें रेडिएटर रेफ्रिजरेटर भी शामिल है, का द्रव्यमान कम से कम 0.01 किलोग्राम प्रति 1 किलोवाट की शक्ति है। इस स्थिति में, भले ही हम रॉकेट के अन्य घटकों की उपेक्षा करते हैं, लेकिन इसमें 2 · 10–4 m / s 2 से अधिक का त्वरण होगा, और केवल 10 किमी / सेकंड की गति तक ऐसे रॉकेट का त्वरण होगा। एक वर्ष से अधिक समय तक।

कहा गया है कि सभी से, यह इस प्रकार है कि फोटॉन इंजन का निर्माण एक बहुत दूर के भविष्य की बात है। कई शोधकर्ता तर्कसंगतता और यहां तक \u200b\u200bकि इसके निर्माण की मौलिक संभावना पर सवाल उठाते हैं, जबकि अन्य सीधे फोटॉन इंजन को विज्ञान कथा के क्षेत्र में विशेषता देते हैं।

बाहरी ऊर्जा स्रोतों के साथ मोटर प्रणाली

ऊपर, एक स्वायत्त प्रकार के उन्नत अंतरिक्ष प्रणोदन प्रणालियों के लिए आवश्यकताओं पर विचार किया गया था, और यह दिखाया गया था कि कैसे ये आवश्यकताएं स्वायत्त प्रणोदन प्रणाली के विकास की दिशा निर्धारित करती हैं। स्वायत्त प्रणालियों में, अंतरिक्ष यान को बनाने और तेज करने के लिए आवश्यक ऊर्जा और द्रव्यमान अंतरिक्ष यान पर ही स्थित होते हैं। इसलिए, ऐसे इंजनों के विकास में प्रगति विशिष्ट ऊर्जा विशेषताओं में सुधार के साथ जुड़ी हुई है, अर्थात्, कार्यशील निकाय के प्रति यूनिट द्रव्यमान में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा में वृद्धि के साथ।

स्थिति बदल जाती है अगर ऊर्जा का स्रोत, जिसकी मदद से जोर बनाया जाता है, तंत्र के बाहर है। इस मामले में, निर्दिष्ट विशेषता अपना अर्थ खो देती है। हालांकि, यह अभी भी महत्वपूर्ण है कि प्रणोदन प्रणाली को कितनी ऊर्जा की आपूर्ति की जाती है और कितनी - आपूर्ति की गई ऊर्जा काम करने वाले तरल पदार्थ को तेज करने के लिए उपयुक्त है।

यदि हम थोड़ी देर के लिए बाहर से आने वाली ऊर्जा को तेज गति से बहते हुए काम कर रहे तरल पदार्थ की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित करने के मुद्दों से अलग हो जाते हैं, तो मुख्य कारक समय की प्रति इकाई प्रणोदन प्रणाली को आपूर्ति की जाने वाली ऊर्जा की मात्रा बन जाती है। इसलिए यह इस प्रकार है कि अंतरिक्ष यान के प्रणोदन प्रणाली की विशेषताएं ऊर्जा स्रोत की द्रव्यमान और विशिष्ट विशेषताओं पर निर्भर नहीं करती हैं, लेकिन बाहरी स्रोत की शक्ति और स्रोत से ऊर्जा हस्तांतरण की दक्षता से प्रणोदन प्रणाली द्वारा निर्धारित की जाती हैं। अंतरिक्ष यान का।

जैसा कि बाहरी ऊर्जा स्रोत वाले इंजनों में ऊर्जा और द्रव्यमान के अलग-अलग स्रोतों के साथ स्वायत्त इंजनों के मामले में, प्रणोदन प्रणाली के पावर इनपुट में वृद्धि के साथ, जोर की एक इकाई बनाने के लिए काम करने वाले निकाय के द्रव्यमान की खपत। घट जाती है, चूंकि काम करने वाले तरल पदार्थ के बहिर्वाह की गति बढ़ जाती है। यदि बहिर्वाह वेग 4.5-5 किमी / सेकंड से अधिक हो जाता है, तो एक बाहरी स्रोत के साथ एक प्रणोदन प्रणाली से लैस एक रॉकेट या अंतरिक्ष यान तरल प्रणोदक रॉकेट इंजन के साथ वाहनों को बेहतर प्रदर्शन करना शुरू कर देता है, जैसे कि पेरोल द्रव्यमान के अनुपात में बड़े पैमाने पर लॉन्च।

बाहरी स्रोतों के उपयोग की एक और महत्वपूर्ण विशेषता इंजनों में काम करने वाले तरल पदार्थों की सीमा का विस्तार करना है। विशेष रूप से, उनका उपयोग वायुमंडलीय हवा के उपयोग को काम करने वाले माध्यम के रूप में पृथ्वी की सतह से कम कक्षा में लॉन्च किए गए वाहन को लॉन्च करते समय बहुत सुविधाजनक बना सकता है। ऐसा विश्वास करने का कारण है कि, बाहरी ऊर्जा स्रोतों वाले इंजनों के आधार पर, रासायनिक इंजन वाले सिस्टमों की तुलना में विशेषताओं के साथ पृथ्वी की कक्षा में पेलोड को लॉन्च करने के लिए परिवहन प्रणाली बनाना संभव है। ये ऊर्जा और गति के बाहरी स्रोतों के साथ प्रणोदन प्रणाली की संभावनाओं के बारे में प्रारंभिक विचार हैं। संभावित लोगों सहित क्या क्षमताएं (आखिरकार, हम भविष्य के बारे में बात कर रहे हैं), क्या आधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी के पास प्रणोदन प्रणाली के लिए बाहरी स्रोतों की ऊर्जा का उपयोग करने के विचार के कार्यान्वयन के लिए है?

बाहरी तत्व का उपयोग करके मोटर सिस्टम बनाने वाले मुख्य तत्वों पर विचार करें। यह, सबसे पहले, प्रणोदन प्रणाली स्वयं (इसकी डिजाइन और विशेषताएं मोटे तौर पर काम करने वाले तरल पदार्थ के प्रकार और उपयोग की जाने वाली ऊर्जा के प्रकार पर निर्भर करती हैं)। दूसरे, ऊर्जा का एक बाहरी स्रोत, दोनों प्राकृतिक और कृत्रिम। सूर्य, अंतरपद और अंतरतारकीय माध्यम एक प्राकृतिक स्रोत के रूप में काम कर सकते हैं। ऊर्जा का एक कृत्रिम बाहरी स्रोत, उदाहरण के लिए, निर्देशित विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक शक्तिशाली स्रोत है।

बाहरी ऊर्जा स्रोत के साथ मोटर प्रणाली का तीसरा आवश्यक तत्व कार्यशील द्रव में गतिज ऊर्जा में रूपांतरण के लिए उपयुक्त रूप में ऊर्जा को परिवर्तित करने के लिए, यदि आवश्यक हो, तो एक उपकरण है। और अंत में, प्रणोदन प्रणाली का अंतिम, चौथा, मुख्य तत्व स्रोत से प्राप्त डिवाइस तक ऊर्जा संचारित करने का मार्ग है। अंतरिक्ष तराजू और जबरदस्त गति से बिजली के स्रोत और अंतरिक्ष यान के बीच भारी दूरी होती है। इसके अलावा, इस मामले में भी जब शुरुआती समय में यह दूरी अपेक्षाकृत कम है, यह प्रणोदन प्रणाली के संचालन के दौरान काफी बढ़ जाती है। इसलिए, बाहरी स्रोत की ऊर्जा का उपयोग करने के विचार को लागू करने के लिए, लंबी दूरी पर (कृत्रिम स्रोतों का उपयोग करते समय) ऊर्जा के कुशल संचरण के साधनों को विकसित करना आवश्यक है।

सूर्य को ऊर्जा के बाहरी स्रोत के रूप में उपयोग करने की सुविधाओं पर विचार करें। सूर्य से दूरी के वर्ग के विपरीत विद्युत चुम्बकीय विकिरण का घनत्व कम हो जाता है, और इस अर्थ में, स्रोत से प्रणोदन प्रणाली तक ऊर्जा हस्तांतरण पथ के मापदंडों को तय किया जाता है (केवल सूर्य से अंतरिक्ष यान की दूरी) परिवर्तन)। हालांकि, संपूर्ण प्रणाली के रूप में प्रणोदन प्रणाली की विशेषताएं काफी हद तक पथ के इस एकल चर पैरामीटर के मूल्य पर निर्भर करती हैं।

दरअसल, जब पावर स्रोत से अंतरिक्ष यान की दूरी 2 गुना बदल जाती है, तो पावर फ्लक्स घनत्व 4 गुना बदल जाता है। इसका मतलब यह है कि एक निश्चित-शक्ति प्रणोदन प्रणाली को चलाने के लिए, उस उपकरण के क्षेत्र को बढ़ाना आवश्यक है जो सौर विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा भी 4 गुना प्राप्त करता है। दूर के ग्रहों पर उड़ान भरने पर, सूर्य से पृथ्वी की दूरी की तुलना में सूर्य की दूरी कई गुना अधिक है, सौर विकिरण का घनत्व इतना कम हो जाता है कि सौर ऊर्जा का उपयोग शायद ही उचित है। लेकिन यहां तक \u200b\u200bकि उन दूरीओं पर भी जहां सौर ऊर्जा का उपयोग उचित है - सैकड़ों लाखों किलोमीटर (जैसे ऊर्जा संचरण पथ के विशिष्ट आयाम हैं)।

कृत्रिम स्रोतों का उपयोग करने के मामले में, इस तरह की दूरी पर ऊर्जा के कुशल संचरण का कार्यान्वयन अत्यंत समस्याग्रस्त है। उदाहरण के लिए, एक कृत्रिम स्रोत से विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा संचारित करने का मार्ग।

आंख को तुरंत पकड़ने वाली पहली सीमा स्रोत की सीमित शक्ति है। यदि सौर विकिरण की कुल शक्ति, प्रणोदन प्रणाली को शक्ति प्रदान करने के लिए आवश्यक शक्ति से अधिक परिमाण के कई आदेश हैं और अपनी क्षमताओं को सीमित नहीं करती है, तो एक कृत्रिम स्रोत के साथ प्रणोदन प्रणाली की ऊर्जा विशेषताओं को स्रोत की शक्ति द्वारा सीमित किया जाता है और किसी को यह सुनिश्चित करने का प्रयास करना चाहिए कि इंजन तक जितना संभव हो उतना बाहरी स्रोत की शक्ति ... इसलिए स्रोत में अंतरिक्ष हस्तांतरण मार्ग में ऊर्जा हस्तांतरण की उच्च दक्षता की आवश्यकता है। आदर्श रूप से, अंतरिक्ष यान के रिसीवर में प्रवेश करने के लिए सभी स्रोत ऊर्जा की आवश्यकता होती है। वास्तविकता में, यह स्रोत शक्ति के कम से कम दस प्रतिशत अंश का अंश होना चाहिए।

विद्युत चुम्बकीय विकिरण के कुशल संचरण को एक संकीर्ण बीम में विकिरण को आकार देकर महसूस किया जा सकता है। आवश्यक कॉन्फ़िगरेशन, बीम का निर्माण और दिशात्मक विद्युत चुम्बकीय विकिरण के स्वागत की संभावना तरंग दैर्ध्य (आवृत्ति), उत्सर्जक या प्राप्त सतह के आकार और माध्यम के मापदंडों से निर्धारित होती है जिसमें प्रसार होता है।

विद्युत चुम्बकीय तरंगों का रिसेप्शन और प्रसारण। एंटेना द्वारा विद्युत चुम्बकीय तरंगों का स्वागत और संचरण किया जाता है। प्राप्त करने और प्रसारित करने वाले एंटेना में बहुत कुछ है, और अक्सर एक ही डिवाइस का उपयोग ट्रांसमिशन और प्राप्त एंटेना दोनों के रूप में किया जाता है। अब तक, हम पारंपरिक एंटेना के बारे में बात कर रहे थे, जिसका काम घटना विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा को प्रसारित करना या प्राप्त करना है। हालांकि, पहले से ही एंटेना हैं जो विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा प्राप्त करते हैं और इसे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं - ये सौर बैटरी और उपकरण हैं जिन्हें रेक्टेनस कहा जाता है, जिन्हें अल्ट्राहि फ्रीक्वेंसी (माइक्रोवेव) रेंज में मोनोक्रोमैटिक विकिरण प्राप्त करने और इसे प्रत्यक्ष विद्युत प्रवाह में परिवर्तित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

इसलिए, व्यापक अर्थ में, एक प्राप्त ऐन्टेना का मतलब होगा किसी अन्य प्रकार की ऊर्जा में विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा प्राप्त करने और परिवर्तित करने के लिए डिज़ाइन किया गया उपकरण। ऐसे सभी उपकरण कई सामान्य बिंदुओं को साझा करते हैं जो एंटीना की उपस्थिति को बहुत प्रभावित करते हैं। सबसे पहले, यह एंटीना के आकार, विकिरणित या प्राप्त विद्युत चुम्बकीय तरंगों की लंबाई, एंटेना को प्रसारित करने के लिए विकिरण की प्रत्यक्षता या एंटेना प्राप्त करने के लिए विद्युत चुम्बकीय तरंगों को प्रभावी ढंग से प्राप्त करने की क्षमता के बीच संबंधों की चिंता करता है।

तरंग दैर्ध्य के साथ विकिरण की प्रत्यक्षता की डिग्री ?, जिसे आकार के एंटीना का उपयोग करके महसूस किया जा सकता है घ, एक विशेष मूल्य द्वारा विशेषता - विचलन का कोण? ~ / घ... उच्च प्रत्यक्षता (कम नुकसान के साथ) के साथ विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा प्रेषित करते समय, डायवर्जिंग बीम लगभग पूरी तरह से प्राप्त एंटीना की सतह पर गिरता है। यदि प्रसारण और प्राप्त करने वाले एंटेना के बीच की दूरी बड़ी है, तो विकिरण के विचलन का आवश्यक कोण बेहद छोटा है। नतीजतन, एंटेना के आयाम, तरंग दैर्ध्य की इकाइयों में मापा जाता है, महत्वपूर्ण होना चाहिए।

उदाहरण के लिए, 1 सेमी की तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उपयोग करते समय, 100 मीटर के आकार वाले एंटेना को लगभग 1000 किमी की दूरी पर महत्वपूर्ण नुकसान के बिना विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा प्रसारित करने की आवश्यकता होती है। संचरण क्षमता के दृष्टिकोण से, यह अधिक शक्तिशाली है कम तरंग दैर्ध्य का उपयोग करने के लिए, चूंकि प्रभावी संचरण दूरी तरंग दैर्ध्य के विपरीत आनुपातिक है। हालांकि, एक समस्या (दूरी की समस्या) को हल करने में मदद करते हुए, तरंग दैर्ध्य को कम करना, दूसरों को बनाता है। विशेष रूप से, निर्माण की सटीकता, इंगित करने की सटीकता, रिसेप्शन और ट्रांसमिशन की दिशा में एंटेना के स्थिरीकरण, आदि की आवश्यकताएं अधिक कठोर होती जा रही हैं। हमेशा की तरह ऐसे मामलों में, एक प्रभावी समझौता आवश्यक होता है। समस्या को हल करने और तकनीकी और आर्थिक क्षमताओं द्वारा लगाए गए आवश्यकताओं।

