Новый двигатель космический: Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Новости

Новости

Искать по названию:

Международное сотрудничество

Молодежная политика

Наука

Наука и образование

Новости Министерства

Образование

Искать по дате:

2020

2021

2022

сбросить фильтр

29

сентября

В Крыму завершился Летний многопрофильный университет «Россия — Африка»

Врачи из африканских стран успешно прошли курсы повышения квалификации в Крымском федеральном университете (КФУ) им. В. И. Вернадского в рамках Летнего многопрофильного университета «Россия — Африка». Проект был запущен участниками консорциума РАФУ (Российско-Африканский сетевой университет) при поддержке Минобрнауки России.

Международное сотрудничество

29

сентября

В Москве прошло 35-е заседание Совета Международной ассоциации академий наук

26–28 сентября на базе Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и Московского государственного университета (МГУ) им. М. В. Ломоносова проведено 35-е заседание Совета Международной ассоциации академий наук (МААН) под председательством Национальной академии наук Республики Беларусь и при активной поддержке Российской академии наук (РАН).

Международное сотрудничество

29

сентября

Ученые построили таблицу Менделеева для систематизации элементов генетического кода

Российские исследователи создали таблицу генетического кода, взяв за основу периодическую систему химических элементов Дмитрия Менделеева. Разработка позволит конструировать новые типы биополимеров (высокомолекулярных веществ, входящих в состав живых организмов), например белков с заданными свойствами, которые будут востребованы в технике, фармакологии и других отраслях экономики. Работа выполнена специалистами подведомственного Минобрнауки России Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (СПбГЭТУ) «ЛЭТИ».

Наука

29

сентября

Глава Минобрнауки России вошел в состав организационного комитета по проведению Года педагога и наставника

Председатель Правительства РФ Михаил Мишустин утвердил состав организационного комитета по проведению Года педагога и наставника. В комитет вошел глава Минобрнауки России Валерий Фальков.

Новости Министерства

29

сентября

Проект закона Минобрнауки России о запрете краткосрочных контрактов в вузах внесен в Правительство Российской Федерации

В случае принятия законопроекта вузы будут обязаны оформлять трудовые договоры с преподавателями либо на неопределенный срок, либо на срок избрания на должность. Соответствующие изменения в Трудовой кодекс, разработанные Минобрнауки России, направленны на защиту прав работников высшей школы.

Новости Министерства

29

сентября

Осталось пять дней до конца подачи заявок на VIII Всероссийскую премию «За верность науке»

Прием заявок на VIII Всероссийскую премию «За верность науке» проходит на сайте до 3 октября включительно. Победители получат денежные призы, а также специальные призы от партнеров конкурса: путешествие на атомном ледоколе, поездку на один из российских космодромов или экскурсию на вертолетный завод в Казани. Премия проводится в рамках объявленного Президентом России Владимиром Путиным Десятилетия науки и технологий.

Новости Министерства

29

сентября

Коллектив ученых из стран БРИКС разрабатывает съедобную экологичную пленку, которая продлит срок годности продуктов

К созданию инновационной упаковки для продуктов — биоразлагаемой пленки из органических отходов — приступил коллектив ученых из России, Бразилии, Индии и ЮАР. Поддержанная грантом Минобрнауки России разработка направлена на защиту еды от воздействия патогенных микроорганизмов, послужит индикатором свежести пищи и снизит уровень загрязнения окружающей среды.

Международное сотрудничество

29

сентября

Изучение метеорита из Африки раскрыло подробности богатой событиями эволюции астероидов

В пустыне Сахара был обнаружен каменный метеорит весом всего 4,5 г. Оказалось, что он образовался при плавлении вещества L-хондритового астероида 470 млн лет назад в результате катастрофического столкновения с другим крупным астероидом главного пояса. Это событие было настолько крупномасштабным, что многие обломки, выброшенные с астероида при ударе, достигли Земли и были захоронены в осадочных породах ордовикского периода, в которых обнаруживаются до сих пор. Исследование метеорита показало, что после этого события родительский астероид сталкивался с небольшими телами еще несколько раз, включая столкновение с ледяным астероидом или кометой.

Наука

29

сентября

Томский ученый создал уникальный 3D эндопротез плечевого сустава с противовоспалительными и противоопухолевыми свойствами

Имплантат плечевого сустава с модифицированной поверхностью разработал ученый НИИ онкологии подведомственного Минобрнауки России Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наук (НИМЦ), кандидат медицинских наук Илья Анисеня совместно с компаниями-партнерами. Уникальный эндопротез из биосовместимого титанового сплава надежно крепится и сохраняет подвижность сустава, предотвращая вывихи. Операции по его установке проводятся в клинике медицинского центра.

Наука

Ростех испытал «взрывной» двигатель для орбитальных самолётов будущего

09 апреля 2021
12:03

Анатолий Глянцев

Новый двигатель может поднять над Землёй орбитальные самолёты.

Фото Pixabay.

Новый двигатель может обеспечить прорыв в космической технике.

Иллюстрация «Ростех».

Российские инженеры испытали двигатель, который может приводить в движение самые разные летательные аппараты будущего, от гиперзвуковых ракет до орбитальных самолётов.

Российские инженеры испытали демонстрационный вариант двигателя, который может приводить в движение самые разные летательные аппараты будущего, от гиперзвуковых ракет до орбитальных самолётов. Новая установка значительно эффективнее традиционных реактивных двигателей, как ракетных, так и авиационных.

О пульсирующих, или импульсных, детонационных двигателях заговорили ещё в середине XX века. Основная идея такого подхода проста: смесь горючего и окислителя не горит, как в традиционных двигателях, а взрывается.

Для этого в камеру сгорания подаётся скромная порция этой смеси, после чего происходит небольшой и безопасный для аппарата взрыв. В двигатель сразу же поступает новая порция смеси, которая детонирует от предыдущей взрывной волны, и так далее. Получается непрерывный «фейерверк».

Волны от всех этих взрывов вырываются из сопла и создают реактивную струю. Она летит сквозь пространство со сверхзвуковой или даже гиперзвуковой скоростью. Этим подобный двигатель выгодно отличается от традиционных систем, создающих дозвуковую реактивную струю.

Напомним, что чем выше скорость «выхлопа», тем больше тяга двигателя в пересчёте на килограмм топлива.

Однако только в теории всё выглядит так гладко. А на практике детонация – куда менее стабильный и предсказуемый процесс, чем привычное горение, и научиться ею управлять непросто. Вот почему импульсные детонационные двигатели за более чем полвека исследований так и не дошли до стадии серийного производства.

Новый двигатель может обеспечить прорыв в космической технике.

Иллюстрация "Ростех".

Но теперь, похоже, момент внедрения подобных систем стал значительно ближе. Объединенная двигателестроительная корпорация, входящая в «Ростех», завершила первый этап испытаний демонстрационной версии такого двигателя.

