Мы в социальных сетях

Политика

The Conversation: грядет эра космических полетов с новыми ракетными двигателями

Опубликовано

/

0

Специалист по космосу Гарет Дорриан и физик Ноттингем Трент рассказали о четырех перспективных направлениях разработки ракетных двигателей для космических кораблей.

Агентство перспективных исследовательских проектов американского Минобороны (Darpa) заказало трем компаниям – Lockheed Martin, Blue Origin и General Atomics – разработку тепловых ракетных двигателей ядерного деления под применение на лунной орбите. Тем не менее, вариантов развития космических двигателей несколько.

Химические ракетные двигатели

Стандартным средством движения космических кораблей сейчас являются химические ракетные двигателя. Известно два главных типа: твердотопливные (к примеру, твердотопливные ракетные ускорители на космических шаттлах) и жидкие (к примеру, у Saturn V).

В обоих вариантах химическая реакция используется для формирования внутри камеры сгорания раскаленного газа под значительным давлением. Единственным выходом для такого газа является сопло двигателя, покинув которое газовый поток расширяется и обеспечивает тягу.

Для химической реакции необходимо топливо, например, сжиженный водород или истертый в порошок алюминий, а еще окислитель (агент для химических реакций), это может быть кислород. Есть много других переменных, также определяющих эффективность деятельности ракетного двигателя. Задачей ученых и инженеров всегда является получение от определенной конструкции двигателя больше тяги и топливной эффективности.

Не так давно компания SpaceX начала последовательные испытания полета пусковой ступени Starship с полнопоточным двигателем ступенчатого сгорания (FFSC) Raptor, использующих метан (топливо) и кислород (окислитель). Русские уже испытывали подобные конструкции в 1960-х, а НАСА – в 2000-х, однако подъема в космос на них еще не было. Эти двигатели более экономичны и обеспечивают более высокую тягу, чем традиционные конструкции.

Ракетный двигатель на тепловых нейтронах

Ядро атома формируют субатомные частицы, именуемые протонами и нейтронами. Масса элемента зависит именно от них – чем больше протонов-нейтронов, тем тяжелее элемент. Для некоторых атомных ядер характерна нестабильность и бомбардируя нейтронами их можно разделить на несколько более мелких ядер. В процессе ядерного деления высвобождает огромное количество энергии. Распадаясь ядра выделяют большое число нейтронов, в свою очередь расщепляющих множество атомов (цепная реакция).

The Conversation: грядет эра космических полетов с новыми ракетными двигателями

При активации процесса в тепловой ракете с ядерным делением пропеллент [с лат. толкающий], такой как водород, разогревается до значительных температур и создает внутри камеры реактора газовую среду под высоким давлением. Как и в случае с химическими ракетами, разогретый газ может выйти только через сопло ракеты, давая тягу.

Для подъема грузов с Земли в космическое пространство ракеты с ядерным делением малопригодны, поскольку практически не дают необходимой тяги. А вот в космосе они будут значительно эффективнее химических ракет – с заданной массой топлива такие двигатели способны разогнать космический корабль до более значительных скоростей.

Ионный двигатель

Популярные в научной фантастике ионные двигатели обеспечивают генерацию заряженных частиц (ионизация), ускоряя их электрическими полями, а затем выбрасывают через сопло. Пропеллентом служит особый газ (к примеру, ксенон) –  тяжелый элемент, достаточно просто заряжаемый электротоком.

The Conversation: грядет эра космических полетов с новыми ракетными двигателями

Когда заряженные атомы ксенона выходят из двигателя с ускорением, они придают космическому кораблю относительно небольшой импульс, обеспечивая плавную тягу. Поэтому ионные двигатели чаще применяются для задания ориентации (изменение направления, в котором смотрит космический корабль). Питание современных ионных двигателей происходит от солнечных батарей, что позволяет расходовать очень мало топлива.

Солнечные паруса

Их принцип базируется на физическом явлении сохранения количества движения [закон Декарта]. На Земле мы обычно рассматриваем этот импульс, как производимое частицами воздуха динамическое давление с надуванием полотна паруса, толкающего судно вперед. Солнечный свет состоит из фотонов, не имеющих массы, но обладающих импульсом движения и способных передать его парусу. Однако энергия каждого фотона очень мала и для достаточного ускорения необходим чрезвычайно большой парус.

The Conversation: грядет эра космических полетов с новыми ракетными двигателями

Прирост скорости прямо зависит от удаленности корабля по отношению к Солнцу. На Земле солнечные фотоны дают мощность порядка 1,3 кВт на квадратный метр. Если сделать солнечный парус площадью с футбольное поле, то его мощность составит 9,3 МВт – ускорение было бы слишком слабым даже для перемещения объекта малой массы.

Одним из способов наращивания эффективности солнечного паруса с одновременным уменьшением его площади является использование лазерных лучей. Лазеры производят высокоинтенсивные пучки фотонов, их достаточно направить на парус и получить более высокое ускорение. Но лазерные установки следует поместить на околоземную орбиту, иначе атмосфера сильно ослабит их интенсивность.

Политика

Раскрыты планы Запада по новым обвинениям против России

Несмотря на то, что в отношениях между Западом и Россией наметилось определённое «облегчение», некоторые западные страны по-прежнему хотят обвинить Москву в ряде нарушений. В частности, такими планами поделился с изданием […]

Читать дальше

Политика

Трамп заявил об ущербном положении США без уважения России

Бывший президент США заявил о том, что страна оказалась в ущербном положении, лишившись уважения России. Он отметил, что в период его нахождения во главе Белого дома в стране было значительно […]

Читать дальше

Политика

Россия не допустит вступления Украины в НАТО

Как сообщает источник в Генштабе Минобороны РФ, Россия не может допустить захвата Беларуси, а также вступления Украины в Североатлантический альянс, причем в качестве подобного примера можно привести США, которые не […]

Читать дальше

Популярное