विद्युत चुम्बकीय विकिरण के बाहरी स्रोतों के साथ मोटर्स का वर्गीकरण। विद्युत चुम्बकीय विकिरण के बाहरी स्रोतों के साथ हाइपोथेटिकल कर्षण प्रणाली बहुत विविध हैं। वे प्राकृतिक और कृत्रिम विकिरण स्रोतों का उपयोग करते हैं, और उपयोग की जाने वाली तरंग दैर्ध्य की संभावित सीमा एक्स-रे से माइक्रोवेव तक फैली हुई है। इसके अलावा, वे विकिरण ऊर्जा को जोर में परिवर्तित करने के विभिन्न तरीकों का उपयोग करते हैं। यह तथ्य कि अंतरिक्ष यान के लिए ऊर्जा का स्रोत अंतरिक्ष यान के बाहर है, प्रणोदन प्रणाली और पूरे अंतरिक्ष यान की उपस्थिति पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। काफी आकार का एक एंटीना प्राप्त करना एक अनिवार्य विशेषता बन जाता है।

विद्युत चुम्बकीय विकिरण के बाहरी स्रोतों के साथ जेट इंजन का अनुमानित वर्गीकरण अंजीर में दिखाया गया है। 8. आइए सबसे पहले विकिरण के प्राकृतिक स्रोत वाले सभी प्रणोदन प्रणालियों पर विचार करें - सूर्य। इसका विकिरण दो संस्करणों में जोर पैदा करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है: 1) जब सौर विकिरण ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा (उदाहरण के लिए, सौर पैनलों का उपयोग करके) में परिवर्तित करने के लिए, इसके बाद बिजली विद्युत प्रणोदन इंजन का उपयोग; 2) जब विद्युत चुम्बकीय विकिरण (सौर पाल नामक कर्षण प्रणाली इस सिद्धांत पर आधारित हैं) के दबाव का उपयोग करते हुए।

अंजीर। 8. विद्युत चुम्बकीय विकिरण के बाहरी स्रोतों के साथ प्रतिक्रियाशील प्रणोदन प्रणाली (आरडीएस) के प्रकार

सौर पाल। ऐसी प्रणालियों के संचालन के सिद्धांत का सार, जिसके नाम से ब्रिगेंटाइन और कारवेल रोमांटिक रूप से सांस लेते हैं, वास्तव में पाल के संचालन के सिद्धांत के समान है। इस मामले में, अंतरिक्ष यान में एक पतली दर्पण फिल्म द्वारा बनाई गई एक अत्यंत विकसित सतह है। सौर विकिरण, फिल्म की सतह के लंबवत हो जाना और उससे परावर्तित होकर, फिल्म की सतह के लिए लंबवत भी जोर बनाता है। विकिरण के आंशिक अवशोषण के साथ, थ्रस्ट दिशा इस सतह के साथ एक निश्चित कोण बनाएगी, और पाल को उन्मुख करके, वांछित दिशा में जोर प्राप्त किया जा सकता है।

ऐसे कर्षण प्रणालियों के फायदे स्पष्ट हैं: उन्हें ऊर्जा या काम करने वाले तरल पदार्थ की खपत की आवश्यकता नहीं है। हालांकि, पर्याप्त त्वरण प्राप्त करने के लिए, एक बहुत पतली फिल्म का उपयोग करना आवश्यक है ताकि पाल के साथ-साथ जहाज के द्रव्यमान के लिए पाल क्षेत्र का अनुपात काफी बड़ा हो। आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार पाल क्षेत्र भी काफी बड़ा है। इसलिए, उदाहरण के लिए, सूर्य से 1 AU की दूरी पर स्थित तंत्र के लिए 1 kgf का थ्रस्ट बनाना। से। (150 मिलियन किमी), 3 · 10 5 मीटर 2 का पाल क्षेत्र होना आवश्यक है।

फिर भी, स्वीकार्य जन विशेषताओं के साथ ऐसी संरचनाएं बनाने का कार्य आधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी के लिए काफी वास्तविक है। विशेष रूप से, संयुक्त राज्य अमेरिका में, हैली के धूमकेतु के लिए उड़ान भरने के लिए डिज़ाइन किए गए एक अंतरिक्ष यान के विकास के संबंध में विभिन्न प्रकार के सौर पाल पर विचार किया गया था। सबसे होनहार ऐसे पाल डिजाइनों में से एक - "सौर जाइरोस्कोप" - अंजीर में दिखाया गया है। 9. इस "गायरोस्कोप" में 12 ब्लेड 7.4 किमी लंबे और 8 मीटर चौड़े होते हैं, प्रत्येक ब्लेड का वजन 200 किलोग्राम होता है; ब्लेड पर कुछ कठोरता देने के लिए हर 150 मीटर पर "स्लैट्स" दिए जाते हैं। गणना के अनुसार, 1 एयू की दूरी पर एक समान पाल। यही है, सूर्य से 0.5 किलोग्राम का जोर प्रदान करना चाहिए। पाल की मदद से, अंतरिक्ष यान, हैली के धूमकेतु के लिए उड़ान की समस्या को हल करते समय, 55 किमी / सेकंड की गति की रिपोर्ट करना होगा।

अंजीर। 9. सौर पाल के संभावित डिजाइनों में से एक "सौर जाइरोस्कोप" है।

प्रारंभिक अनुमानों के अनुसार, परियोजना को संभव बनाने के लिए, पाल बनाने वाली फिल्म की मोटाई लगभग 0.0025 मिमी होनी चाहिए, और विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण लगभग 3 ग्राम / मी 2 होना चाहिए। इसलिए, परियोजना के कार्यान्वयन में मुख्य कठिनाई फिल्म सामग्री की पसंद है।

हैली के धूमकेतु के लिए उल्लिखित उड़ान के अलावा, निम्न और भूस्थिर कक्षाओं के बीच बड़े भार की आवाजाही और पृथ्वी पर मार्टियन मिट्टी की डिलीवरी को सौर सेल के उपयोग के साथ संभव संचालन माना जाता है। बाहरी ग्रहों की उड़ानों के लिए सौर पाल का उपयोग अव्यावहारिक माना जाता है।

लेजर जेट इंजन।लेजर जेट इंजन के संचालन का सिद्धांत एक प्रसिद्ध तथ्य पर आधारित है - लेजर विकिरण के प्रभाव में सामग्री के वाष्पीकरण की संभावना। वाष्पीकरण जल्दी से होता है और एक सुपरसोनिक जेट के गठन की ओर जाता है जब किसी पदार्थ की सतह पर ऊर्जा प्रवाह में उच्च घनत्व होता है। बहुत अधिक प्रवाह पर, भाप को आयनित किया जा सकता है, जिससे बहुत उच्च विशिष्ट आवेग प्राप्त होता है। जेट की गति की मात्रा उसी तरह जोर पैदा करती है जैसे कि एक पारंपरिक जेट इंजन के मामले में। एक कृत्रिम उपग्रह को कक्षा में प्रक्षेपित करने के लिए उच्च-शक्ति वाले ग्राउंड-आधारित लेजर की ऊर्जा का उपयोग करने का विचार 1971-1972 में ए। कांतोरोविट्स द्वारा सामने रखा गया था।

सिद्धांत रूप में, एक लेजर इंजन परमाणु और इलेक्ट्रिक इंजन में पाए जाने वाले बहुत उच्च विशिष्ट आवेग को रासायनिक ईंधन वाले इंजन में निहित विश्वसनीयता के साथ एक उच्च थ्रस्ट-टू-मास अनुपात के साथ जोड़ता है। विशिष्ट आवेग के उच्च मूल्यों को प्राप्त किया जा सकता है, क्योंकि काम कर रहे तरल पदार्थ द्वारा विकिरण के अवशोषण के परिणामस्वरूप, एक उच्च तापमान वाला एक प्लाज्मा बनता है। रॉकेट के द्रव्यमान को पेलोड के द्रव्यमान का एक बड़ा अनुपात इस तथ्य से प्रदान किया जाता है कि ऊर्जा स्रोत पृथ्वी पर स्थित है।

इन बुनियादी लाभों की प्राप्ति, दो समस्याओं के समाधान पर निश्चित रूप से निर्भर करती है। सबसे पहले, एक बहुत छोटे विचलन कोण के साथ एक शक्तिशाली लेजर बीम का संचरण सुनिश्चित किया जाना चाहिए, और दूसरी बात, यह तकनीकी रूप से और आर्थिक रूप से सुलभ बड़े लेज़रों और उनकी बिजली की आपूर्ति बनाने के लिए आवश्यक है।

वर्तमान में, लेजर विकिरण के उपयोग के आधार पर जोर प्राप्त करने के कई तरीकों पर विचार किया गया है। उनमें से एक, उदाहरण के लिए, ठोस ईंधन का तेजी से वाष्पीकरण है, जो विकिरण को अवशोषित करता है, जिसके परिणामस्वरूप गर्म भाप का एक जेट होता है। यदि, इसके अलावा, भाप लेजर विकिरण ऊर्जा का हिस्सा अवशोषित करती है, तो 5000 - 12,000 K का तापमान प्राप्त किया जा सकता है। इस मामले में, रॉकेट नोजल की आंतरिक सतह एक परवलयिक परावर्तक है, जिससे नोजल एक साथ दर्पण के रूप में कार्य करता है। लेजर विकिरण के लिए और निवर्तमान गैसों के लिए एक नोजल।

परवलयिक परावर्तक बिना विरूपण के वायुमंडल से गुजरने वाले अधिकतम प्रवाह की तुलना में कम शक्ति घनत्व के साथ एक लेजर बीम प्राप्त करता है और इसे ध्यान में एक ठोस ईंधन रॉड पर केंद्रित करता है। इस प्रकार, वाष्पित ईंधन एक उच्च तीव्रता (10 7 - 10 9 डब्ल्यू / सेमी 2) के साथ लेजर विकिरण के क्षेत्र से गुजरता है और उच्च तापमान तक गर्म होता है। फिर गैस, एक उच्च तापमान पर गर्म होती है, फैलती है और इसकी तापीय ऊर्जा गतिज ऊर्जा में बदल जाती है। ऐसी प्रणाली एक सरल बाष्पीकरणीय प्रणाली की तुलना में एक उच्च विशिष्ट जोर देती है।

एक पेलोड के साथ रॉकेटों को लॉन्च करने के लिए एक भू-स्थिर कक्षा में 1 टन से अधिक नहीं, परियोजनाओं में से एक स्पंदित कार्बन डाइऑक्साइड लेज़रों का उपयोग करने का प्रस्ताव है। इस तरह के लेजर से 0.2 से कम बीम डायवर्जन और कई मिलीसेकंड की अवधि के साथ हल्के दालों को प्राप्त करना संभव होता है।

प्रारंभिक अनुमानों के अनुसार, जमीन पर आधारित लेजर इंस्टॉलेशन का उपयोग करके 1-किलो पेलोड को पृथ्वी की कक्षा में लॉन्च करने की लागत लगभग $ 50 होगी। इस तरह के रॉकेट सिस्टम के डिजाइन में मुख्य समस्या सबसे कुशल रूपांतरण की समस्या है रॉकेट बीम की गतिज ऊर्जा में लेजर बीम ऊर्जा, बाद की पृथ्वी की कक्षा में लॉन्च करने के लिए पर्याप्त है। रॉकेट की कक्षा में प्रक्षेपण के दौरान इंजन को आपूर्ति की जाने वाली कुल ऊर्जा स्रोत की शक्ति और लॉन्च के समय के अनुपात में होती है। समान पेलोड द्रव्यमान के लिए, यह लॉन्च समय से लगभग स्वतंत्र है। इसका मतलब यह है कि लॉन्च के समय को बढ़ाकर, स्रोत की शक्ति को कम करना संभव है और, इसके विपरीत, स्रोत की शक्ति को बढ़ाकर, रॉकेट को कक्षा में लॉन्च करने के समय को कम करना।

न्यूनतम लेजर शक्ति 200-300 मेगावाट के क्रम की हो सकती है यदि रॉकेट को लंबे समय तक त्वरित किया जाता है, लेकिन इससे त्वरण क्षेत्र में वृद्धि भी होती है - लेजर बीम तक पहुंचने के लिए अधिकतम दूरी जिसे अधिकतम दूरी तक जाना चाहिए रॉकेट रिसीवर। बढ़ती दूरी के साथ ऊर्जा हस्तांतरण की एक उच्च दक्षता बनाए रखने के लिए, यह आवश्यक है, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, या तो बीम के विचलन को कम करने के लिए, या रॉकेट पर प्राप्त डिवाइस के आकार को बढ़ाने के लिए। पहले विकल्प के लिए बेहतर लेज़र ऑप्टिक्स की आवश्यकता होती है, दूसरा रॉकेट के ड्रैग में वृद्धि की ओर जाता है। प्रक्षेपण प्रणाली के लिए त्वरण क्षेत्र की लंबाई पर लेजर शक्ति की अनुमानित निर्भरता, जो कक्षा में 1 टन पेलोड का वितरण सुनिश्चित करती है, अंजीर में दिखाया गया है। दस।

अंजीर। 10. त्वरण लंबाई पर विशेषता लेजर शक्ति की अनुमानित निर्भरता जब 1 टी के द्रव्यमान के साथ एक पेलोड को हटा दिया जाता है

वर्णित परियोजना की एक विशेषता काम कर रहे तरल पदार्थ को गर्म करने के लिए लेजर विकिरण की ऊर्जा के साथ एक रासायनिक प्रतिक्रिया की ऊर्जा का उपयोग है। इंजन चक्र ईंधन के प्रज्वलन और एक प्रकाश नाड़ी की आपूर्ति के साथ शुरू होता है। प्रकाश नाड़ी काम कर रहे तरल पदार्थ के अतिरिक्त हीटिंग का उत्पादन करती है, जिसके परिणामस्वरूप लगभग 20,000 K के तापमान के साथ एक प्लाज्मा का निर्माण होता है, जो इंजन नोजल से गैस का विस्तार और विस्तार करता है। गैस नोजल छोड़ने के बाद, एक नया प्रकाश नाड़ी लगाया जाता है, ईंधन प्रज्वलित होता है, और पूरे चक्र को फिर से दोहराया जाता है।

इंजन थ्रस्ट की अवधि प्रकाश नाड़ी की अवधि पर निर्भर करती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, 800 एस (रॉकेट के आधार पर गैस का दबाव 3 एमपीए तक पहुंच जाता है) के लिए जोर बनाने के लिए, 2 · 10 7 डब्ल्यू / सेमी 2 और एक ऊर्जा प्रवाह घनत्व के साथ एक हल्के नाड़ी को लागू करना आवश्यक है 10 -6 एस की अवधि, जबकि त्वरण के अंत में गति 8 किमी / सेकंड तक पहुंच जाएगी। चूंकि जोर हमेशा इंजन के नोजल निकास से लंबवत होता है, इसलिए लेजर बीम की दिशा रॉकेट के अनुदैर्ध्य अक्ष की दिशा के साथ मेल नहीं खाती है।