Система продемонстрировала все требуемые показатели, сообщает «Ростех». На отдельных режимах работы тяга двигателя в пересчёте на килограмм топлива была в 1,5 раза выше, чем у традиционных установок.

В перспективе подобные двигатели помогут в 1,3–1,5 раза увеличить скорость и массу полезной нагрузки летательных аппаратов. Повысится и их маневренность.

Это позволит реализовать самые смелые идеи, от гиперзвуковых ракет до «космических самолётов», способных летать как в атмосфере Земли, так и в ближнем космосе.

Разработчики подчёркивают, что в новом двигателе используются многие технологии, отработанные на его более традиционных аналогах. Это удешевит производство новой системы и сделает его экономически выгодным.

К слову, ранее мы рассказывали об испытаниях ещё одной разновидности подобного двигателя.

Больше новостей из мира науки и технологий вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

наука
космос
техника
космонавтика
двигатели
общество
новости
Россия

Ранее по теме

• Путин: космодром Восточный должен стать местом притяжения туристов

• В регионах телебашни включат подсветку в честь Дня космонавтики

• Рогозин назвал Россию великой космической державой

• Россиян поздравили с Днем космонавтики с МКС

• На фасаде здания российского посольства в Мадриде появился портрет Гагарина

• «Циолковский» объединил самых разных режиссеров

Британцы занялись разработкой гибридного ракетного двигателя

Технологии
Космос

10:23
21 Сен. 2016

Сложность
4.8

SABRE

Reaction Engines

Британская компания Reaction Engines занялась разработкой относительно компактного гиперзвукового реактивного двигателя для ракет, который будет эффективно работать как в атмосфере, так и в вакууме. При этом, как пишет Aviation Week, силовая установка сможет функционировать без сбоев во всех диапазонах скоростей, начиная дозвуковым и заканчивая гиперзвуковым. Новая установка будет собираться по гибридной схеме, совмещая в себе преимущества атмосферного реактивного и ракетного двигателей, и ее можно будет использовать повторно.

Сегодня ракеты-носители в зависимости от класса имеют несколько ступеней, двигатели каждой из которых работают на строго определенном участке полета. При этом все двигатели являются ракетными, то есть и горючее, и окислитель для их работы подаются из баков в самих ступенях ракеты. Такая конструкция проверена десятилетиями, однако имеет несколько недостатков. В их числе, например, — относительно небольшой забрасываемый вес ракеты-носителя при ее существенных габаритах.

Новый гибридный гиперзвуковой реактивный двигатель позволит сделать ракеты-носители компактнее. Установка получила название SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine, синергичный атмосферный ракетный двигатель). Общие ее габариты будут соответствовать габаритам турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой F135, устанавливаемого на американские истребители F-35 Lightning II. Его длина составляет 5,6 метра, а диаметр — 1,2 метра.

Предполагается, что двигатель получит универсальные камеру сгорания и сопло, по конструкции во многом схожие с подобными элементами обычного ракетного двигателя. На старте и при разгоне SABRE будет работать как обычный прямоточный реактивный двигатель, используя для сжигания топлива воздух. Этот воздух будет подаваться в газогенератор по обводным воздухозаборникам, идущим вокруг системы подачи топлива и окислителя. При достижении скорости в пять чисел Маха (6,2 тысячи километров в час) двигатель будет переходить в ракетный режим.

Гелиевая система охлаждения SABRE

Reaction Engines

Поделиться

В ракетном режиме полета воздухозаборники силовой установки будут перекрываться, а в воздуховоды будет небольшими порциями подаваться жидкий кислород. В качестве топлива для двигателя планируется использовать жидкий водород. Для эффективной работы двигателя на скоростях до пяти чисел Маха потребуется охлаждение поступающего воздуха с более чем одной тысячи градусов Цельсия до -150 градусов Цельсия. Дело в том, что по мере увеличения скорости полета воздушный поток в воздухозаборнике начнет резко тормозиться, сжиматься и нагреваться.

Для охлаждения поступающего воздуха Reaction Engines уже разработали соответствующую систему. Она представляет собой сеть трубок диаметром один миллиметр и общей протяженностью около двух тысяч километров. Толщина стенки одной трубки составляет 20 микрон. Сеть этих трубок будет покрывать внешнюю стенку воздуховодов. В сами трубки под давлением в 200 бар (197 атмосфер) будет подаваться гелий, выполняющий роль теплоносителя. По расчетам разработчиков, система позволит охлаждать поступающий воздух за 1/100 секунды.

На первом этапе разработки британская компания планирует создать гибридный двигатель — демонстратор технологий. В атмосферном режиме он сможет развивать тягу до 196 килоньютонов. При этом полноценная силовая установка в этом режиме будет выдавать уже 667 килоньютонов. Для сравнения, двигатель F135 способен развивать тягу в 191 килоньютон в режиме форсажа. Первые испытания демонстратора технологий планируется провести через 12–15 месяцев, а полноценной силовой установки — в 2020–2021 годах.

SABRE позволит создавать одноступенчатые ракеты-носители, причем силовую установку, в отличие от обычных ракетных двигателей, можно будет использовать повторно. По оценке британской компании, гибридный гиперзвуковой двигатель будет иметь несколько преимуществ. Во-первых, он упростит конструкцию ракет-носителей. Во-вторых, повторное его использование позволит сделать запуски грузов в космос дешевле. Наконец, потребление топлива новой силовой установкой будет значительно меньше, чем у обычных ракетных двигателей.

В настоящее время многие страны занимаются разработкой новых силовых установок для ракет-носителей. Так, в конце августа текущего года индийская Организация космических исследований провела первые успешные испытания гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Такие силовые установки индийцы планируют устанавливать на ракеты-носители, что позволит отказаться от части запаса жидкого окислителя, а значит, сделать массу ракеты меньше. Это в свою очередь позволит несколько увеличить забрасываемый вес.

Василий Сычёв

Харьковский двигатель для Маска? Такого в космосе еще нет

В Харькове создали первый украинский ионно-плазменный двигатель, который «побьет» аналоги

Более двух лет в Харькове ученые из Национального аэрокосмического университета им. Жуковского «Харьковский авиационный институт» совместно с акционерным обществом FED создавали ионно-плазменный двигатель, который по своим характеристикам превзойдет существующие. Однако, говорят разработчики, этому предшествовали десятилетия теоретических наработок вуза. А пока опытный образец, «сердце» для спутников и космических кораблей, испытывают в не менее уникальной для страны лаборатории.

ТАКОГО В КОСМОСЕ ЕЩЕ НЕТ

В лаборатории плазменных двигателей Национального аэрокосмического университета им. Жуковского совместное изобретение вуза и частной компании на данный момент испытывают. На вопрос, те ли это самые чудо-двигатели на столе, ученые, кивая, шутят, что любят плазму не меньше жен, а свою разработку лелеяли, словно сад, – десятилетиями.

В лаборатории действительно не один ионно-плазменный двигатель, предназначенный для спутников разной массы и энергомощности, но «самый главный» – с мая в вакуумной камере, в которой имитируются условия космического пространства.

Руководитель лаборатории Андрей Лоян уверяет: в этом помещении собрано абсолютно все, что необходимо для исследования плазменных двигателей.

Андрей Лоян

В вакуумной камере, объясняет ученый, с опытным образцом делают все то, что с ним может произойти от момента установки на космический аппарат и до того времени, когда истечет срок эксплуатации двигателя.

«Это и ударные нагрузки при перевозке, и ударные нагрузки во время запуска, влияние околоземной плазмы, влияние вакуумного пространства, влияние ионного пучка во время самой работы. Проходит полный цикл тепловых, термовакуумных испытаний — абсолютно весь комплекс. Аппараты, на которые ставится двигатель – очень дорогая техника, и она должна иметь наивысший уровень надежности. Поэтому проверка тщательная. Испытания, собственно, стоят дороже, чем сам двигатель», – говорит Лоян.

Именно в этом и заключалась основная сложность для вуза – найти финансирование. Ресурс работы двигателя должен быть 15-17 тысяч часов, это полтора-два года непрерывной работы, а через год испытаний в изделии можно найти какой-то недостаток, который необходимо устранить, а затем повторить весь цикл испытаний сначала.

Каждый из двигателей находится на разном этапе испытаний. Двигатель, сделанный совместно с АО FED, Лоян называет «малышом, который только научился ходить». «Но очень хорошо ходить! И даже «говорить», – смеется ученый. – Те методики, которые у нас на сегодня есть, могут существенно сократить время испытаний. Речь идет не об одном ноу-хау, которое я пока не могу раскрыть – до защиты докторской по этой теме», – говорит Лоян.

Также ученый отмечает: для того, чтобы удалось сделать за 2-3 года такой двигатель, необходимо было в течение 20 лет заниматься исследованиями, а до этого – подготовить специалистов для проведения этих исследований. «Весь этот процесс начался еще в середине 1950-х, и только сейчас мы имеем первый ионно-плазменный двигатель, который спроектирован, сделан и испытывается в Украине. В нашем изделии применены ноу-хау, которые на сегодня не доступны нашим конкурентам. Это и MSL-преобразование координат, центрально-размещенный катод, высокий градиент магнитного поля, и это далеко не все, что дает существенное улучшение параметров тяги, КПД и ресурса. У нашего двигателя, однозначно, вдвое больший ресурс, чем у любого существующего на планете. Уникальный. Такого двигателя в космосе еще нет», – заявляет Лоян.

Поддерживает ученого коллега из FED. «Двигатель впервые запустили в мае 2020 года, с тех пор он испытывается. Наработано более 100 часов, и все параметры у него не то что успешные – рекордные», – говорит заместитель главного конструктора по специальным изделиям АО «ФЭД» Александр Бочкарев.

СДЕЛАТЬ 50 ДВИГАТЕЛЕЙ В ГОД

Разработанный двигатель может работать и на 3, и на 5 кВт, в будущем – это две отдельные линейки продукции.

Ректор Национального аэрокосмического университета им. Жуковского Николай Нечипорук подтверждает, что Украина уже давно могла бы продавать свои ионно-плазменные двигатели, но получить такое финансирование от государства на перспективную разработку – нереально.

«У нас уникальный комплекс оборудования, сформирована мощная научная школа, но денег на изготовление двигателя у университета, конечно же, нет. Только коммерциализация за счет частной компании позволила реализовать разработку», – отмечает Нечипорук.

Харьковский двигатель можно установить на любую космическую технику. Его назначение — коррекция орбиты, ориентация спутника, а еще двигатель можно использовать как маршевый – для дальних миссий на планеты или астероиды.

Виктор Попов

Председатель правления АО «ФЭД» Виктор Попов отмечает, что техническое задание на разработку двигателя предприятие получило, работая с Европейским космическим агентством. В совместный с «ХАИ» проект компания вложила уже более 6 миллионов долларов. «Это и конструкторская разработка, и работа технологов, и закупка и создание специального оборудования. На сегодня наша компания потратила более 6 миллионов долларов в течение 2,5 года. И основные инвестиции, безусловно, нас еще ждут впереди, поскольку нам необходимо пройти еще некоторые испытания. А аппаратуры для полного цикла испытаний, к сожалению, в Украине просто нет, а в Европе такое оборудование будет стоить нам 10-15 миллионов евро. Поэтому сегодня мы работаем с инженерами, учеными института, чтобы усовершенствовать имеющееся у них оборудование и провести полные испытания двигателя в Харькове. Рассчитываем, что это будет стоить еще около 5 миллионов долларов», – говорит Попов.

По его прогнозу, испытания закончатся в 2022 году. К тому времени, уверен Попов, у компании уже будут реальные покупатели. Маркетинговая служба над этим уже работает. На сегодня больше всего заинтересовались харьковской разработкой Китай, Турция, Германия. И, конечно же, FED хочет продавать свою продукцию Илону Маску. На данный момент компания, согласно американским «правилам игры», регистрируется на специальной платформе NASA, чтобы иметь возможность предложить двигатели в США.

«Маск трудится над программой создания 12 тысяч спутников для обеспечения устойчивой связи в любой точке мира. В зависимости от мощности спутника, на нем может быть от 4 до 20 таких двигателей. Представьте, какой это рынок, а страны, которые производят нужную ему продукцию, можно пересчитать на пальцах. Поэтому у нас хорошие шансы», – улыбается Попов.

Он уверяет, что FED готов к полному циклу изготовления двигателей: сначала до 50 штук в год, а в перспективе – и 100.

Справка. FED – одно из ведущих частных предприятий Украины, которое специализируется на разработке, производстве, сервисном обслуживании и ремонте агрегатов авиационного, космического и общемашиностроительного назначения. Системы управления полетом производства компании FED имеют ключевое значение для организации безопасности самолетов и вертолетов. Около 90% произведенной продукции экспортируется. Компания работает на рынках Китая, Южной Кореи, Канады, Турции, стран Европы.

Национальный аэрокосмический университет им. Жуковского «Харьковский авиационный институт», основанный в 1930 году, выпускает специалистов в области разработки и производства авиационной и космической техники. История вуза тесно связана с развитием авиационной техники и науки в Советском Союзе. Самолеты, разрабатывавшиеся в конструкторском бюро «ХАИ», изготавливались серийно на авиационных заводах.

Юлия Байрачная, Харьков

Фото Вячеслава Мадиевского

Ионный двигатель в ссср. Технологии: фотонный и ионный двигатели

Проблема перемещения в космосе стоит перед человечеством с момента начала орбитальных полетов. Ракета взлетая с земли расходует практически все свое топливо, плюс заряды ускорителей и ступеней. И если ракету еще можно оторвать от земли, заправив её огромным количеством топлива, на космодроме, то в открытом космосе заправляться попросту негде и нечем. А ведь после выхода на орбиту нужно двигаться дальше. А топлива нет.