लेजर विकिरण के अवशोषण का उपयोग करते हुए, थ्रस्ट बनाने का एक अन्य तरीका प्रक्षेपवक्र के वायुमंडलीय खंड में एक अंतरिक्ष यान को तेज करने के लिए उपयुक्त है। यह 1973 में एएम प्रोखोरोव के नेतृत्व में FIAN के शोधकर्ताओं के एक समूह द्वारा प्रस्तावित किया गया था। इस संस्करण में, महत्वपूर्ण अवशोषण के बिना विकिरण वायुमंडल से गुजरता है और एक परवलयिक परावर्तन सतह को हिट करता है, जो विमान के पूंछ अनुभाग में स्थित है और है इससे सख्ती से जुड़ा है। इस सतह के फोकल क्षेत्र में विकिरण की तीव्रता उस सीमा से अधिक होनी चाहिए जिस पर वहां स्थित हवा का एक विद्युत ब्रेकडाउन होता है। जोर वायुमंडलीय हवा के अलावा किसी अन्य ईंधन के उपयोग के बिना होता है। यदि लेजर दालों के बीच एक वायु परिवर्तन प्रदान किया जाता है, तो इंजन लेजर पल्सेटिंग जेट इंजन के रूप में कार्य करता है।

अंजीर। 11. लेजर स्पंदित वीआरएम: 1 - एक पॉलिश आंतरिक सतह के साथ परवलयिक खोल, 2 - परवलय का ध्यान, 3 - हवा का टूटना, 4 - प्रकाश विस्फोट तरंग, 5 - लेजर बीम

एक स्पंदित लेजर का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्वमीटर एयर-जेट इंजन अंजीर देता है। 11. पॉलिश बीम की आंतरिक सतह पर प्रहार करने वाली लेजर बीम एक उच्च तीव्रता की धारा बनाने के लिए केंद्रित है। हवा का अगला टूटना एक सदमे की लहर उत्पन्न करता है, जो नोजल के आउटलेट की ओर फैलता है। इसके अलावा, इसके पीछे के सभी उच्च गैस दबाव को नोजल की दीवारों पर अभिनय करने वाले बल में परिवर्तित किया जाता है, अर्थात्, जोर।

लेजर MHD इंजन। संयुक्त राज्य अमेरिका में एकल-चरण परिवहन जहाज के लिए होनहार इंजन के विश्लेषण पर काम के हिस्से के रूप में, एक लेजर का उपयोग करके एक MHD इंजन बनाने के लिए अनुसंधान किया गया था। लेजर जेट इंजन की तुलना में इस तरह के इंजन का मुख्य लाभ यह है कि इलेक्ट्रोडायनामिक बलों की मदद से काम कर रहे माध्यम के त्वरण के कारण, जेट स्ट्रीम बहिर्वाह के उच्च वेग प्राप्त करना संभव है। वायुमंडलीय वायु से प्राप्त प्लाज्मा का उपयोग कार्यशील माध्यम के रूप में किया जाता है; ऊर्जा स्रोत - ऑर्बिटल या ग्राउंड स्टेशनों के लेजर जनरेटर, जिसके साथ परिवहन-अंतरिक्ष यान चलता है।

ट्रांसपोर्ट स्पेसक्राफ्ट के MHD इंजन के साथ एक क्रॉस-सेक्शनल एरिया जो कि सैटर्न -5 लॉन्च व्हीकल के क्रॉस-सेक्शनल एरिया के बराबर है, के सामने एक लेज़र रेडिएशन रिसीवर है, जिसके बाद एनायुलर एयर इनटेक होता है। हवा के सेवन से, हवा आयनीकरण कक्ष में प्रवेश करती है, जहां, लेजर विकिरण के प्रभाव में, इसे आयनित किया जाता है और घने प्लाज्मा में परिवर्तित किया जाता है। लेजर विकिरण का मुख्य हिस्सा गठित प्लाज्मा में अवशोषित नहीं होता है, लेकिन दीवारों पर परिलक्षित होता है, जिसके साथ लेजर विकिरण के विद्युत प्रवाह में कन्वर्टर्स रखे जाते हैं। उत्पन्न बिजली का उपयोग जोर बनाने के लिए किया जाता है, यह अंत-फेस प्लाज्मा इंजनों में कैसे किया जाता है: प्लाज्मा को अपने स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र के साथ विद्युत प्रवाह की बातचीत से उत्पन्न बल द्वारा त्वरित किया जाता है। इंजन से उत्सर्जित प्लाज्मा का एक जेट जेट थ्रस्ट बनाता है।

ऑपरेटिंग मापदंडों का विश्लेषण 22 टी के परिवहन अंतरिक्ष यान के कक्षीय द्रव्यमान के मूल्य के संबंध में किया गया था: वर्तमान 360 kA - जमीनी स्तर पर, 600 kA (अधिकतम) - 500 मीटर की उड़ान गति के लिए अधिकतम जोर पर / s और 280 m / s की एक कक्षीय गति पर, पृथ्वी के पास कई सौ मीटर प्रति सेकंड और कक्षा में 460 किमी / सेकंड की दर से आवेशित कणों के एक जेट प्रवाह का बहिर्वाह वेग। अंतरिक्षयान के त्वरण के दौरान लेजर विकिरण की शक्ति तेजी से 1.35 गीगावॉट तक बढ़ जाती है, जब तक कि 750 मीटर / सेकंड की उड़ान की गति नहीं हो जाती है, और लगभग 1.5 किमी / घंटा की उड़ान गति से यह रैखिक रूप से ओर्बिटल उड़ान में 3.75 GW तक बढ़ जाती है। गति।

विद्युत चुम्बकीय गुंजयमान यंत्र मोटर। पहले से विचार किए गए इंजन सर्किट के विपरीत, इस इंजन में एक कार्यशील तरल पदार्थ नहीं होता है, या बल्कि, विद्युत चुम्बकीय विकिरण अपनी भूमिका निभाता है। हमने पहले से ही सौर सेल प्रकार की प्रणालियों में जोर बनाने के लिए विद्युत चुम्बकीय विकिरण के दबाव का उपयोग करने की संभावना पर विचार किया है और पाया है कि सूर्य के रूप में विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के लगभग असीमित स्रोत का उपयोग करते समय, जोर का संभावित मूल्य कई है किलोग्राम

क्या कृत्रिम विकिरण स्रोत (उदाहरण के लिए, एक लेजर या माइक्रोवेव रेंज में विद्युत चुम्बकीय तरंगों का एक शक्तिशाली जनरेटर) का उपयोग करते समय विद्युत चुम्बकीय विकिरण के दबाव के कारण ध्यान देने योग्य जोर प्राप्त करना संभव है?

आइए अधिक विस्तार से विचार करें कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण के दबाव के कारण थ्रस्ट बनाने की प्रक्रिया। प्रति यूनिट क्षेत्र सतह पर पर्याप्त उच्च घनत्व के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण का प्रवाह दें। यदि यह सभी शक्ति जोर में परिवर्तित हो सकती है, तो एक पर्याप्त रूप से विकसित विकिरण प्राप्त सतह के साथ उत्तरार्द्ध का मूल्य महत्वपूर्ण हो सकता है। हालांकि, अंतरिक्ष यान की गतिज ऊर्जा में विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा को परिवर्तित करने की प्रक्रिया की विशेषता है कि घटना ऊर्जा का केवल एक बहुत ही तुच्छ हिस्सा है (अर्थात डब्ल्यू/सीकहां है डब्ल्यू - ऊर्जा प्रवाह; से - प्रकाश की गति) को अंतरिक्ष यान की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।

शेष ऊर्जा फिर से अनियमित रूप से बाहरी स्थान पर चली गई है। यदि इस ऊर्जा को एक ही सतह पर बार-बार गिरने के लिए बनाया जा सकता है, तो इससे अंतरिक्ष यान की गति की विद्युत ऊर्जा में विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा को परिवर्तित करने की क्षमता में काफी वृद्धि संभव होगी। यह विचार एक विद्युत चुम्बकीय गुंजयमान यंत्र मोटर में महसूस किया जाता है।

एक विद्युत चुम्बकीय गुंजयमान यंत्र (EMRM) का एक योजनाबद्ध आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 12. अंतरिक्ष यान के दर्पण पर 2, 3 द्वारा गठित एक खुले अनुनाद में विद्युत चुम्बकीय विकिरण के दबाव के कारण अंतरिक्ष यान का त्वरण किया जाता है।

रेसोनेटर में स्रोत 1 द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण का पंपिंग वाल्व के माध्यम से किया जाता है। गुंजयमान यंत्र में विद्युत चुम्बकीय विकिरण का दबाव स्रोत के विकिरण दबाव से कई गुना अधिक होता है (विद्युत चुम्बकीय विकिरण के संचय के कारण) गुंजयमान यंत्र)। अंतरिक्ष यान का त्वरण तब तक जारी रहता है जब तक कि स्रोत बंद होने के बाद गुंजयमान यंत्र में विद्युत चुम्बकीय दोलनों का पूरा क्षीणन 1. दर्पणों और माध्यमों में साइड बिखरने और नुकसान की अनुपस्थिति में, विद्युत चुम्बकीय दोलनों की ऊर्जा पूरी तरह से गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जानी चाहिए। अंतरिक्ष यान का।

प्रणोदन प्रणाली मानती है कि एक स्थिर स्रोत और एक अंतरिक्ष यान में दर्पण एक दूसरे के सापेक्ष कड़ाई से उन्मुख होते हैं। यह प्रत्येक दर्पण से वैकल्पिक रूप से परावर्तित तरंगों की नाड़ी को अंतरिक्ष यान की गति बढ़ाने के लिए पुन: उपयोग करने की अनुमति देता है। यह फोटोन की पल्स के बार-बार उपयोग के कारण होता है, जो अपने चलते दर्पण से प्रत्येक प्रतिबिंब के साथ अंतरिक्ष यान में सभी ऊर्जा का एक छोटा सा अंश हस्तांतरित करता है, कि विद्युत चुम्बकीय दोलनों की ऊर्जा के रूपांतरण में उच्च कोटि की ऊर्जा अंतरिक्ष यान हासिल किया जाता है, जो अन्य प्रकार के इंजनों पर ईएमआरई का एक गंभीर लाभ है जो जोर विद्युत चुम्बकीय विकिरण बनाने के लिए दबाव का उपयोग करते हैं। इसी समय, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस योजना को लागू करने पर भारी तकनीकी कठिनाइयां हैं, जिन्हें दूर करना होगा।

अंजीर। 12. एक विद्युत चुम्बकीय अनुनाद इंजन का योजनाबद्ध आरेख: 1 - विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक स्रोत, 2 - एक जमीन की स्थापना का दर्पण, 3 - एक विमान 4 का एक दर्पण - एक वाल्व, 5 - एक अंतरिक्ष यान

ईएमआरई योजना के विश्लेषण से पता चलता है कि प्रणोदन प्रणाली के मुख्य पैरामीटर दर्पण की विशेषताओं, विकिरण स्रोत और स्थिर स्थापना और अंतरिक्ष यान के पारस्परिक अभिविन्यास की सटीकता से निर्धारित होते हैं। बदले में, EMRD की प्रभावशीलता मुख्य रूप से तंत्र के अधिकतम निष्कासन द्वारा निर्धारित की जाती है घजिस पर रूपांतरण कारक अभी भी काफी बड़ा है। यह दिखाया जा सकता है कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण के माध्यम से दो दर्पणों के बीच विद्युत संचरण की अधिकतम दक्षता केवल पैरामीटर पर निर्भर करती है:? \u003d? घ/आर 1 आर २, कहाँ आर 1 आर 2 - दर्पणों के आयाम। के लिये?< 1 КПД передачи может быть равным практически 100 %. С увеличением расстояния эффективность ЭМРД резко падает, как только перестает выполняться это условие.

ट्रांसमिशन दक्षता के लिए आवश्यकताओं को काफी कड़े हैं। उदाहरण के लिए, 10% की कुल प्रणाली दक्षता के साथ, न्यूनतम स्वीकार्य संचरण क्षमता 99.9% है। ध्यान दें, हालांकि, 10% समग्र प्रणाली दक्षता के लिए एक बहुत ही उच्च आवश्यकता है। एक तरल प्रणोदक इंजन का उपयोग करके अंतरिक्ष यान को कक्षा में लॉन्च करने की पारंपरिक योजना में, ईंधन की रासायनिक ऊर्जा को अंतरिक्ष यान की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित करने की कुल दक्षता केवल 2-3% है। चूंकि एक ईएमआरई के मामले में, ऊर्जा स्रोत अंतरिक्ष यान के बाहर स्थित है, यहां तक \u200b\u200bकि इस मूल्य के संबंध में कुल रूपांतरण दक्षता में थोड़ी कमी काफी स्वीकार्य है।

अल्ट्रा-हाई फ्रीक्वेंसी जेट प्लाज्मा इंजन। विद्युत चुम्बकीय विकिरण के बाहरी स्रोतों पर आधारित आंदोलन योजनाएं, मुख्य रूप से एक जनरेटर के रूप में लेजर का उपयोग करते हुए, पहले चर्चा की गई है। तदनुसार, इन प्रकार के जनरेटर की विकिरणित आवृत्तियों अवरक्त और दृश्यमान श्रेणियों में निहित हैं। इन आवृत्तियों के अनुरूप तरंग दैर्ध्य 0.3 से 15 माइक्रोन से भिन्न होते हैं, और हालांकि कम विचलन वाले बीम बनाने के लिए आवश्यक एंटेना के आयाम सैकड़ों हजारों या लाखों तरंगदैर्ध्य होते हैं, निरपेक्ष आयाम कुछ मीटर से अधिक नहीं होते हैं।

अपेक्षाकृत छोटे ऐन्टेना आकारों के साथ छोटे डायवर्जिंग बीम को साकार करने की संभावना दृश्य और अवरक्त तरंग दैर्ध्य श्रेणियों के करीब ध्यान देने का एक कारण है, और भविष्य में बाहरी ऊर्जा स्रोतों के आधार पर प्रणोदन प्रणाली को लागू करने के लिए पराबैंगनी और एक्स-रे विकिरण के लिए। । हालांकि, ऐतिहासिक रूप से, जोर बनाने के लिए विद्युत चुम्बकीय विकिरण के उपयोग के प्रस्ताव माइक्रोवेव विकिरण से जुड़े हुए हैं। और यह बहुत अच्छी तरह से हो सकता है कि ऑप्टिकल और अवरक्त रेंज के कई लाभों के बावजूद, बाहरी (कृत्रिम) ऊर्जा स्रोतों के साथ इंजन का प्रारंभिक कार्यान्वयन माइक्रोवेव रेंज में किया जाएगा।

माइक्रोवेव ऊर्जा को कर्षण ऊर्जा में परिवर्तित करने की संभावनाओं में से एक है साइक्लोट्रॉन प्रतिध्वनि आवृत्ति (यानी, उस आवृत्ति पर जिसमें इलेक्ट्रॉन चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं के चारों ओर घूमते हैं) में अत्यधिक आयनित प्लाज्मा में माइक्रोवेव शक्ति का परिचय। जब माइक्रोवेव विकिरण की आवृत्ति और साइक्लोट्रॉन प्रतिध्वनि की आवृत्ति होती है, तो प्लाज्मा इलेक्ट्रॉनों में विद्युत चुम्बकीय तरंग की ऊर्जा का एक तीव्र हस्तांतरण होता है। इलेक्ट्रॉनों और आयनों के बीच टकराव की प्रक्रिया में, इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा का हिस्सा आयनों में स्थानांतरित हो जाता है, परिणामस्वरूप, प्लाज्मा का तापमान बढ़ जाता है, और माइक्रोवेव विकिरण, इसके माध्यम से गुजरता है और ऊर्जा छोड़ देता है, क्षय होता है। आवश्यक चुंबकीय क्षेत्र B त्वरक के बाहरी भाग में उत्पन्न होता है।