И в этом то и состоит основная проблема современной космонавтики. Выбросить на орбиту корабль с запасом топлива до луны еще можно, под эту теорию строятся планы создать на луне базу дозаправки «дальнобойных» космических кораблей, летящих например на Марс. Но это все слишком сложно.

А решение проблемы было создано очень давно, еще в 1955 году, когда Алексей Иванович Морозов опубликовал статью «Об ускорении плазмы магнитным полем». В ней он описывал концепцию принципиально нового космического двигателя.

Устройство ионно плазменного двигателя

Принцип действия плазменного двигателя
состоит в том, что рабочим телом выступает не сгорающее топливо, как в реактивных двигателях, а разогнанный магнитным полем до безумных скоростей поток ионов.

Источником ионов служит газ, как правило это аргон или водород, бак с газом стоит в самом начале двигателя, оттуда газ подается в отсек ионизации, получается холодная плазма, которая разогревается в следующем отсеке посредством ионного циклотронного резонансного нагрева. После нагрева, высокоэнергетическая плазма подается в магнитное сопло, где она формируется в поток посредством магнитного поля, разгоняется и выбрасывается в окружающую среду. Таки образом достигается тяга.

С тех пор плазменные двигатели прошли большой путь и разделились на несколько основных типов, это электротермические двигатели, электростатические двигатели, сильноточные или магнитодинамические двигатели и импульсные двигатели.

В свою очередь электростатические двигатели делятся на ионные и плазменные (ускорители частиц на квазинейтральной плазме).

В данной статье мы напишем про современные ионные двигатели
и их перспективные разработки, так как на наш взгляд именно за ними будущее космического флота.

Ионный двигатель использует в качестве топлива ксенон или ртуть. Первый ионный двигатель назывался сетчатый электростатический ионный двигатель.

Принцип его действия таков:

В ионизатор подается
ксенон
, который сам по себе нейтрален, но при бомбардировании высокоэнергетическими электронами ионизируется. Таким образом в камере образуется смесь из положительных ионов и отрицательных электронов. Для «отфильтровывания» электронов в камеру выводится трубка с катодными сетками, которая притягивает к себе электроны.

Положительные же ионы притягиваются к системе извлечения, состоящей из 2 или 3 сеток. Между сетками поддерживается большая разница электростатических потенциалов (+1090 вольт на внутренней против — 225 на внешней). В результате попадания ионов между сетками, они разгоняются и выбрасываются в пространство, ускоряя корабль, согласно третьему закону Ньютона.

Российские ионные двигатели. На всех хорошо видны катодные трубки, направленные в сторону сопла

Электроны, пойманные в катодную трубку выбрасываются из двигателя под небольшим углом к соплу и потоку ионов. Это делается по двум причинам:

Во первых чтобы корпус корабля оставался нейтрально заряженным, а во вторых чтобы ионы «нейтрализованные» таким образом не притягивались обратно к кораблю.

Чтобы ионный двигатель работал нужны всего две вещи — газ и электричество. С первым все просто отлично, двигателю американского межпланетного аппарата Dawn, который стартовал осенью 2007-го, для полета в течении почти 6 лет потребуется всего 425 килограммов ксенона. Для сравнения для корректировки орбиты МКС с помощью обычных ракетных двигателей каждый год затрачивается 7,5 тонн горючего.

Одно плохо — ионные двигатели имеют очень небольшую тягу, порядка 50-100 миллиньютонов, что абсолютно недостаточно при перемещении в атмосфере Земли. Но в космосе, где нет практически никаких сопротивлений, ионный двигатель при длительном разгоне может достигнуть значительных скоростей. Общее приращение скорости за всё время миссии Dawn составит порядка 10 километров в секунду.

Тест ионного двигателя для корабля Deep Space

Недавние испытания проведенные американской компанией Ad Astra Rocket, проведенные в вакуумной камере показали, что их новый Магнитоплазменный двигатель с переменным удельным импульсом” (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) VASIMR VX-200может дать тягу уже в 5 ньютонов.

Второй вопрос — электричество. Тот же VX-200 потребляет 201 кВт энергии. Солнечных батарей такому двигателю просто мало. Следовательно необходимо изобретать новые способы получения энергии в космосе. Тут есть два пути — заправляемые батареи например тритиевые, выводимые на орбиту вместе с кораблем, либо автономный атомный реактор, который и будет питать кораблю на протяжении всего полета.

Еще в 2006 году Европейское космическое агентство (European Space Agency) и Австралийский национальный университет (Australian National University) успешно провели испытания нового поколения космических ионных двигателей, достигнув рекордных показателей.

Двигатели, в которых заряженные частицы ускоряются в электрическом поле — давно известны. Они применяются для ориентации, коррекции орбиты на некоторых спутниках и межпланетных аппаратах, а в ряде космических проектов (как уже осуществившихся, так и только задуманных — читайте , и ) — даже в качестве маршевых.

С ними специалисты связывают дальнейшее освоение Солнечной системы. И хотя все разновидности так называемых электроракетных двигателей сильно уступают химическим в максимальной тяге (граммы против килограммов и тонн), зато кардинально превосходят их в экономичности (расходе топлива на каждый грамм тяги за секунду). А эта экономичность (удельный импульс) прямо пропорционально зависит от скорости выбрасываемой реактивной струи.

Так вот, в опытном двигателе, названном «Двухступенчатый с четырьмя решётками» (Dual-Stage 4-Grid — DS4G), построенном по контракту ESA в Австралии, скорость эта достигла рекордных 210 километров в секунду.

Это, к примеру, раз в 60 выше, чем скорость выхлопа у хороших химических двигателей, и в 4-10 раз больше, чем у прежних «ионников».

Как ясно из названия разработки, такая скорость достигнута двухступенчатым процессом разгона ионов при помощи четырёх последовательных решёток (вместо традиционных одной стадии и трёх решёток), а также высоким напряжением — 30 киловольт. Кроме того, расхождение выходного реактивного пучка составило всего 3 градуса, против примерно 15 градусов — у прежних систем.

А вот информация последних дней.

Ионный двигатель (ИД) работает просто: газ из бака (ксенон, аргон и пр.) ионизируется и разгоняется электростатическим полем. Поскольку масса иона мала, а заряд он может получить значительный, ионы вылетают из двигателя со скоростями до 210 км/с. Химические двигатели могут достичь… нет, ни чего-то подобного, а всего лишь в двадцать раз меньшей скорости истечения продуктов сгорания лишь в исключительных случаях. Соответственно, расход газа в сравнении с расходом химического топлива крайне мал.