अंजीर। 13. अल्ट्रा-फ्रिक्वेंसी जेट इंजन: 1 - वेवगाइड, 2 - आधा-लहर ढांकता हुआ खिड़की, 3 - सोलनॉइड, 4 - कार्यशील द्रव इंजेक्शन

अंतरिक्ष माइक्रोवेव इंजन के तत्वों की एक संभावित व्यवस्था को अंजीर में योजनाबद्ध रूप से दिखाया गया है। 13. इस तरह की मोटर अनिवार्य रूप से एक वेवगाइड, एक सोलेनॉइड और एक खिड़की होती है जो विद्युत चुम्बकीय तरंगों के लिए पारदर्शी होती है जिसके माध्यम से माइक्रोवेव विकिरण प्रवेश करता है। माइक्रोवेव स्रोत की ओर बढ़ते कणों के बैकफ़्लो को रोकने के लिए विंडो कार्य करती है। त्वरक में एक कार्यशील द्रव (ईंधन) इंजेक्शन प्रणाली, साथ ही एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता (विकिरण आवृत्ति के संयोग को प्राप्त करने और इंटरैक्शन स्पेस में साइक्लोट्रॉन आवृत्ति को सुनिश्चित करने के लिए) शामिल है। 1 किलोवाट या उससे अधिक के क्रम के निरंतर शक्ति स्तर पर, माइक्रोवेव फ्लक्स इंजेक्शन काम कर रहे तरल पदार्थ के पूर्ण आयनीकरण के लिए और प्लाज्मा को आवश्यक गतिज ऊर्जा प्रदान करने के लिए पर्याप्त है।

इस प्रकार के प्लाज्मा त्वरण के फायदे त्वरक की विद्युतीय संरचना और चलती भागों की पूर्ण अनुपस्थिति के कारण होते हैं। इस प्रकार, यह सिद्धांत रूप में उम्मीद की जा सकती है कि इंजन को डिजाइन और स्थायित्व की अत्यंत सरलता की विशेषता होगी। कम शक्ति वाले माइक्रोवेव मोटर्स ( आर < 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 (आर \u003e 100 kW सतत मोड में) संभव हो जाएगा यदि माइक्रोवेव बीम (उपग्रह सौर ऊर्जा संयंत्रों) का उपयोग कर ऊर्जा संचरण प्रणाली लागू की जाए।

विद्युत चुम्बकीय विकिरण के शक्तिशाली स्रोतों के निर्माण की संभावनाएँ। तकनीकी समस्याओं का जटिल समाधान जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण के बाहरी स्रोतों के साथ एक प्रणोदन अंतरिक्ष प्रणाली बनाते समय हल किया जाना चाहिए, विज्ञान और प्रौद्योगिकी के अन्य क्षेत्रों के साथ-साथ और अधिक सामान्य समस्याओं के साथ निकटता से जुड़ा हुआ है।

जैसा कि आप जानते हैं, लेज़रों को अंतरिक्ष समस्याओं के साथ किसी भी कनेक्शन के बिना बनाया गया था, और 10 से अधिक वर्षों तक उन्हें अंतरिक्ष प्रणोदन प्रणाली के एक तत्व के रूप में उपयोग करने का कोई विचार नहीं था। लेज़र तकनीक का विकास, उत्सर्जित शक्ति के विकास में शामिल है, अधिक से अधिक नई श्रेणियों का विकास, विशेषताओं का सुधार, आदि, काफी तेजी से हो रहा है और हो रहा है। यह कहने के लिए पर्याप्त है कि सबसे अच्छे आधुनिक लेज़रों की विकिरण शक्ति पहले लेज़रों की विकिरण शक्ति की तुलना में 10 6 - 10 8 गुना अधिक है। इस तरह की प्रगति, जो पहले से ही 60 के दशक के अंत तक स्पष्ट रूप से उल्लिखित थी, ने लेज़रों को कई उद्देश्यों के लिए सुविधाजनक ऊर्जा के रूप के संभावित शक्तिशाली स्रोतों के रूप में विचार करना संभव बना दिया - विद्युत चुम्बकीय विकिरण, प्रकाश, अवरक्त और पराबैंगनी पर्वतमाला (अब इस स्पेक्ट्रम का विस्तार हुआ है) और भी)।

यह तब था कि मिसाइलों को तेज करने के लिए लेजर का उपयोग करने के लिए विचार का जन्म हुआ था, जो लेजर तकनीक के विकास के पूरे संक्षिप्त इतिहास द्वारा तैयार किया गया था। दूसरी ओर, बाह्य ऊर्जा स्रोतों के उपयोग का मुद्दा भी अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में परिपक्व हो गया है, जहां यह केई त्सोल्कोवस्की, एफए त्सेंडर और कॉस्मोनॉटिक्स के अन्य अग्रदूतों के कार्यों के साथ शुरू होने पर बार-बार उठाया और चर्चा की गई है।

विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा को काम करने वाले तरल पदार्थ की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित करने के संदर्भ में, माइक्रोवेव विकिरण के साथ प्लाज्मा को गर्म करने के काम पर सवाल तैयार किया गया था और इंजन बनाने पर पहले प्रयोग जो जोर बनाने के लिए विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा का उपयोग करते हैं।

विचार अलग-अलग तरीकों से पैदा होते हैं: कुछ कार्यान्वयन की संभावना से बहुत पहले दिखाई देते हैं, और कभी-कभी उन्हें परीक्षण करने के लिए लक्षित प्रयोग भी करते हैं। विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास के सामान्य स्तर को देखते हुए, दूसरों का कार्यान्वयन बहुत पहले शुरू हो सकता था। अंतरिक्ष प्रणोदन प्रणालियों में विद्युत चुम्बकीय विकिरण के लेजर और अन्य शक्तिशाली स्रोतों का उपयोग करने का विचार न तो घटनाओं के समय से आगे था और न ही देर से। इस विचार को लागू करने के उद्देश्य से काम करने के अवसरों के उद्भव के साथ इसका जन्म लगभग हुआ।

आज अंतरिक्ष यान को कक्षा में प्रक्षेपित करने की समस्या भौतिकी और प्रौद्योगिकी के कई क्षेत्रों के जंक्शन पर है: अंतरिक्ष इंजन, पराबैंगनीकिरण, पदार्थ के साथ विकिरण की बातचीत, यांत्रिकी, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के शक्तिशाली बीमों का स्वागत और संचरण, आदि। इनमें से प्रत्येक क्षेत्र। विज्ञान और प्रौद्योगिकी के पास बहुत सारे अनुप्रयोग हैं, और इसलिए, लेजर इंजेक्शन के विचारों के विकास में प्रगति न केवल (और प्रारंभिक चरण में और इतने पर) प्रयोगात्मक उपकरणों के मापदंडों द्वारा निर्धारित की जाती है, बल्कि विशेषताओं के अनुसार भी होती है अन्य प्रयोजनों के लिए सिस्टम में शामिल तत्वों द्वारा।

इस संबंध में, मैं इस काम पर ध्यान देना चाहूंगा कि भविष्य में अंतरिक्ष यान की दूरस्थ बिजली की आपूर्ति के साथ सिस्टम में प्रत्यक्ष आवेदन मिलेगा। हम अंतरिक्ष बिजली संयंत्रों के बारे में आगे बात करेंगे। उपग्रह सौर ऊर्जा संयंत्रों (एसपीएस) के निर्माण के मुद्दे पर 70 के दशक की शुरुआत से गंभीरता से विचार किया गया है, जब यह स्पष्ट हो गया कि जीवाश्म स्रोतों से अधिकांश देशों की ऊर्जा जरूरतों को पूरा करने की क्षमता में गंभीर सीमाएं हैं। पश्चिमी देशों में ऊर्जा संकट 1973-1974 इस समस्या के कार्यान्वयन के लिए एक अतिरिक्त प्रोत्साहन दिया।

एसएसई के निर्माण की संभावनाओं पर चर्चा करने की प्रक्रिया में विकसित किए गए विचारों के अनुसार, बाद वाले सैकड़ों वर्ग किलोमीटर के क्षेत्रों के साथ सौर बैटरी या सौर विकिरण के अन्य रिसीवर के समतल क्षेत्र होंगे, जिन्हें भूस्थैतिक या अत्यधिक अण्डाकार कक्षाओं में रखा गया है और - लगातार सूर्य के लिए उन्मुख। रिसीवरों पर पड़ने वाली सौर ऊर्जा का हिस्सा (15-20%) विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है। 100 किमी 2 के एक क्षेत्र के साथ, इस तरह के एक बिजली संयंत्र की कुल बिजली, एक कृत्रिम पृथ्वी उपग्रह की कक्षा में रखी जाएगी, 15-20 गीगावॉट होगी, यानी 4–5 पनबिजली संयंत्रों की क्षमता ब्रात्स्क प्रकार है। उम्मीद है कि एसएसई का द्रव्यमान हज़ारों टन में मापा जाएगा।

एक गंभीर समस्या उपभोक्ताओं को एसएसपी में प्राप्त ऊर्जा का संचरण है जो बिजली संयंत्र से हजारों किलोमीटर की दूरी पर स्थित हो सकती है। एक प्रभावी और व्यावहारिक रूप से एसएसपी पर प्राप्त ऊर्जा को स्थानांतरित करने का एकमात्र साधन निर्देशित विद्युत चुम्बकीय विकिरण के माध्यम से संचरण है। प्रारंभ में, इस उद्देश्य के लिए 10-12 सेमी की तरंग दैर्ध्य के साथ माइक्रोवेव ऊर्जा संचरण प्रणाली का उपयोग करना चाहिए था। इस श्रेणी का चुनाव आकस्मिक नहीं था। इसमें कई फायदे हैं, जिसमें विद्युत चुम्बकीय तरंगों (बादल मौसम और वर्षा सहित) के लिए आयनमंडल और वायुमंडल की पारदर्शिता शामिल है, एक अच्छी तरह से विकसित तकनीक है जो प्रत्यक्ष विद्युत प्रवाह को माइक्रोवेव ऊर्जा में परिवर्तित करने की उच्च दक्षता प्रदान करने में सक्षम है, आदि।

हालांकि, 40,000 किमी (यानी अत्यधिक अण्डाकार या भूस्थैतिक कक्षा से पृथ्वी तक) की हानि के बिना ऊर्जा के कुशल संचरण के लिए 1 किमी की दूरी और एक स्थलीय प्राप्त एंटीना की आवश्यकता होती है जो 10-15 किमी के पार एंटीना की आवश्यकता होती है। इस संबंध में, अधिक से अधिक रुचि लेजर विकिरण का उपयोग करके ऊर्जा हस्तांतरण प्रणालियों में दिखाई जाती है।

यदि विद्युत ऊर्जा को लेजर विकिरण में परिवर्तित किया जाता है, तो लेजर ट्रांसमीटर (10.6 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य पर) 31 मीटर के व्यास के साथ एक संचारण एंटीना होना चाहिए, और पृथ्वी पर प्राप्त एंटीना के आयाम 31 x 40.3 मीटर हैं। प्रणाली न केवल पृथ्वी, बल्कि अन्य उपग्रहों तक भी ऊर्जा पहुंचा सकती है, साथ ही साथ विमान और अंतरिक्ष यान की प्रणोदन प्रणाली को शक्ति प्रदान करती है। यदि माइक्रोवेव सिस्टम के लिए अधिकतम स्वीकार्य ऊर्जा प्रवाह 23 मेगावाट / सेमी 2 से अधिक नहीं है, तो 500 मेगावाट की शक्ति के लिए डिज़ाइन किए गए लेजर सिस्टम के लिए, अधिकतम उज्ज्वल ऊर्जा प्रवाह बातचीत के लिए बढ़ते नुकसान के बिना 185 डब्ल्यू / सेमी 2 तक पहुंच सकता है। वातावरण के साथ प्रकाश किरण की।

एक लेज़र पॉवर सिस्टम के संभावित विकल्पों में से एक है SSE का कम-पृथ्वी सूर्य-समकालिक कक्षा में प्रवेश, सौर विकिरण में बाद में लेज़र विकिरण में रूपांतरण, और बाद के एक या दो रिले उपग्रहों में स्थानांतरण। भूस्थैतिक कक्षा में। और अंत में, इन उपग्रहों से लेजर विकिरण का संचरण पृथ्वी पर स्टेशनों को प्राप्त करने के लिए होता है।

ध्यान दें कि रिले उपग्रहों का उपयोग करते हुए बिजली प्रणाली का विन्यास केवल लेजर तरंग दैर्ध्य रेंज में काम करते समय संभव है। उसी समय, एक एसएसपी को कम ध्रुवीय कक्षा में लॉन्च करना (और मूल अवधारणा में स्थिर या अत्यधिक अण्डाकार कक्षा में नहीं), कार्गो के कुल द्रव्यमान को कम करने के लिए 6-10 बार अनुमति देता है, जिसे संदर्भ में इंजेक्ट किया जाना चाहिए। एक एसएसपी के निर्माण को सुनिश्चित करने के लिए कक्षा। सामान्य तौर पर, कई होनहार तकनीकी समाधानों का उपयोग करते समय, लेजर ऊर्जा प्रणालियों में पर्यावरणीय प्रदूषण और लागत के संदर्भ में बड़े पैमाने पर विशेषताओं के साथ माइक्रोवेव रेंज में काम करने वाले सिस्टम पर गंभीर लाभ होंगे।

ऐसी प्रणालियों की समग्र दक्षता 8 - 12% तक पहुंच सकती है, जो माइक्रोवेव सिस्टम की समग्र दक्षता के साथ काफी तुलनीय है। हालांकि, माइक्रोवेव सिस्टम के विपरीत, लेजर सिस्टम सभी-मौसम नहीं होते हैं, क्योंकि लेजर विकिरण बादलों और वर्षा क्षेत्रों में प्रचार करते समय मजबूत अवशोषण से गुजरता है। यह समस्या, जाहिरा तौर पर, बैकअप ग्राउंड प्राप्त करने वाले स्टेशन बनाने के साथ-साथ वर्षा की कम संभावना वाले क्षेत्रों में स्टेशन प्राप्त करके हल की जा सकती है। अंतरिक्ष यान और रॉकेट के त्वरण के लिए ऊर्जा के बाहरी स्रोत के रूप में लेजर स्पेस पावर प्लांट का उपयोग करते समय, मौसम की स्थिति केवल प्रक्षेपवक्र के वायुमंडलीय खंड को प्रभावित कर सकती है।

बाहरी उपयोग के स्रोत का उपयोग करना

लगभग सभी पहले से मानी जाने वाली प्रणोदन प्रणालियों में, जिस द्रव्यमान से रॉकेट को निकाला जाता है (फेंका गया द्रव्यमान) रॉकेट के किनारे केंद्रित होता है। द्रव्यमान को संग्रहीत करने के लिए, टैंकों और उनकी सहायक संरचना की आवश्यकता होती है, जो रॉकेट के द्रव्यमान को बहुत बढ़ाता है, इसके लॉन्च द्रव्यमान को कम करता है और किसी दिए गए द्रव्यमान रिजर्व के साथ, पेलोड की विशेषता वेग। इसलिए, स्वाभाविक रूप से, रॉकेट इंजनों में बाहरी द्रव्यमान का उपयोग करने की इच्छा, इसी तरह जमीन और हवाई परिवहन में किया जाता है, जब या तो पृथ्वी या उसके वायुमंडल को अनुमानित द्रव्यमान के रूप में उपयोग किया जाता है।