Именно поэтому на ИД полностью или частично работали и работают такие «дальнобойные» зонды, как Hayabusa , Deep Space One и Dawn . И если вы собираетесь не просто по инерции лететь до далёких небесных тел, но и активно маневрировать близ них, то без таких двигателей не обойтись.

В 2014 году ионные двигатели справляют полувековой юбилей в космосе. Всё это время проблему эрозии не удавалось решить даже в первом приближении. (Здесь и ниже илл. NASA, Wikimedia Commons.)

Как и всё хорошее, ИД любит, чтобы его питали: на один ньютон тяги нужно до 25 кВт энергии. Представим, что нам поручили запустить 100-тонный космический корабль к Плутону (вы уж простите нас за мечтательность!). В идеале даже для Юпитера нам потребуется 1 000 ньютонов тяги и 10 месяцев, а до Нептуна на той же тяге — полтора года. В общем, давайте про Плутоны всё-таки не будем, а то грустно как-то…

Ну а чтобы получить эти пока умозрительные 1 000 ньютонов, нам потребуется 25 мегаватт. В принципе, ничего технически невозможного — 100-тонный корабль мог бы принять атомный реактор. Кстати, в настоящее время НАСА и Министерство энергетики США работают над проектом Fission Surface Power . Правда, речь идёт о базах на Луне и Марсе, а не о кораблях. Но масса реактора не так уж высока — всего пять тонн, при размерах в 3×3×7 м…

Ну ладно, помечтали и хватит, скажете вы, и тут же вспомните частушку, якобы придуманную Львом Толстым во время Крымской войны. В конце концов, такой большой поток ионов, проходящий через двигатель (а это ключевое препятствие), вызовет его эрозию, и значительно быстрее, чем за десять месяцев или полтора года. Причём это не проблема выбора конструкционного материала — благо разрушаться в таких условиях будут и титан, и алмаз, — а неотъемлемая часть конструкции ионного двигателя per se.

Подготовлено по материалам Gizmag . и http://lab-37.com

А вы в курсе что в России активно
работает над ядерным двигателем для ракет
или например о том,
что скоро может появится

Огромный электроракетный двигатель с рекордными характеристиками прошёл наземный тест под нагрузкой, превышающей номинал. Новичок совмещает приличную тягу с экономичностью. А это позволяет надеяться на новый виток в развитии космической отрасли.

Ионный двигатель хорошо известен нам из научно-фантастических романов. Принцип его работы заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. Ионы дают гораздо меньшую тягу, чем химическое топливо, так что такой двигатель не сможет придать ракете даже первую космическую скорость. Но если запустить его в космосе, то он может работать буквально годами напролёт, разгоняя корабль до невиданных скоростей.

В некоторых космических миссиях уже применялись такие двигатели, в том числе в японском корабле «Хаябуса» (2005 год, полёт к астероиду Итокава), а также в американском корабле «Доун», который стартовал в сентябре 2007 года к астероидам Веста и Церера.

Но новая модель двигателя под названием VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) будет в сотни раз мощнее прежних ионных двигателей за счёт использования в процессе разгона ионов аргона не стандартных металлических решёток, а радиочастотного генератора, который не вступает с газом в физический контакт, как решётки.

Ad Astra Rocket Company провела испытания самого мощного на сегодняшний день плазменного ракетного двигателя. VASIMR VX-200 (о котором мы не так давнорассказывали) работал на 201 кВт в вакуумной камере, впервые преодолев отметку в 200 кВт. Тест также подтвердил, что маломасштабный прототип VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket – электромагнитный ускоритель с изменяемым удельным импульсом) способен функционировать на полной мощности. “Это самая мощная плазменная ракета в мире сегодня”, – говорит бывший астронавт и главный исполнительный директор Ad Astra Франклин Ченг-Диаз (Franklin Chang-Diaz).

Компания заключила соглашение с NASA на проведение проверки работоспособности двигателя на Международной космической станции (МКС) в 2013 году. Он будет производить периодические “подталкивания” станции, которая постоянно снижается из-за взаимодействия с атмосферой. В настоящее время такие операции выполняются двигателями малой тяги кораблей, потребляющими около 7,5 тонн ракетного топлива в год. Ченг-Диаз утверждает, что снизив это количество до 0,3 т, VASIMR сэкономит NASA миллионы ежегодно.

Но у Ad Astra есть и более амбициозные планы. Например, миссии на Марс на высокой скорости. 10-МВт или 20-МВт модификация VASIMR сможет доставить людей на красную планету за 39 дней, тогда как у обычных ракет на это уйдёт полгода, если не больше. Чем короче путешествие, тем меньше астронавты будут подвергаться действию космической радиации, являющейся существенным препятствием.

Инновационный двигатель также можно приспособить для большего груза в роботизированных миссиях, хотя скорость полёта снизится. Ченг-Диаз трудился над разработкой концепции VASIMR с 1979 года – задолго до основания бизнеса в 2005 году. Технология подразумевает использование радиоволн для нагревания газов (водорода, аргона, неона), чтобы сформировать высокотемпературную плазму. Магнитные поля выталкивают её из двигателя, благодаря чему создаётся реактивная тяга. Как следствие высокой скорости, которая достигается беспрерывным процессом её наращивания, требуется намного меньше топлива, чем для обычных двигателей. Вдобавок, в конструкции VASIMR нет физического контакта электродов с плазмой, а значит продлевается срок эксплуатации.

Как работает VASIMR в тестовой камере, можно увидеть в этом ролике. Правда, он относится к давнему испытанию, во время которого аппарат потреблял только 179 киловатт. Из них 30 кВт использовались в первой части двигателя для создания плазмы, а 149 — на разогрев и разгон её во второй камере.

Стоит вспомнить американский межпланетный аппарат Dawn, который стартовал осенью 2007-го (к своей первой цели, Весте, он прибудет в 2011 году). Для разгона к поясу астероидов Dawn использует три ионных двигателя, каждый из которых развивает максимальную тягу в 90 миллиньютонов.

“Это идентично весу одного листка из блокнота”, — образно поясняет NASA. В чём, спрашивается, смысл? Дело в том, что “ионники” примерно в 10 раз эффективнее химических ракетных двигателей. В частности, удельный импульс устройств, стоящих на Dawn, составляет 3100 секунд.

Потому 425 килограммов рабочего тела (ксенона) им хватит на 2100 дней работы. Пусть ускорение Dawn невозможно заметить глазу, но общее приращение скорости за всё время миссии составит порядка 10 километров в секунду.

И сам аппарат получился сравнительно лёгким (тонна с четвертью). Потому для его старта с Земли понадобилась ракета меньшего класса (Delta II), а значит — более дешёвая, в сравнении той, что потребовалась бы для подъёма на орбиту гипотетического исследователя астероидов, построенного на основе химических движков.

Удельный импульс установки VX-200 составляет порядка 5000 секунд. Вообще же он может меняться, что и отражено в названии устройства. Больший КПД можно получить при малой тяге, меньший — при максимальной.

Так можно варьировать режим работы маршевого движка в зависимости от целей миссии космического аппарата. Где-то можно позволить себе потратить несколько больше рабочего тела, но сократить время полёта, где-то, напротив, выполнить задание за больший срок, но при минимальном расходе “горючего”, а значит, — минимальном весе аппарата.

Тут надо отметить, что VASIMR претендует на роль некоего промежуточного варианта создания тяги в условиях космоса. Промежуточного между химическими ускорителями (мощными, но прожорливыми) и чрезвычайно миниатюрными электроракетными движками, экономичность которых может быть гораздо выше, чем даже у VX-200, но тяга будет составлять лишь доли грамма.

VASIMR обладает ещё одним преимуществом перед соперниками из стана электроракетных двигателей в целом: в нём плазма ни в одной точке не соприкасается с деталями аппарата, а контактирует только с полями.

Это означает, что устройство от Ad Astra сможет работать по многу месяцев и даже лет без деградации конструкции — то что надо для разгона космических аппаратов на пути в глубины Солнечной системы или коррекции орбиты спутников. У классических ионных ракетных двигателей больной вопрос – эрозия решёток-электродов. У VASIMR же таковых попросту нет.

Ad Astra Rocket строит богатые планы применения VASIMR в ряде проектов. Так, по соглашению с американским космическим агентством в 2013 году лётный вариант VX-200, названный VF-200-1, должен попасть на испытания на МКС. Разрабатываемый ныне аппарат будет базироваться на общем дизайне VX-200, но состоять из двух фактически параллельных движков по 100 киловатт каждый.

(Интересно, что Ad Astra Rocket ведёт переговоры о доставке VF-200-1 на станцию при помощи частного носителя от SpaceX либо Orbital Sciences).

VF-200-1 попробует поднимать орбиту станции, регулярно “проседающую” из-за слабого торможения в остатках атмосферы, имеющихся даже на 400-километровой высоте. VF-200-1 будет включаться на короткое время (несколько минут) эпизодически. А поскольку мощность, забираемая им из сети, очень велика, двигатель должен потреблять энергию, накопленную в специальных аккумуляторах, которые, в свою очередь, во время пауз в работе плазменного ускорителя будут понемногу подзаряжаться от солнечных батарей МКС.

Если тест пройдёт успешно, на такой способ подъёма орбиты, возможно, и переведут станцию. А это обещает солидную экономию. Ведь нынешний вариант подъёма орбиты (при помощи химических движков транспортных кораблей снабжения) означает расход 7,5 тонны горючего в год, в то время как VASIMR потребует на ту же цель 300 килограммов аргона ежегодно. Перспективы же технологии ещё заманчивее.

На основе одного или нескольких VF-200-1, полагает компания, можно построить беспилотный грузовик, который будет переправлять большие грузы с низкой околоземной орбиты на окололунную. Питание эти движки получали бы от солнечных батарей.

Для такого аппарата, скорее всего, потребовалась бы бортовая атомная электростанция — солнечные панели нужной мощности вышли бы просто чудовищно большими.

О том, что электроракетные движки для дальних миссий “просят” ядерную подпитку, специалисты говорят давно. Никаких принципиальных и неразрешимых трудностей в постройке подобного генератора сейчас нет.

Ещё не все вопросы относительно тонкостей работы самого VASIMR сняты. Учёным предстоит повысить полный КПД системы и найти лучший способ избавления от лишнего тепла, рассеиваемого таким движком. Но в целом технология вполне уже подходит к этапу, когда исключительно наземные экспериментальные установки должны породить модификации, предназначенные для отправки на орбиту. Чан-Диаз и его коллеги полагают, что коммерческие версии двигателей типа VASIMR могут появиться на рынке в 2014 году.

Издание «YAHOO» приводит материал со сведениями о новом революционном ионном двигателе
для космических полетов.
Космический аппарат НАСА – Dawn (Рассвет) провел более семи лет, путешествуя по Солнечной системе, чтобы перехватить астероид Веста и карликовую планету Церера. Теперь с орбиты вокруг Цереры, зонд передал первые изображения и данные от этих далеких объектов. Но здесь удивительно не только это, а то, что для этой разведывательной космической миссии использовали не обычные ракетные двигатели, а ионный двигатель на электротяге, аналогов которому нет в мире.

Такие ионные двигатели впредь будут двигать следующее поколение космических аппаратов. Электроэнергия используется здесь для создания заряженных частиц топлива, как правило, с помощью газа ксенона, и ускоряет их до чрезвычайно высоких скоростей. Скорость истечения частиц у обычных ракет ограничена химической энергией, запасенной в молекулярных связях в топливе, которое ограничивает их тягу до около 5 км / с. А вот у ионных двигателей, в принципе, ограничена только электрическая мощность, которая может быть доступной на корабле, но, как правило, скорость выхлопных газов из заряженных частиц лежит в невероятных для нашего времени пределах — от 15 км / с до 35 км / с.

Это означает на практике, что двигатели с электрическим приводом намного экономичнее, чем с химическим, так огромное количество стартовой массы космического корабля может быть спасена за счет меньшей потребности в топливе на борту. При стоимости для запуска одного килограмма массы на околоземную орбиту около $ 20 000, это может сделать космический корабль значительно более дешевым. Это может быть весьма полезным для коммерческих производителей геостационарных спутников, где электрическая силовая установка позволяет им маневрировать, добавив новые возможности для миссий спутников. Тем не менее, для научных миссий, таких как межпланетные путешествия во внешних областях Солнечной системы на огромные расстояния, электрические тяговые установки являются только средством для выполнения полезной работы с научной аппаратурой.

Типы электрических ионных двигателей

Космический корабль Рассвет, оснащен большими солнечными панелями для питания электрического двигателя.

Существуют три основных типа электрических двигателей, в зависимости от метода, используемого для ускорения.

Термоэлектрические системы используют электроэнергию, чтобы нагреть топливо либо путем пропускания тока через нагревательный элемент, или пропусканием тока через горячий ионизированный газ или саму плазму в реактивном двигателе.

Электромагнитные двигатели при ионизации ракетного топлива, взаимодействуют с электропроводящей плазмой, ускорение происходит при взаимодействии с сильным электрическим током и магнитным полем. Известный как импульсный плазменный двигатель, этот метод на самом деле очень похож на то, как работает электрический двигатель. Электростатические двигатели используют электрическое поле, генерируемое путем применения высокого напряжения на две перфорированные сетки с множеством мелких отверстий для ускорения топлива. Другой электростатическая конструкция с эффектом Холла, работает таким же образом, но вместо сеток с высоким напряжением генерирует электрическое поле путем захвата электронов в магнитном поле в плоскости выхода двигателя малой тяги.