पृथ्वी की सतह से रॉकेट लॉन्च करने के लिए पृथ्वी के वायुमंडल के उपयोग पर बहुत शोध किया गया है। वहीं, दोहरी जीत की उम्मीद थी। सबसे पहले, हवा में ऑक्सीजन रॉकेट पर रखे ईंधन के लिए ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य कर सकता है, जो रॉकेट पर संग्रहीत कुल ऊर्जा को बढ़ाने के बराबर है। दूसरे, त्याग किए गए द्रव्यमान की मात्रा में वृद्धि से निकास वेग कम हो जाएगा, और, परिणामस्वरूप, उड़ान प्रक्षेपवक्र के प्रारंभिक खंड में जोर दक्षता बढ़ जाएगी। इसके अलावा, किसी दिए गए इंजन की शक्ति के लिए, अतिरिक्त त्याग किए गए द्रव्यमान के कारण, बड़े आकार की भीड़ के जोर को बढ़ाने और रॉकेट लॉन्च करना संभव है।

ऑक्सीजन और अतिरिक्त द्रव्यमान के स्रोत के रूप में, आधुनिक गैस टरबाइन और रैमजेट इंजन (वीआरएम) में हवा का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

वीआरएम के संचालन का सिद्धांत यह है कि विमान की गति से इंजन में प्रवेश करने वाली हवा इंजन में जारी ऊर्जा के कारण अपनी गति बढ़ाती है। इंजन के प्रवेश द्वार पर और इसके बाहर निकलने पर वायु वेग में अंतर, बड़े पैमाने पर वायु प्रवाह द्वारा गुणा किया जाता है, इंजन जोर के बराबर होता है। चूंकि किसी दिए गए ऊर्जा रिलीज और अन्य चीजों के बराबर होने के कारण, हवा की गति में सापेक्ष वृद्धि कम हो जाएगी, फिर विमान की गति में वृद्धि के साथ, वीआरएम का जोर इसी प्रकार घट जाएगा।

बाहरी द्रव्यमान का उपयोग करने वाले इंजनों के लिए उड़ान की गति सीमा को काफी कम किया जा सकता है यदि परमाणु प्रतिक्रियाओं की ऊर्जा का उपयोग किया जाता है, तो इसे सीधे या तो गैस (चरण-रिएक्टरों में) या बिजली के स्रोत से हवा में आपूर्ति करना। पहले मामले में, रेडियोधर्मी उत्पादों को वायुमंडल में हटाने से होगा, दूसरे में, ऑनबोर्ड पावर प्लांट के बड़े द्रव्यमान के कारण, पृथ्वी की सतह से शुरू करना असंभव हो जाता है। इसलिए, ऐसे इंजनों में बाहरी द्रव्यमान का उपयोग केवल बाहरी स्थान में माना जाता है।

अंतरिक्ष में पदार्थ के कम घनत्व के कारण, घंटी के साथ एक पाइप के रूप में वायु कलेक्टरों की पारंपरिक योजनाएं केवल बहुत कम कक्षाओं (100–120 किमी) में समझ में आती हैं। उच्च ऊंचाई के लिए, मोटर को चुंबकीय क्षेत्र स्रोत (सोलनॉइड) से लैस करके हवा के सेवन की दक्षता में काफी वृद्धि की जा सकती है। इंटरप्लेनेटरी माध्यम एक आयनित गैस (प्लाज्मा) है, और आयनीकरण की डिग्री पृथ्वी से दूरी के साथ बढ़ती है, और, 10,000 किमी की ऊंचाई से शुरू होकर लगभग पूर्ण आयनीकरण होता है।

जैसा कि पहले ही संकेत दिया गया है, चुंबकीय क्षेत्र के बल की तर्ज पर प्लाज्मा कणों की गति में बाधा है, और चुंबकीय क्षेत्र इंजन में चार्ज कणों के प्रवाह को निर्देशित करने वाले एक फ़नल की भूमिका निभा सकता है। नतीजतन, व्यावहारिक रूप से प्राप्त चुंबकीय क्षेत्रों में बड़े पैमाने पर सेवन का प्रभावी क्षेत्र कई हजार गुना बढ़ सकता है।

उदाहरण के लिए, एक चुंबकीय क्षेत्र स्रोत के लिए लूप के रूप में 15 मीटर व्यास वाला एक विद्युत प्रवाह और 10 Tc के केंद्र में एक चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण, जिस क्षेत्र से प्लाज्मा प्रवाह एकत्र किया जाएगा वह लगभग 2 किमी 2 होगा । 100 किमी / सेकंड की निकास गति से कम कक्षाओं में समान द्रव्यमान वाले इंजन से 2 किलोग्राम का थ्रस्ट पैदा हो सकता है और 200 kW का एक थ्रस्ट बनाने के लिए बिजली की खपत होती है।

इस तरह के इंजन 300 से 10,000 किमी तक की ऊंचाई वाले कक्षाओं के बीच परिवहन संचालन के लिए उपयुक्त हो सकते हैं। ऊपर, मध्यम का घनत्व तेजी से गिरता है, और अंतरिक्षीय अंतरिक्ष में कणों की सांद्रता केवल 10 सेमी -3 होती है, जो 10–20 किलोग्राम / मी 3 के घनत्व से मेल खाती है। इस मामले की दुर्लभ डिग्री की कल्पना करने के लिए, आइए हम प्रसिद्ध अंग्रेजी खगोलविद् जे। जीन्स की आलंकारिक तुलना का उपयोग करें: "एक साँस छोड़ने के साथ, एक मक्खी इस तरह के घनत्व के साथ पूरे कैथेड्रल को भर सकती है।"

इंजन के माध्यम से द्रव्यमान प्रवाह, निश्चित रूप से रॉकेट की गति में वृद्धि के साथ बढ़ेगा, लेकिन साथ ही, निरंतर चुंबकीय क्षेत्र की ताकत में प्रवाह ऊर्जा में वृद्धि के कारण, चुंबकीय सेवन का प्रभावी आकार भी होगा कमी। नतीजतन, बड़े पैमाने पर खपत केवल गति की घन जड़ के अनुपात में बढ़ेगी।

यदि इंजन, एक चुंबकीय द्रव्यमान पिकअप से लैस है, विशुद्ध रूप से आयनिक है (बिना उत्सर्जित कणों के आवेश के लिए), तो रॉकेट पर विद्युत आवेश की उपस्थिति के कारण बाहरी द्रव्यमान प्रवाह में कुछ वृद्धि संभव है। उदाहरण के लिए, यदि इंजन सकारात्मक चार्ज किए गए आयनों को तेज करता है, तो यह एक नकारात्मक चार्ज प्राप्त करता है और बाहरी स्थान के आयनों को आकर्षित करना शुरू कर देता है। इन आयनों को एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा एक त्वरित उपकरण में निर्देशित किया जा सकता है और एक काम कर रहे तरल पदार्थ के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

हालांकि, इस तरह से प्राप्त करने के लिए इंटरप्लेनेटरी माध्यम के घनत्व पर पर्याप्त सामूहिक व्यय, आसपास के अंतरिक्ष के सापेक्ष रॉकेट की बहुत अधिक क्षमता की आवश्यकता होती है। 10 6 वी की क्षमता पर 15 मीटर के व्यास वाले अंतरिक्ष यान के लिए, द्रव्यमान प्रवाह 4 · 10–8 किग्रा / सेकंड होगा। इस प्रवाह के अतिरिक्त त्वरण के साथ, कहते हैं, 10 गुना अधिक क्षमता के साथ, इंजन का जोर 0.03 kgf होगा। लेकिन 10 7 V के संभावित अंतर से त्वरण थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं के दौरान बने कणों की ऊर्जा से मेल खाता है। इस मामले में, यदि आप उन्हें त्याग किए गए द्रव्यमान के रूप में उपयोग करते हैं, तो अंतरिक्ष प्लाज्मा आयनों का जोड़ जोर में ध्यान देने योग्य लाभ नहीं देगा।

कहा गया है कि सभी को समेटते हुए, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि इंटरप्लेनेटरी का उपयोग, और इससे भी अधिक इंटरस्टेलर माध्यम रॉकेट इंजनों के लिए काम करने के माध्यम के रूप में संभव हो जाएगा यदि चुंबकीय क्षेत्र के मौजूदा स्रोतों की विशेषताओं को सैकड़ों से बढ़ा दिया जाए। हजारों बार। ऐसी वृद्धि के तरीके वर्तमान में भी ज्ञात नहीं हैं।

हालांकि, इंटरप्लेनेटरी स्पेस में मैक्रो-बॉडी की पर्याप्त संख्या है - ग्रह, उनके उपग्रह, क्षुद्रग्रह, उल्कापिंड। हम उन चट्टानों के प्रत्यक्ष उपयोग पर स्पर्श नहीं करेंगे जो ब्रह्मांडीय निकायों और उनके वायुमंडल को बनाते हैं। सिद्धांत रूप में, अंतरिक्ष निकायों को बनाने वाले पदार्थों का उपयोग यहां वर्णित किसी भी इंजन में किया जा सकता है। आइए केवल मैक्रो-निकायों के संपर्क रहित उपयोग के तरीकों पर विचार करें।

गुरुत्वाकर्षण संपर्क बाहरी अंतरिक्ष में सबसे दृढ़ता से प्रकट होता है। दुर्भाग्य से, अंतरिक्ष यान में तेजी लाने के लिए इसका उपयोग करने की संभावनाएं गंभीर रूप से सीमित हैं। दरअसल, अंतरिक्ष पिंड के पिछले हिस्से पर उड़ान भरने पर रॉकेट अपने आकर्षण के कारण तब तक गतिमान रहेगा जब तक कि यह न्यूनतम दृष्टिकोण के बिंदु से नहीं गुजरता। इसके अलावा, इसका मंदी शुरू हो जाएगा, और रॉकेट की गतिज ऊर्जा में कुल परिवर्तन शून्य के बराबर होगा। यदि, न्यूनतम दृष्टिकोण के बाद, गुरुत्वाकर्षण बल को स्क्रीन करना या इसके संकेत को विपरीत में बदलना संभव होगा, तो अंतरिक्ष उड़ानों की कई समस्याएं आसानी से हल हो जाएंगी। लेकिन, अफसोस, आधुनिक विज्ञान यह भी नहीं जानता है कि गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के साथ इस तरह के हेरफेर संभव हैं या नहीं।

फिर भी, कुछ मामलों में, ऑनबोर्ड मास स्टोरेज को कम करने के लिए गुरुत्वाकर्षण इंटरैक्शन का उपयोग किया जा सकता है। यह मुख्य रूप से अंतरिक्ष यान के कक्षीय विमानों के रोटेशन पर लागू होता है। उदाहरण के लिए, जब एक भूस्थैतिक उपग्रह चंद्रमा की परिक्रमा करता है, तो एक सीधे लॉन्च की तुलना में प्रणोदक खपत को 10% तक कम किया जा सकता है। इसके अलावा, "प्रणोदन प्रणाली संभव है, गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की विषमताओं के कारण काम कर रहा है, जिससे गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में पेलोड को स्थानांतरित करने के लिए ऑनबोर्ड द्रव्यमान भंडार की आवश्यकता नहीं होती है।"

उनके संचालन का सिद्धांत तथाकथित ज्वारीय बलों (छवि 14) के उपयोग पर आधारित है। यदि केबल द्वारा जुड़े दो द्रव्यमान पृथ्वी के एक कृत्रिम उपग्रह की कक्षा में घूमते हैं, तो सामान्य तौर पर ऐसी प्रणाली अपने द्रव्यमान के केंद्र की कक्षा के अनुरूप गति के साथ चलती है। नतीजतन, पृथ्वी से बड़े पैमाने पर सबसे बड़ी गति की तुलना में इसकी संतुलन गति के लिए आवश्यक है, और इसलिए एक अतिरिक्त केन्द्रापसारक बल उस पर कार्य करना चाहिए। पृथ्वी के सबसे करीब द्रव्यमान के लिए, इसके विपरीत, वेग एक संतुलन से कम है और एक अतिरिक्त गुरुत्वाकर्षण बल है, ऊपरी द्रव्यमान के लिए समान और विपरीत रूप से निर्देशित बल।

इन बलों को ज्वारीय बल कहा जाता है। वे रस्सी को फैलाते हैं, और रस्सी को ढीला करके, हम ज्वारीय बलों को काम करने के लिए मजबूर करेंगे। यह कार्य प्रणाली की गतिज ऊर्जा के कारण किया जाता है, और परिणामस्वरूप, इसका गुरुत्वाकर्षण केंद्र कम कक्षा में चला जाएगा। इसी तरह, ग्रहों के बीच कार्य करने वाली ज्वारीय शक्तियां उनके पारस्परिक अभिसरण का कारण बनती हैं। उदाहरण के लिए, चंद्रमा की वजह से समुद्र की ज्वार, पृथ्वी की सतह के खिलाफ घर्षण के परिणामस्वरूप, चंद्रमा और पृथ्वी के बीच की दूरी में कमी लाती है।

इसके विपरीत, ज्वारीय बलों की कार्रवाई के खिलाफ काम करने से, सिस्टम के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र की कक्षा को ऊपर उठाना संभव है। आम तौर पर पूरी तरह से एक साथ खींचने के बाद चक्र को दोहराने के लिए, उन्हें एक स्वतंत्र रूप से खोलने वाली केबल के साथ दूर धकेल दिया जाना चाहिए। लेकिन निकट-पृथ्वी अंतरिक्ष में इस तरह के एक प्रणोदन प्रणाली की दक्षता बहुत कम है।

ज्वारीय बलों का परिमाण कक्षा के द्रव्यमान के बीच की दूरी के अनुपात से कक्षा में गुरुत्वाकर्षण के त्वरण के उत्पाद के बराबर है। 10 किमी के द्रव्यमान के बीच की दूरी के साथ 350 किमी की ऊंचाई वाली कक्षा में, यह 1.4 · 10–2 एन / किग्रा है, एक भूस्थिर कक्षा में - 7 · 10–5 एन / किग्रा। एक मिलनसार चक्र में किया गया कार्य क्रमशः 7 · 10–2 और 3.5 · 10–4 J / kg है। एक अंतरिक्ष यान को 350 किमी की ऊँचाई के साथ एक भू-स्थिर कक्षा (35,880 किमी) की कक्षा में स्थानांतरित करने के लिए लगभग 10 8 चक्र लगेंगे। यहां तक \u200b\u200bकि अगर हम मानते हैं कि प्रत्येक चक्र 1 एस में पूरा हो जाएगा, तो इस तरह के आंदोलन को 10 साल से अधिक समय लगेगा।

अंजीर। 14. "गुरुत्वाकर्षण" इंजन का आरेख (तीर ज्वारीय बलों की दिशा को इंगित करता है): 1 - पेलोड, 2 - केबल, 3 - केबल घुमावदार डिवाइस, 4 - पृथ्वी

यह संभव है कि जब मानव जाति निकट-पृथ्वी अंतरिक्ष में बस्तियां बनाना शुरू कर दे और कई लाख टन कार्गो को उच्च कक्षाओं के लिए ले जाने के लिए आवश्यक हो, तो इस तरह की धीमी गति से चलने वाली विधि इसके आवेदन का पता लगाएगी। इसके फायदे स्पष्ट हैं: उपभोग किए गए द्रव्यमान की पूरी अनुपस्थिति और प्रणोदन प्रणाली की कम शक्ति।

चूंकि, गुरुत्वाकर्षण बातचीत के विपरीत, लोगों ने विद्युत चुम्बकीय बातचीत को नियंत्रित करना सीख लिया है, इस आधार पर मैक्रो-निकायों का उपयोग करके मोटर सिस्टम बनाना संभव है। सबसे सरल मामले में, ऐसा इंजन चार्ज कण त्वरक है। एक अंतरिक्ष शरीर के पिछले हिस्से में उड़ते समय, यह आवेशित कणों (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनों) से विकिरणित होता है। नतीजतन, अंतरिक्ष शरीर और रॉकेट विपरीत संकेतों के आरोप के वाहक हैं।

आरोपों का आकर्षण रॉकेट के त्वरण की ओर जाता है। अंतरिक्ष शरीर के साथ रॉकेट के अधिकतम दृष्टिकोण के बाद, आप या तो त्वरक को बंद कर सकते हैं और आरोपों को जल्दी से बाहरी स्थान के प्लाज्मा द्वारा मुआवजा दिया जाता है, या, जबकि अंतरिक्ष शरीर पर चार्ज संरक्षित है, रॉकेट को रिचार्ज किया जा सकता है, और फिर आकर्षण बल प्रतिकारक शक्तियों में बदल जाएगा।

इस सहभागिता के कारण रॉकेट की गति में वृद्धि रॉकेट और आवेशित शरीर के बीच संभावित अंतर के समानुपाती होती है। उदाहरण के लिए, 10 6 V के संभावित अंतर पर 10 टन वजन वाले अंतरिक्ष यान के लिए, गति को 1 m / s, और 10 8 V पर क्रमशः 100 m / s तक बढ़ाया जा सकता है। इस त्वरण विधि की दक्षता रॉकेट और आवेशित शरीर की सापेक्ष गति में वृद्धि के साथ बढ़ती है, और 10 किमी / सेकंड से अधिक की गति पर, यह 20% तक पहुंच सकती है।

एक चार्जिंग चक्र में छोटे गति के लाभ के कारण, अंतरिक्ष के उन क्षेत्रों में ऐसी प्रणोदन प्रणाली का उपयोग करने की सलाह दी जाती है जहां ब्रह्मांडीय निकायों के साथ मुठभेड़ काफी अक्सर होती है (उदाहरण के लिए, क्षुद्रग्रह बेल्ट में)। इसके अलावा, पृथ्वी उपग्रहों की कक्षाओं के बीच बड़े यातायात प्रवाह के मामले में रॉकेट का इलेक्ट्रोस्टैटिक त्वरण उपयोगी हो सकता है। फिर निम्नलिखित उड़ान पैटर्न को लागू किया जा सकता है। उपग्रहों की एक प्रणाली, जिनमें से कुछ आवेशित कण त्वरक से सुसज्जित हैं, एक दूसरे के विपरीत कक्षाओं (विपरीत परिक्रमण वाली परिक्रमा) के करीब लाए जाते हैं। विपरीत रोटेशन के आने वाले उपग्रहों को चार्ज करके, आप पूरे सिस्टम की कक्षाओं के मापदंडों को बदल सकते हैं। इस मामले में, इस त्वरण विधि के प्रभावी उपयोग के लिए सभी शर्तें संतुष्ट हैं: मुठभेड़ों की एक उच्च आवृत्ति और उच्च सापेक्ष गति।

अंतरिक्ष यान के इलेक्ट्रोस्टैटिक त्वरण के महत्वपूर्ण नुकसानों में से एक अंतरिक्ष यान के विद्युत क्षेत्र द्वारा उच्च ऊर्जा के लिए अंतरिक्ष प्लाज्मा के कणों के साथ उनकी सतह की बमबारी है। परिणाम गामा और एक्स-रे विकिरण मर्मज्ञ है। चुंबकीय संपर्क का उपयोग करते समय यह नुकसान अनुपस्थित होगा।

यदि रॉकेट एक चुंबकीय क्षेत्र स्रोत से सुसज्जित है, तो यह पृथ्वी, ग्रहों और लोहे-निकल क्षुद्रग्रहों के चुंबकीय क्षेत्रों के साथ बातचीत करेगा। ब्रह्मांडीय चुंबकीय क्षेत्रों की तीव्रता तुलनीय इकाइयों में विद्युत क्षेत्रों की तीव्रता से अधिक परिमाण के कई आदेश हैं। लेकिन, दुर्भाग्य से, चुंबकीय क्षेत्र में एक द्विध्रुवीय चरित्र होता है, और इसका बल अंतःक्रिया केवल अमानवीयता (ढाल) की उपस्थिति में प्रकट होता है। ब्रह्मांडीय क्षेत्रों की ढाल बहुत छोटी है: एक बातचीत बल प्राप्त करने के लिए, उदाहरण के लिए, पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के साथ 0.1 kgf, एक सोलनॉइड की आवश्यकता 10 से अधिक 6 एम्पीयर-मोड़ और 100 मीटर के व्यास के साथ होती है। चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करने के मौजूदा तरीके, इस तरह के सोलनॉइड के साथ एक रॉकेट, भले ही हम पेलोड के द्रव्यमान की उपेक्षा करते हैं, इसमें केवल 10–6 मीटर / सेकंड 2 का त्वरण होगा।

अधिक आशाजनक यह है कि पहले वर्णित इंटरऑर्बिटल ट्रांसपोर्ट में चुंबकीय प्रणालियों का उपयोग किया जाता है जब विपरीत कक्षाओं में घूमने वाले उपग्रहों के समूहों को परिवहन किया जाता है। ऐसे वाहनों के आपसी आकर्षण या प्रतिकर्षण के कारण, उनकी कक्षीय गति को बदलना संभव है। हालांकि, चुंबकीय क्षेत्र के बाद से, इसकी द्विध्रुवीय प्रकृति के कारण, दूरी के घन के अनुपात में कम हो जाती है, और विद्युत क्षेत्र से वर्ग तक, इस तरह के प्रणोदन प्रणाली अपनी बड़े पैमाने पर विशेषताओं में इलेक्ट्रोस्टैटिक से नीच होंगे।

विद्युत चुंबकत्व का आधुनिक सिद्धांत चुंबकीय मोनोपोल के अस्तित्व को मानता है - विद्युत आवेशों का एनालॉग। यदि इस तरह के मोनोपोल की खोज की जाती है और उन्हें पर्याप्त मात्रा में प्राप्त किया जा सकता है, तो अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी के लिए भारी अवसर खुलेंगे। एक मोनोपोल चुंबकीय चार्ज वाला एक रॉकेट ऑनबोर्ड द्रव्यमान के किसी भी खर्च के बिना पृथ्वी की सतह से लॉन्च कर सकता है, केवल इसके चुंबकीय क्षेत्र के साथ बातचीत के कारण, और फिर इंटरस्टेलर और इंटरप्लेनेटरी फ़ील्ड में तेजी जारी है।

बोर और सर्वेक्षण के अधिकार के बारे में

नए प्रकार के मोटर सिस्टम के कार्यान्वयन का मार्ग लंबा और कठिन है, और वे एक नियम के रूप में बनाए जाते हैं, केवल जब मौजूदा लोगों पर उनके फायदे प्रतिशत की इकाइयों में नहीं व्यक्त किए जाते हैं, लेकिन स्थिति को महत्वपूर्ण रूप से बदलते हैं। या तो एक ही समय में, परिवहन संचालन के आर्थिक संकेतक नाटकीय रूप से बेहतर होते हैं, या वे उन समस्याओं को हल करने की अनुमति देते हैं जिन्हें पहले से उपलब्ध साधनों द्वारा हल नहीं किया जा सकता है।

अंतरिक्ष यात्रियों की समस्याओं को हल करने में विभिन्न प्रणोदन प्रणालियों की क्षमता क्या है?

बड़े कार्गो का संगठन पृथ्वी की सतह से निम्न कक्षाओं तक बहता है। समस्या केवल उच्च-थ्रस्ट इंजनों के उपयोग से हल की जाती है, इसलिए, इसे रासायनिक इंजन, थर्मल परमाणु और थर्मोन्यूक्लियर इंजन, और रिमोट पॉवर ट्रांसमिशन के साथ उच्च-थ्रस्ट इंजन के रूप में हल करने के ऐसे साधनों पर विचार करना उचित है। इन इंजनों में से, निम्न कक्षा में लॉन्च होने की समस्या को हल करने में मुख्य भूमिका संबंधित है और लंबे समय तक रासायनिक इंजनों की है। ऊर्जा और थ्रस्ट विशेषताओं के संदर्भ में, गैस-चरण परमाणु इंजन और थर्मोन्यूक्लियर इंजन इस समस्या को हल करने के लिए उपयुक्त हैं, लेकिन वातावरण के रेडियोधर्मी संदूषण का खतरा बहुत अधिक है।

सामान्य तौर पर, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि पृथ्वी की सतह से निम्न कक्षाओं के लिए कार्गो प्रवाह की तीव्रता के साथ, लॉन्च वाहनों से प्राकृतिक प्रक्रियाओं पर प्रभाव को कम करने के मुद्दे तेजी से महत्वपूर्ण हो जाएंगे। लॉन्च की पर्याप्त कम तीव्रता और लॉन्च वाहनों की एक सापेक्ष "कम शक्ति" के साथ, वायुमंडल और आयनमंडल में प्राकृतिक प्रक्रियाएं मिसाइल लॉन्च के दौरान उत्पन्न मापदंडों की स्थानीय गड़बड़ी की भरपाई करने में सक्षम हैं। एक उदाहरण के रूप में, हम "विंडो" को कसने की प्रक्रिया का हवाला दे सकते हैं जो ओजोन परत में दिखाई देती है जब यह रॉकेट टॉर्च के साथ बातचीत करता है। हालांकि, प्राकृतिक वातावरण की क्षतिपूर्ति संभावनाएं असीमित नहीं हैं, और इसे अनदेखा नहीं किया जा सकता है।

प्राकृतिक प्रक्रियाओं पर न्यूनतम प्रभाव की आवश्यकता, जाहिरा तौर पर, बाहरी ऊर्जा स्रोतों का उपयोग करके लॉन्च वाहनों के निर्माण के लिए एक अतिरिक्त प्रोत्साहन के रूप में काम करेगी। इस तथ्य के कारण कि बाहरी ऊर्जा स्रोतों (विशेष रूप से, लेजर स्रोतों के साथ) के साथ इंजनों में विभिन्न प्रकार के पदार्थों को एक कार्यशील तरल पदार्थ के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, प्राकृतिक प्रक्रियाओं पर कम से कम प्रभाव के साथ एक कार्यशील तरल पदार्थ चुनना संभव हो जाता है।

प्रक्षेपण वाहनों में बाहरी स्रोतों के साथ इंजनों का उपयोग करने का एक और आकर्षक पहलू यह तथ्य है कि उपकरण का सबसे जटिल हिस्सा (ऊर्जा स्रोत और लेजर ट्रांसमीटर) वाहन के बाहर है और लॉन्च चरण (अधिभार, कंपन) की विशेषता को प्रभावित नहीं करता है आदि)।), और सेवा और मरम्मत के लिए उपलब्ध है। अंत में, ऐसी लॉन्चिंग प्रणाली एक पुन: प्रयोज्य प्रणाली है (कम से कम सिस्टम के ग्राउंड भाग के उपकरण का उपयोग करने के अर्थ में), जो गहन कार्गो प्रवाह के आयोजन के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

इन कारणों से, पृथ्वी पर या निकट-पृथ्वी की कक्षा में स्थित लेज़रों की ऊर्जा का उपयोग करने वाले इंजन भविष्य में लॉन्चिंग के पारंपरिक तरीके के साथ प्रतिस्पर्धा करेंगे, विशेष रूप से अपेक्षाकृत छोटे भार के बड़े पैमाने पर लॉन्च की समस्याओं में। अगली शताब्दी की शुरुआत में ऐसी प्रणालियों की उपस्थिति की उम्मीद की जानी चाहिए, उसी समय जब इसे औद्योगिक महत्व के पहले एसएसई को लागू करने की योजना बनाई गई है।

उच्च कक्षाओं से निम्न कक्षाओं तक भारी माल का परिवहन और इसके विपरीत, पृथ्वी की कक्षा से चंद्रमा तक समान कार्गो का परिवहन। कम कक्षा में भार के प्रक्षेपण के विपरीत, इस ऑपरेशन को उच्च और निम्न दोनों जोर के इंजन द्वारा किया जा सकता है। उच्च-थ्रस्ट इंजनों का उपयोग करते समय, कम-थ्रस्ट इंजनों (इकाइयों और किलोग्राम-शक्ति के दसियों) का उपयोग करने की तुलना में डिवाइस उच्च गति से चंद्रमा की उच्च कक्षा या आसपास तक पहुंचता है। हालांकि, उच्च कक्षा में पहुंचाया गया पेलोड का अंश कार्यशील तरल पदार्थ के वेग पर निर्भर करता है, और यहां कम-थ्रस्ट इंजनों को कुछ प्रकार के उच्च-थ्रस्ट इंजनों पर लाभ हो सकता है।

विशेष रूप से, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के साथ तरल-प्रणोदक रॉकेट इंजन और इलेक्ट्रिक जेट इंजन की मदद से इस समस्या को हल करने की संभावनाओं के एक तुलनात्मक विश्लेषण से पता चलता है कि अगर पहले मामले में एक कम कक्षा से कार्गो की हिस्सेदारी एक स्थिर एक को वितरित की जाती है लगभग 30% है, तो दूसरे में यह 60-65% है। भारी माल परिवहन के लिए डिलीवरी वाहनों का चयन करते समय यह स्थिति निर्णायक महत्व की हो सकती है, जब निर्धारण कारक एक उड़ान में परिवहन किए गए कार्गो की मात्रा है, और अंतिम एक की अवधि नहीं है।

कम-थ्रस्ट इंजनों के उपयोग में एक विशेषता है जो कई परिवहन किए गए सामानों के लिए एक बड़ा लाभ हो सकता है: कम जोर छोटे लोडलोड बनाता है। इस संबंध में, इस तरह से बनाई गई संरचना पर ओवरलोड के लिए सख्त आवश्यकताओं को लागू किए बिना, कम कक्षा में बड़े आकार की संरचनाओं को इकट्ठा करना और फिर उन्हें उच्चतर स्थानों पर ले जाना संभव हो जाता है, जो उच्च-थ्रस्ट इंजनों का उपयोग करते समय विशिष्ट होते हैं।

अगले दो दशकों में, जाहिरा तौर पर, केवल तरल-प्रोपेलेंट रॉकेट इंजन और सौर पैनलों या परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के साथ इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन इंजन का उपयोग विचार के तहत किया जाएगा।

भविष्य में, परिवहन उद्देश्यों के लिए और चंद्रमा की कक्षा के दायरे में, बाहरी कृत्रिम ऊर्जा स्रोतों वाले इंजन का उपयोग किया जा सकता है (और प्रभावी रूप से)। तो, एक लेज़र बीम का उपयोग उसी विद्युत जेट इंजन के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में किया जा सकता है, लेकिन, निश्चित रूप से, यह काम करने वाले तरल पदार्थ को तेज करने के लिए सीधे अपनी ऊर्जा का उपयोग करने के लिए अधिक कुशल है।

एक प्राकृतिक सवाल जो 300 हजार किमी तक की दूरी पर लेजर इंजन का उपयोग करने की समस्या पर चर्चा करते समय उठता है: एक स्थापना के पैरामीटर क्या होना चाहिए जो एक बीम बनाता है जो महत्वपूर्ण नुकसान के बिना इतनी दूरी पर विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा को स्थानांतरित करता है?