Полвека в создании ионного двигателя

Понятие об электрической силовой установке присутствовало в течение 50 лет или более, но было сочтено слишком экспериментальным направлением, не способным взять на себя реализацию крупных проектов. Только теперь это направление начинает обретать реальные приложения. Например, для сохранения геостационарных спутников на правильной орбите, чтобы противостоять аэродинамическому сопротивлению в сильно разреженной атмосфере на высоте 200 км над поверхностью Земли. Или во время межпланетной миссии, такой как Deep Space 1- первой экспериментальной миссией, которая использовала ионные двигатели, чтобы изначально продемонстрировать возможности технологии в отношении астероида 9969 Braille и кометы Borrelly 15 лет назад, пишет «YAHOO».

Имелся и еще один проект со спутником, который в течение четырех лет до 2013 года изучал гравитационное поле Земли.

Будущие проекты с использованием ионных двигателей

Электродвигатели космических аппаратов готовы снизить стоимость развертывания спутников. С помощью компактных ионных двигателей на борту спутников, они могут поднять себя с низкой околоземной орбиты к их окончательной геостационарной орбите. Это позволит сэкономить огромное количество, необходимое для подъема спутника с помощью обычных химических ракет, топлива, и позволяют использовать гораздо меньшие ракеты-носители, которые будут значительно экономить деньги. Первые блоки с полностью электрической версией платформы спутника в 2012 году с ионным двигателем были оснащены ксеноновым питанием с сеткой.

В более долгосрочной перспективе, космические буксиры и даже пилотируемые полеты на Марс, будут основаны, наиболее вероятно, на ядерных электрических силовых установках.

Источник — phys.org/news

Статья полезна? Тогда сообщите о ней другим, нажав на кнопки социальных сетей (Twitter, Facebook и др. ) ниже.
Скорее всего, вам будут интересны и полезны следующие записи:
,
а также пригодится подписка на новые интересные материалы сайта через оранжевую кнопку вверху или в боковой колонке страницы.

Добавьте статью в закладки, чтобы вновь вернуться к ней, нажав кнопки
Ctrl+D
.Подписку на уведомления о публикации новых статей можно осуществить через форму «Подписаться на этот сайт» в боковой колонке страницы. Если что непонятно, то, читайте
.

Цель работы: изучение истории ионного двигателя, рассмотрение перспектив его использования в ближайшем будущем и проведение расчётов связанных с его применением.

При выполнении работы ставились следующие задачи:
найти, изучить и проанализировать литературу о ионном виде двигателей
составить краткий вводный курс об истории создания, применения, а также принципе работы ионных двигателей
проанализировав результаты осуществлённых космических полётов, провести свои расчёты с целью получения необходимой информации о моделируемом мной полёте
сделать выводы

Была выдвинута гипотеза: ионный двигатель имеет некоторые заметные преимущества перед обычными ракетными двигателями, делающие его использование перспективным.

В работе были использованы следующие методы исследования:
анализ
синтез
моделирование
измерение

Объект исследования: Ионный двигатель

Актуальность темы:

Человек пытается разглядеть и попасть во всё более отдалённые от него
места космоса. И для успешного развития человечества в этой отрасли,
необходимо постоянно улучшать космические аппараты, используя в них
новые технологии, позволяющие оптимизировать расход топлива, увеличить
вместимость и тд. Ионный двигатель является довольно выгодным ввиду
малого расхода топлива, а значит, именно он может в дальнейшем заменить
обычные двигатели и помочь человеку в дальнейшем освоении космоса.

Гипотеза: ионный двигатель имеет некоторые заметные преимущества перед
обычными ракетными двигателями, делающие его использование
перспективным.

Определение

Ионный двигатель — тип электрического ракетного двигателя, принцип
работы, которого основан на создании реактивной тяги на базе
ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом
поле.

Принцип работы

Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне
электростатическим полем. При этом благодаря высокому отношению заряда
к массе, становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей. Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса, что позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа, но требует больших затрат энергии.
В ионизатор подается ксенон, который сам по себе нейтрален, но при
бомбардировании высокоэнергетическими электронами ионизируется. Таким
образом в камере образуется смесь из положительных ионов и отрицательных
электронов. Для «отфильтровывания» электронов в камеру выводится трубка
с катодными сетками, которая притягивает к себе электроны.
Положительные же ионы притягиваются к системе извлечения, состоящей из
2 или 3 сеток. Между сетками поддерживается большая разница
электростатических потенциалов (+1090 вольт на внутренней против – 225 на
внешней). В результате попадания ионов между сетками, они разгоняются и
выбрасываются в пространство, ускоряя корабль, согласно третьему закону
Ньютона.
Электроны, пойманные в катодную трубку выбрасываются из двигателя под
небольшим углом к соплу и потоку ионов. Это делается для того, чтобы ионы
«нейтрализованные» таким образом не притягивались обратно к кораблю.

История

Принцип ионного двигателя довольно давно известен и широко представлен в фантастической литературе, компьютерных играх и кинематографе, но для космонавтики стал доступен только в последнее время. В 1960 году был построен первый, функционирующий широко-лучевой ионный электростатический двигатель (создан в США в NASA Lewis Research Center). В 1964 году — первая успешная суборбитальная демонстрация ионного двигателя (SERT I), тест на выполнимость нейтрализации ионного луча в космосе. В 1970 году — испытание на длительную работу ртутных ионных электростатических двигателей в космосе (SERT II). С 1970-х годов ионные двигатели на эффекте Холла использовались в СССР в качестве навигационных двигателей (двигатели SPT-60 использовались в 1970-х годах на «Метеорах», SPT-70 на спутниках «Космос» и «Луч» в 1980-х, SPT-100 в ряде спутников в 1990-х). В качестве основного (маршевого) двигателя ионный двигатель был впервые применён на космическом аппарате Deep Space 1 (первый запуск двигателя 10 ноября 1998). Следующими аппаратами стали европейский лунный зонд Смарт-1, запущенный 28 сентября 2003, и японский аппарат Хаябуса, запущенный к астероиду в мае 2003. Следующим аппаратом NASA, обладающим маршевыми ионными двигателями, стала (после ряда замораживаний и возобновления работ) АМС Dawn, которая стартовала 27 сентября 2007 года. Dawn предназначается для изучения Весты и Цереры, и несет три двигателя NSTAR, успешно испытанных на Deep Space 1. Европейское Космическое Агентство установило ионный двигатель на борту спутника GOCE, запущенного 17 марта 2009 года на сверх-низкую околоземную орбиту высотой всего около 260 км. Ионный двигатель создаёт в постоянном режиме импульс, компенсирующий атмосферное трение и другие негравитационные воздействия на спутник.

Ближайшие космические программы

В ближайшем будущем, ЕКА (Европейское космическое агенство) совместно с JAXA(Японское космическое агенство) и Роскосмосом планирует использовать ионный двигатель в меркурианской миссии BepiColombo(апрель 2018). К планете отправятся две орбитальных станции на одном транспортном модуле Mercury Transfer Module (MTM). BepiColombo будет использовать ионные двигатели, опробованные на модуле Смарт-1.