गणना से पता चलता है कि 300 हजार किमी की दूरी पर उपकरण और पावर स्टेशन पर 30-40 मीटर के आकार के साथ एंटेना होना आवश्यक है। इसके अलावा, इन एंटेना के लिए सतह निर्माण की सटीकता 0.1 माइक्रोन तक बनाए रखी जानी चाहिए। इसलिए, यह स्पष्ट है कि बड़े जोर बनाने के लिए इस तरह से प्राप्त ऊर्जा का उपयोग करना बेहद मुश्किल है। दूसरी ओर, इस तरह के एक अद्वितीय चैनल के माध्यम से अपेक्षाकृत कम शक्तियों (कई मेगावाट तक) को स्थानांतरित करना मुश्किल से उचित है, यदि केवल इस कारण से कि ऐन्टेना प्राप्त करने के बजाय, डिवाइस पर सौर बैटरी लगाने के लिए अधिक लाभदायक है।

फिर भी, जाहिरा तौर पर, चंद्रमा के लिए उच्च-कक्षा परिवहन संचालन और माल के परिवहन के लिए लेजर विकिरण का उपयोग कर प्रणोदन प्रणाली के उपयोग के लिए विकल्प हैं, जो तकनीकी और आर्थिक दोनों दृष्टिकोण से उचित हैं। इस मार्ग पर तकनीकी कठिनाइयाँ और समस्याएं हैं, लेकिन वे आधुनिक तकनीक के एक उचित अतिरिक्त ढाँचे के भीतर काफी महत्वपूर्ण हैं।

मानव रहित इंटरप्लेनेटरी उड़ानें। वीनस, मंगल और सौर मंडल के दूर के ग्रहों की रोबोट की कई उड़ानों ने यह धारणा बनाई है कि यह कल के बजाय आज का कार्य है। किसी भी स्थिति में, मंगल और शुक्र के लिए मानव रहित उड़ानें लंबे समय तक विज्ञान कथा साहित्य का उद्देश्य बन गई हैं। इसी समय, आधुनिक प्रौद्योगिकी के ढांचे के भीतर इन समस्याओं का संभावित समाधान, अर्थात् केवल तरल रॉकेट इंजनों का उपयोग करना, बेहद बोझिल और बेहद महंगा लगता है। मंगल ग्रह के एक अभियान के लिए सबसे "मामूली" विकल्पों में से एक, 50 टन के इंटरप्लेनेटरी अंतरिक्ष यान के पेलोड के साथ, अंतरिक्ष यान संरचनात्मक तत्वों और ईंधन के प्रक्षेपण के साथ 500-700 टन के कुल द्रव्यमान के साथ पांच या सात से कम कक्षा में सैटर्न -5 रॉकेट के प्रक्षेपण।

लेकिन यह स्वयं प्रारंभिक द्रव्यमान नहीं है जो भयावह है, लेकिन अंतरिक्ष में बड़ी संख्या में जटिल स्थापना कार्य करने की आवश्यकता है। पहले से ही उल्लेखित 500- 1000 टन वजन वाले कुल पेलोड की वापसी, 1980 के दशक के अंत तक अग्रणी अंतरिक्ष शक्तियों के लिए एक सामान्य कार्य होगा। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कम-थ्रस्ट इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन इंजन और परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का उपयोग करके मंगल की उड़ान की समस्या को हल करने के लिए या लगभग 9 किमी / घंटा के बहिर्वाह वेग के साथ एक ठोस-चरण परमाणु रिएक्टर का उपयोग करके, कुल द्रव्यमान को इंजेक्शन लगाया गया। संदर्भ कक्षा 150-200 टन होगी। सभी मामलों में मार्टियन अभियान की अवधि लगभग समान है - 2 साल 8 महीने।

अभियान की अवधि को 2 गुना कम करने से ऊर्जा लागत में वृद्धि के क्रम की आवश्यकता होगी। इसी समय, ग्रहों में अभियानों की अवधि में कमी अत्यधिक वांछनीय है। यहां, उच्च ऊर्जा प्रदर्शन वाले इंजनों के लिए व्यापक संभावनाएं खुल रही हैं, विशेष रूप से, गैस-चरण परमाणु इंजन, थर्मोन्यूक्लियर और स्पंदित थर्मोन्यूक्लियर इंजन। यह देखना आसान है कि हम यहां इंजनों के बारे में बात कर रहे हैं, जो बनाने की समस्या आधुनिक तकनीकी क्षमताओं के कगार पर है। इस संबंध में, किसी भी मामले में, मानव-निर्मित अंतरप्राथमिक उड़ानों के पहले चरणों में, उपग्रह कक्षा से शुरू होने पर उच्च-थ्रस्ट इंजन के रूप में विद्युत चुम्बकीय विकिरण के बाहरी स्रोतों का उपयोग करके इंजन के उपयोग के माध्यम से एक महत्वपूर्ण लाभ प्राप्त किया जा सकता है।

मार्टियन अभियान के लिए विभिन्न प्रकार के इंजनों की तुलनात्मक विशेषताएं तालिका में दी गई हैं। २।

तालिका 2

मंगल का अभियान

क्या सितारों के लिए उड़ानें वास्तविक हैं? आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, इंटरस्टेलर यात्रा के लिए सबसे उपयुक्त फोटॉन इंजन हैं, जो टिमटिमा के साथ पदार्थ के विनाश की प्रतिक्रिया का उपयोग करते हैं। हालांकि, ऐसे इंजन बनाने की समस्या का समाधान, साथ ही उनके लिए ईंधन प्राप्त करने की समस्या, आधुनिक तकनीक की क्षमताओं से इतनी दूर है कि नुस्खा स्पष्ट रूप से अर्थहीन है।

ब्रिटिश शोधकर्ताओं के एक समूह ने आधुनिक तकनीकी क्षमताओं के बहुत दूर नहीं होने के आधार पर सबसे नज़दीकी सितारों (प्रोक्सिमा सेंटॉरी, सेंटोरी, बर्नार्ड्स स्टार) को मानवयुक्त उड़ानों की समस्या का विश्लेषण करने का प्रयास किया। आधुनिक तकनीक के दृष्टिकोण से जो प्रणालियां संभव हैं, हमने एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के साथ विद्युत-प्रवाह पर विचार किया, एक अंतरिक्ष-आधारित लेजर, सौर पाल प्रणालियों और उच्च-जोर परमाणु इंजन से विकिरण ऊर्जा के साथ त्वरण प्रणाली। जैसा कि यह निकला, विभिन्न कारणों के लिए सूचीबद्ध प्रकार समस्या को हल नहीं कर सकते, और यहाँ क्यों है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र के साथ एक इलेक्ट्रिक जेट इंजन त्वरण की बहुत कम दर देता है, जिससे लंबी यात्रा होती है। अंतरिक्ष-आधारित लेजर-संचालित त्वरण प्रणालियां और सौर पाल प्रणाली परमाणु ऊर्जा प्रणालियों की तुलना में हल्की हैं, लेकिन परिवर्तित ऊर्जा (अंतरिक्ष यान गति के गतिज ऊर्जा में) का अंश इतना छोटा है कि लंबे त्वरण समय की भी आवश्यकता होती है। उच्च-जोर वाले परमाणु इंजन जैसे कि नर्व थर्मल परमाणु इंजन आवश्यक त्वरण प्रदान कर सकते हैं। हालांकि, ऐसी प्रणालियों के साथ प्राप्त बहिर्वाह वेग 10 किमी / एस के क्रम पर हैं, जिसका अर्थ है कि आवश्यक अंतिम वेग को प्राप्त करने के लिए एक बहुत बड़े द्रव्यमान अनुपात की आवश्यकता होगी। ऐसे सभी प्रणालियों में आवश्यक ईंधन की मात्रा उन्हें अवास्तविक बनाती है।

लेखक पहले से वर्णित एक इलेक्ट्रॉन त्वरक द्वारा प्रतिक्रिया की दीक्षा के साथ microexplosions पर आधारित संलयन इंजन को मानते हैं जो तारों के लिए उड़ान के लिए उपयुक्त एक प्रणोदन प्रणाली के कार्यान्वयन के सबसे करीब है। हालांकि, लेखकों के निष्कर्ष निर्विवाद नहीं हैं। यहाँ बिंदु दोनों प्रस्तावित योजना को लागू करने और प्रतिस्पर्धी योजनाओं की उपस्थिति की संभावनाओं में है।

अधिक स्पष्ट रूप से कल्पना करने के लिए कि इंटरस्टेलर यात्रा के लिए इंजन की विशेषताओं में क्या उछाल होना चाहिए ताकि यह संभव हो सके, यह तालिका को देखने के लिए पर्याप्त है। 3, जो सौर मंडल के सबसे दूर के ग्रह - प्लूटो में पृथ्वी से उड़ानों से संबंधित डेटा दिखाता है।

टेबल तीन

प्लूटो के लिए उड़ानें

यह कार्य तारों की उड़ान से बहुत आसान है। यह उन दूरी की तुलना करने के लिए पर्याप्त है जिन्हें दोनों मामलों में दूर किया जाना चाहिए। प्लूटो, सूर्य के प्रकाश की दूरी, लगभग 300,000 किमी / सेकंड की गति से, 5 घंटे लगते हैं, जबकि निकटतम सितारों (सेंटौरी) - 4.3 वर्षों में। फिर भी, प्रत्यक्ष (यानी, बिना रुकावट के युद्धाभ्यास के दौरान) प्लूटो के लिए उड़ानें उचित समय में बनाई जा सकती हैं, यदि केवल इंजन में पैरामीटर हैं, जिसके कार्यान्वयन थर्मोन्यूक्लियर इंजन के निर्माण के साथ जुड़ा हुआ है। यहां तक \u200b\u200bकि गैस-चरण परमाणु इंजन की विशेषताएं इस कार्य को पूरा करने के लिए अपर्याप्त हैं।

वास्तव में, केवल थर्मोन्यूक्लियर इंजन जैसे इंजनों के आगमन के साथ ही पूरे सौर मंडल के भीतर मानवयुक्त उड़ानों में गंभीरता से संलग्न होना संभव होगा। इस बीच, यह संभव है कि कम से कम केवल प्रणोदन का मतलब है कि मानवयुक्त कक्षीय उड़ानें प्रदान करें। इसलिए, अंतरिक्ष यात्रियों द्वारा पहले ही हासिल की गई सभी जबरदस्त सफलताओं के बावजूद, अंतरिक्ष प्रणोदन की तकनीक में एक क्रांति (और, शायद, एक से अधिक) मानवयुक्त उड़ानों के लिए, पहले दूर के ग्रहों की, और फिर सौर प्रणाली के बाहर की आवश्यकता होगी। एक हकीकत।

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नोट्स (संपादित करें)

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यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि मनुष्य द्वारा चंद्रमा तक पहुंचने का कार्यक्रम पहले ही लगभग $ 24 बिलियन का है। मंगल अभियान कार्यक्रम की लागत 70-80 अरब डॉलर अनुमानित है।

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बेशक, अगर चंद्रमा पर रॉकेट प्रणोदक के भंडार थे, तो उनके साथ खाली टैंकों को ईंधन भरने से पेलोड में और भी अधिक लाभ होगा। लेकिन ऐसा ईंधन भरना जहाज पर ऊर्जा आरक्षित में वृद्धि के बराबर है, और इसलिए इष्टतम समाप्ति दर के बारे में उपरोक्त विचार लागू नहीं होंगे।

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रॉकेट प्रौद्योगिकी में, निकास वेग के बजाय इंजनों को चिह्नित करने के लिए, वे अक्सर एक अन्य समतुल्य अवधारणा का उपयोग करते हैं - विशिष्ट थ्रस्ट (विशिष्ट आवेग), जो संख्यात्मक रूप से गुरुत्वाकर्षण के त्वरण से विभाजित निकास वेग के बराबर है (9.81 मीटर / सेकंड), और तदनुसार सेकंड में मापा जाता है। विशिष्ट जोर 1 एस में 1 किलो के द्रव्यमान के साथ एक कामकाजी माध्यम की खपत के परिणामस्वरूप निर्मित जोर से मेल खाती है। फ्लो रेट के साथ, हम इस अवधारणा का उपयोग भी करेंगे। कुछ कार्य निकायों के लिए विशिष्ट जोर के मूल्य तालिका में दिए गए थे। एक।

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यूरेनियम के थोक ठोस अवस्था में होने पर इंटरमीडिएट समाधान संभव है, और इसका केवल एक छोटा हिस्सा गैसीय अवस्था में है। लेकिन तब काम कर रहे तरल पदार्थ का उच्च तापमान प्राप्त करना मुश्किल है, क्योंकि अधिकांश ऊर्जा अपेक्षाकृत कम तापमान पर जारी की जाएगी।

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हवाई जहाज वीआरएम में, गति पर जोर की निर्भरता वास्तव में अधिक जटिल है। प्रारंभ में, यह थर्मल चक्र की दक्षता में वृद्धि के कारण बढ़ता है, क्योंकि वेग सिर में वृद्धि के साथ, संपीड़न अनुपात बढ़ता है। हालांकि, गति के एक निश्चित मूल्य से शुरू करना, यह कम हो जाता है।

हम इस लेख को एक पारंपरिक मार्ग के साथ शुरू कर सकते हैं कि कैसे विज्ञान कथा लेखकों ने साहसिक विचारों को आगे रखा, और वैज्ञानिकों ने उन्हें वास्तविकता में अनुवाद किया। आप कर सकते हैं, लेकिन आप टिकटों में लिखना नहीं चाहते हैं। यह याद रखना बेहतर है कि आधुनिक रॉकेट इंजन, ठोस-प्रणोदक और तरल, अपेक्षाकृत लंबी दूरी पर उड़ानों के लिए असंतोषजनक विशेषताओं से अधिक है। वे चंद्रमा को कुछ देने के लिए, पृथ्वी की कक्षा में कार्गो को डालने की अनुमति देते हैं - हालांकि, ऐसी उड़ान अधिक महंगी है। लेकिन ऐसे इंजनों के साथ मंगल ग्रह पर उड़ान भरना अब आसान नहीं है। उन्हें सही मात्रा में ईंधन और ऑक्सीडाइज़र दें। और ये वॉल्यूम उस दूरी के सीधे आनुपातिक हैं जिन्हें कवर किया जाना चाहिए।

पारंपरिक रासायनिक रॉकेट इंजन का एक विकल्प बिजली, प्लाज्मा और परमाणु इंजन हैं। सभी वैकल्पिक इंजनों में से, केवल एक प्रणाली इंजन विकास के चरण तक पहुंच गई है - परमाणु (एनआरई)। सोवियत संघ और संयुक्त राज्य अमेरिका में, पिछली शताब्दी के 50 के दशक में, परमाणु रॉकेट इंजनों के निर्माण पर काम शुरू हुआ। अमेरिकी ऐसे बिजली संयंत्र के दोनों संस्करणों पर काम कर रहे थे: प्रतिक्रियाशील और आवेग। पहली अवधारणा में परमाणु रिएक्टर का उपयोग करके काम करने वाले तरल को गर्म करना, इसके बाद नलिका के माध्यम से अस्वीकृति शामिल है। पल्सड एनआरई, बदले में, परमाणु ईंधन की एक छोटी राशि के लगातार विस्फोट के माध्यम से अंतरिक्ष यान को प्रेरित करता है।

इसके अलावा संयुक्त राज्य अमेरिका में, ओरियन परियोजना का आविष्कार किया गया था, एनआरएम के दोनों संस्करणों को मिलाकर। यह निम्नानुसार किया गया था: टीएनटी समकक्ष में लगभग 100 टन की क्षमता वाले छोटे परमाणु प्रभार जहाज की पूंछ से बेदखल कर दिए गए थे। उनके बाद धातु डिस्क को निकाल दिया गया। जहाज से कुछ दूरी पर, चार्ज में विस्फोट हुआ, डिस्क वाष्पित हो गई, और पदार्थ अलग-अलग दिशाओं में बिखर गया। इसका एक हिस्सा जहाज के प्रबलित पूंछ में गिर गया और आगे बढ़ गया। थ्रस्ट की एक छोटी सी वृद्धि को प्लेट के वाष्पीकरण द्वारा उड़ा लेना चाहिए। इस तरह की उड़ान की इकाई लागत उस समय प्रति किलोग्राम पेलोड के केवल 150 डॉलर होनी चाहिए थी।

यह परीक्षण तक भी चला गया: अनुभव से पता चला कि क्रमिक आवेगों की मदद से आंदोलन संभव है, साथ ही पर्याप्त ताकत की फीड प्लेट का निर्माण भी। लेकिन ओरियन परियोजना को 1965 में अप्रमाणिक के रूप में बंद कर दिया गया था। फिर भी, यह अब तक की एकमात्र मौजूदा अवधारणा है जो अभियानों को कम से कम सौर मंडल में ले जाने की अनुमति दे सकती है।

एक प्रोटोटाइप के निर्माण तक, केवल एक जेट एनआरई तक पहुंचना संभव था। ये सोवियत आरडी -0410 और अमेरिकी एनईआरवीए थे। उन्होंने एक ही सिद्धांत के अनुसार काम किया: एक "साधारण" परमाणु रिएक्टर में, काम करने वाला तरल पदार्थ गर्म होता है, जो जब नलिका से निकाला जाता है, तो जोर बनाता है। दोनों इंजनों का कार्यशील तरल तरल हाइड्रोजन था, लेकिन सोवियत एक हेप्टेन पर एक सहायक पदार्थ के रूप में इस्तेमाल किया गया था।

RD-0410 का जोर 3.5 टन था, NERVA ने लगभग 34 दिया, लेकिन इसमें बड़े आयाम भी थे: 43.7 मीटर लंबाई में और 10.5 व्यास व्यास में और 3.5 मीटर 1.6 इंच, क्रमशः सोवियत इंजन के लिए। उसी समय, अमेरिकी इंजन संसाधन के मामले में सोवियत से तीन गुना हीन था - RD-0410 एक घंटे के लिए काम कर सकता था।

हालांकि, दोनों इंजन, अपने वादे के बावजूद, पृथ्वी पर भी बने रहे और कहीं भी उड़ान नहीं भरे। दोनों परियोजनाओं को बंद करने का मुख्य कारण (70 के दशक के मध्य में NERVA, 1985 में RD-0410) पैसा है। रासायनिक इंजनों की विशेषताएँ नाभिकीय लोगों की तुलना में खराब होती हैं, लेकिन एक परमाणु-चालित रॉकेट इंजन वाले एक ही पेलोड के साथ एक प्रक्षेपण की कीमत एक तरल के साथ एक ही सोयुज के प्रक्षेपण से 8-12 गुना अधिक हो सकती है -प्रॉपेलेंट इंजन। और यह व्यावहारिक उपयोग के लिए परमाणु इंजनों को उपयुक्तता में लाने के लिए आवश्यक सभी लागतों को ध्यान में रखे बिना है।

"सस्ते" Shuttles के decommissioning और हाल ही में अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में क्रांतिकारी सफलताओं की कमी नए समाधान की आवश्यकता है। इस साल अप्रैल में, रोस्कोस्मोस के तत्कालीन प्रमुख ए। पेर्मिनोव ने एक पूरी तरह से नए परमाणु रॉकेट इंजन को विकसित करने और कमीशन करने के अपने इरादे की घोषणा की। यह, रोसकोस्मोस के अनुसार, पूरे विश्व कॉस्मोनॉटिक्स में "स्थिति" को मौलिक रूप से सुधारना चाहिए। अब यह स्पष्ट हो गया कि किसे कॉस्मोनॉटिक्स का अगला क्रांतिकारी बनना चाहिए: परमाणु रॉकेट इंजन का विकास संघीय राज्य एकात्मक उद्यम "क्लेडीश सेंटर" द्वारा किया जाएगा। उद्यम के सामान्य निदेशक ए। कोरोटीव ने पहले ही जनता को प्रसन्न कर दिया है कि एक नए परमाणु रॉकेट इंजन के लिए एक अंतरिक्ष यान की प्रारंभिक डिजाइन अगले साल तैयार हो जाएगी। इंजन परियोजना 2019 तक तैयार होनी चाहिए, और परीक्षण 2025 के लिए निर्धारित हैं।

कॉम्प्लेक्स का नाम TEM था - परिवहन और ऊर्जा मॉड्यूल। यह एक गैस-कूल्ड परमाणु रिएक्टर ले जाएगा। प्रत्यक्ष प्रणोदन इकाई अभी तक तय नहीं की गई है: या तो यह आरडी -0410 की तरह एक जेट इंजन होगा, या एक इलेक्ट्रिक रॉकेट इंजन (ईपीएम) होगा। हालांकि, बाद के प्रकार को अभी तक दुनिया में कहीं भी बड़े पैमाने पर उपयोग नहीं किया गया है: केवल तीन अंतरिक्ष यान उनके साथ सुसज्जित थे। लेकिन यह तथ्य कि रिएक्टर न केवल इंजन, बल्कि कई अन्य इकाइयों को भी आपूर्ति कर सकता है, या यहां तक \u200b\u200bकि पूरे टीईएम को अंतरिक्ष बिजली संयंत्र के रूप में उपयोग कर सकता है, ईजेई के पक्ष में बोलता है।

दुनिया में पहली बार रूस में इकट्ठा किया गया था
परमाणु अंतरिक्ष इंजन

किसी कारण से, 10 अगस्त की सनसनीखेज खबर अमेरिकी फर्ग्यूसन और यूक्रेन में घटनाओं की पृष्ठभूमि के खिलाफ दुनिया और हमारे मीडिया में किसी का ध्यान नहीं गया।
मैं इस अंतर को भरने की कोशिश करूंगा और लेख को पूरी तरह से सिद्धांत के अनुसार पूरा करूंगा। सभी को इस तरह की घटना के बारे में पता होना चाहिए, और मुझे हमारे वैज्ञानिकों और हमारे देश पर गर्व है।

अंतरिक्ष यान के लिए परमाणु इंजन

"मास्को के पास एलेक्ट्रोस्टल में जेएससी मशीन-बिल्डिंग प्लांट में, विशेषज्ञों ने अंतरिक्ष परमाणु बिजली प्रणोदन प्रणाली (एनपीपी) के लिए एक मानक डिजाइन के पहले ईंधन तत्व (टीवीईएल) को इकट्ठा किया। यह राज्य निगम रोसैटॉम की प्रेस सेवा द्वारा बताया गया था। । रिएक्टर प्लांट का मुख्य डिजाइनर JSC NIKIET है।

परियोजना के ढांचे के भीतर कार्य किया जा रहा है "एक मेगावाट और परमाणु ऊर्जा संयंत्र के आधार पर एक परिवहन और ऊर्जा मॉड्यूल का निर्माण"। NIKIET के निदेशक और सामान्य डिजाइनर, यूरी ड्रैगुनोव के अनुसार, योजना के अनुसार, परमाणु ऊर्जा संयंत्र 2018 में तैयार होना चाहिए, लेंटा लिखता है।

"रिएक्टर प्लांट के संदर्भ में, ROSATOM के काम के दायरे के संदर्भ में, सब कुछ योजना के अनुसार हो रहा है, रोडमैप के अनुसार," ड्रैगुनोव ने कहा। परमाणु ऊर्जा संयंत्र का उपयोग लंबी दूरी की अंतरिक्ष उड़ानों और लंबी अवधि के लिए कक्षा में संचालन के लिए किया जाना है। विशेष रूप से, इस इंस्टॉलेशन के निर्माण से मार्टियन अभियान के लिए आवश्यक समय अवधि में भारी कमी संभव होगी।

YEDS परियोजना को 2009 में रूस के राष्ट्रपति के तहत रूसी अर्थव्यवस्था के आधुनिकीकरण और तकनीकी विकास आयोग द्वारा अनुमोदित किया गया था। ड्राफ्ट डिजाइन 2012 तक पूरा हो गया था

यह भविष्य की एक छलांग है। यह इंजन हमें पहले मंगल ग्रह पर उतरने और वापस लौटने की अनुमति देगा। यह 22 वीं शताब्दी में पहले से ही एक छलांग है, बाकी सभी से एक गोलमाल। आज रूस अंतरिक्ष उद्योग पर हावी होने की कोशिश कर रहा है, नए अंतरिक्ष और रॉकेट बनाए जा रहे हैं। मुझे उम्मीद है कि हम एक बार पूर्व सोवियत कॉस्मोनॉटिक्स की महानता को वापस करने में सक्षम होंगे "

पहले से ही इस दशक के अंत में, रूस में इंटरप्लेनेटरी परमाणु-संचालित यात्रा के लिए एक अंतरिक्ष यान बनाया जा सकता है। और यह नाटकीय रूप से पृथ्वी के पास और पृथ्वी पर दोनों स्थिति को बदल देगा।

येडू खुद 2018 में उड़ान के लिए तैयार हो जाएगा। यह क्लेडीश सेंटर के निदेशक, शिक्षाविद अनातोली कोरोटीव द्वारा घोषित किया गया था। "हमें 2018 में उड़ान डिजाइन परीक्षणों के लिए पहला नमूना तैयार करना है (एक मेगावाट वर्ग के परमाणु ऊर्जा संयंत्र का। - लगभग।" विशेषज्ञ ऑनलाइन ")। यह उड़ता है या नहीं, यह एक और मामला है, एक कतार हो सकती है, लेकिन यह उड़ान के लिए तैयार होना चाहिए, ”आरआईए नोवोस्ती ने उसे बताया। इसका मतलब यह है कि अंतरिक्ष अन्वेषण के क्षेत्र में सबसे महत्वाकांक्षी सोवियत-रूसी परियोजनाओं में से एक तत्काल व्यावहारिक कार्यान्वयन के चरण में प्रवेश कर रहा है।

2010 में, रूस के राष्ट्रपति और अब प्रधान मंत्री दिमित्री मेदवेदेव ने इस दशक के अंत तक हमारे देश में एक मेगावाट परिवहन परमाणु ऊर्जा संयंत्र के आधार पर एक अंतरिक्ष परिवहन और ऊर्जा मॉड्यूल बनाने का आदेश दिया। इस परियोजना के विकास के लिए संघीय बजट, रोस्कोस्मोस और रोसाटॉम से 17 बिलियन रूबल के आवंटन को 2018 तक करने की योजना है। इस राशि का 7.2 बिलियन एक रिएक्टर सुविधा के निर्माण के लिए राज्य निगम रोसाटॉम को आवंटित किया गया था (यह डोलेज़ल रिसर्च एंड डिज़ाइन इंस्टीट्यूट ऑफ पावर इंजीनियरिंग द्वारा किया जा रहा है), 4 बिलियन - परमाणु ऊर्जा के निर्माण के लिए क्लेडीश केंद्र को पौधा। आरएससी एनर्जिया एक परिवहन और ऊर्जा मॉड्यूल बनाने के लिए 5.8 बिलियन रूबल का इरादा रखता है, जो दूसरे शब्दों में, एक रॉकेट-जहाज है।

रूस के लिए इन विकासों का व्यावहारिक उपयोग क्या है? यह लाभ 17 बिलियन रूबल से बहुत अधिक है जो कि राज्य में 1 मेगावाट की क्षमता वाले परमाणु ऊर्जा संयंत्र के साथ लॉन्च वाहन के निर्माण पर 2018 तक खर्च करने का इरादा रखता है। पहला, यह हमारे देश की और सामान्य रूप से मानवता की क्षमताओं का एक नाटकीय विस्तार है। एक परमाणु संचालित अंतरिक्ष यान लोगों को मंगल और अन्य ग्रहों की यात्रा करने के लिए वास्तविक अवसर प्रदान करता है।

दूसरे, इस तरह के जहाज निकट-पृथ्वी अंतरिक्ष में गतिविधियों को तेज करने के लिए संभव बनाते हैं और चंद्रमा के उपनिवेशण की शुरुआत के लिए एक वास्तविक अवसर प्रदान करते हैं (पृथ्वी के उपग्रह पर परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के निर्माण के लिए पहले से ही परियोजनाएं हैं)। “परमाणु प्रणोदन प्रणाली का उपयोग बड़े मानव प्रणालियों के लिए किया जा रहा है, न कि छोटे अंतरिक्ष यान के लिए जो आयन इंजन या सौर पवन ऊर्जा का उपयोग करके अन्य प्रकार के प्रतिष्ठानों पर उड़ान भर सकते हैं। एक इंटरबिटल पुन: प्रयोज्य टग पर आयन थ्रस्टर्स के साथ परमाणु ऊर्जा संयंत्र का उपयोग करना संभव है। उदाहरण के लिए, निम्न और उच्च कक्षाओं के बीच कार्गो ले जाने के लिए, क्षुद्रग्रहों के लिए उड़ानों को ले जाने के लिए। प्रोफेसर ओलेग गोर्शकोव कहते हैं, "आप एक पुन: प्रयोज्य चंद्र टग बना सकते हैं या मंगल पर एक अभियान भेज सकते हैं।" ऐसे जहाज नाटकीय रूप से अंतरिक्ष अन्वेषण के अर्थशास्त्र को बदल रहे हैं। आरएससी एनर्जिया विशेषज्ञों की गणना के अनुसार, परमाणु-चालित प्रक्षेपण यान तरल-प्रणोदक रॉकेट इंजनों की तुलना में पेलोड को एक परिधि कक्षा में लॉन्च करने की लागत में दो गुना से अधिक की कमी प्रदान करता है। तीसरा, ये नई सामग्री और प्रौद्योगिकियां हैं जो इस परियोजना के कार्यान्वयन के दौरान बनाई जाएंगी और फिर अन्य उद्योगों - धातु विज्ञान, मैकेनिकल इंजीनियरिंग, आदि में शुरू की जाएंगी। यही है, यह ऐसी सफल परियोजनाओं में से एक है जो वास्तव में रूसी और विश्व दोनों अर्थव्यवस्थाओं को आगे बढ़ा सकती है।