NASA ведёт проект «Прометей», для которого разрабатывается мощный ионный двигатель, питающийся электричеством от бортового ядерного реактора. Предполагается, что такие двигатели в количестве восьми штук смогут разогнать аппарат до 90 км/с. Первый аппарат этого проекта Jupiter Icy Moons Explorer планировалось отправить к Юпитеру в 2017 году, однако разработка этого аппарата была приостановлена в 2005 году из-за технических сложностей. В настоящее время идёт поиск более простого проекта АМС для первого испытания по программе «Прометей».

Возможность доставки грузов

Из-за небольшого ускорения, аппараты с ионным двигателем более разумно использовать для межпланетных (или других, на длинные дистанции) перелётов (для чего он уже и не раз использовался).
А если сравнить характеристики обычных и ионного двигателей, на данном помежутке, то выгодность использования второго будет хорошо заметна. Засчёт меньшего количества топлива увеличится полезная масса, уменьшатся денежные расходы на топливо, а сам аппарат доберётся до цели быстрее, развив скорость значительно больше, чем аппараты с другими видами двигателей.

Я провёл свои расчёты, чтобы узнать за какое время аппарат с заданными мной массой и другими техническими характеристиками сможет попасть на Марс, используя ионный двигатель в качестве основного. За основу я взял данные уже называемого мной аппарата Dawn и некоторые данные его полёта.

В качестве двигателя в расчётах я использовал ксеноновый ионный двигатель аппарата Dawn, разработанный на основе образца, испытанного на зонде Deep Space 1 с тягой 30 мН и удельным импульсом 3100 с.

Используя примерную схему полёта и проведения манёвров, я рассчитал, что общая длина траектории равна ~1 млрд км.

Используя данные полёта я узнал, что на перелёт от Земли до Весты одним двигателем было израсходовано ~275 кг ксенона, далее соотнеся длины траекторий полёта на Марс и Весту, я вычислил, что для одного двигателя будет необходимо лишь 100 кг ксенона.

Я решил установить на предполагаемый аппарат 3 двигателя с данными характеристиками, в результате чего масса топлива с небольшим запасом должна будет составлять ~325 кг
Назначемнием данного аппарата я выбрал перевоз грузов с Земли на Марс в один конец. При таких условиях масса грузовика будет состоять из: 325 кг топлива, 250 кг программной аппаратуры, и некоторой массы перевозимого груза. Для примера я взял 600 кг, 1 т и 5т.
По формулам равноускоренного движения я нашёл, что аппарат достигнет цели лишь спустя 3,5 года, 4,5 года и около 10 лет при конечной скорости 17, 13 и 6 км/с, которую необходимо будет уменьшать при приближении к Марсу. В итоге я получил довольно слабый невыгодный результат, однако для 3 двигателей с такой маленькой тягой — этот результат является неплохим. В будущем, я возьму за основу данные более мощных, современных и совершенных ионных двигателей или создам и вычислю характеристики своей модели.

— Работа линейных ускорителей элементарных частиц требует много энергии. Единственная существующая на сегодняшний день технология, позволяющая получить необходимое количество энергии за требуемое время, — это ядерный реактор на борту корабля. Однако в таком случае аппарат перестаёт быть полностью безопасным.

Ионный двигатель ускоряется медленно, поэтому его нельзя использовать для вывода космического корабля на орбиту Земли. Он функционален только для корабля, уже находящегося в космосе.

Подведение итогов

Я считаю, что в настоящее время, ионный двигатель — одно из действительно самых перспективных приспособлений для передвижения в космосе, имеющее целый ряд преимуществ перед прочими видами двигателей.

Учёные уже сейчас снабжают спутники и небольшие космические станции, исследующие другие планеты ионными двигателями как для стабилизации аппаратов в пространстве, так и в роли основного двигателя.

Ввиду своих специфических преимуществ, возможно, в будущем, именно ионный двигатель будет передвигать огромные межпланетные и межгалактические звездолёты со множеством людей на борту.

Заключение

Цели и задачи, поставленные в проекте, выполнены. Я изучил принцип работы ионного двигателя, рассмотрел плюсы и минусы его использования и узнал об основных космических программах с участием данного вида двигателя. В перспективе работу можно усовершенствовать, проведя более точные расчёты и в других возможных сферах использования ионного двигателя, опираясь на другие официальные данные, а также собрать действующую модель ионного двигателя.

Человек вышел в космос благодаря ракетным двигателям на жидком и твердом топливе. Но они же и поставили под вопрос эффективность космических полетов. Для того чтобы сравнительно небольшой хотя бы «зацепился» за его устанавливают на вершине ракеты-носителя внушительных размеров. А сама ракета, по сути, это летающая цистерна, львиная доля веса которой отведена под топливо. Когда все оно израсходуется до последней капли, на борту корабля остается мизерный запас.

Чтобы не упасть на Землю, периодически поднимает свою орбиту импульсами Топливо для них — примерно 7,5 тонны — несколько раз в году доставляют автоматические корабли. Но на пути к Марсу такой дозаправки не предвидится. Не пора ли распрощаться с устаревшими схемами и обратить внимание на более совершенный ионный двигатель?

Для того чтобы он заработал, безумных количеств топлива не потребуется. Только газ и электричество. Электроэнергия в космосе добывается улавливанием светового излучения Солнца панелями солнечных батарей. Чем дальше от светила, тем меньше их мощность, поэтому придется воспользоваться еще и Газ поступает в первичную камеру сгорания, где он бомбардируется электронами и ионизируется. Получившуюся холодную плазму отправляют на разгорев, а потом — в магнитное сопло, на разгон. Ионный двигатель выбрасывает из себя раскаленную плазму со скоростями, недоступными обычным ракетным двигателям. И получает необходимое ускорение.

Принцип работы настолько прост, что можно собрать демонстрационный ионный двигатель своими руками. Если электрод в форме вертушки предварительно сбалансировав, установить на острие иглы и подать высокое напряжение, на острых концах электрода появится синее свечение, создаваемое срывающимися с них электронами. Их истечение создаст слабую реактивную силу, электрод начнет вращаться.

Увы, ионные двигатели обладают настолько мизерной тягой, что не могут оторвать космический аппарат от поверхности Луны, не говоря уже о наземном старте. Наиболее наглядно это можно увидеть, если сравнить два корабля, отправляющихся к Марсу. Корабль с жидкостными двигателями начнет перелет после нескольких минут интенсивного разгона и потратит чуть меньше времени на торможение у Красной планеты. Корабль с ионными двигателями будет разгоняться два месяца по медленно раскручивающейся спирали, причем такая же операция ждет его в окрестностях Марса…

И все же ионный двигатель уже нашел свое применение: им оснащен ряд беспилотных космических аппаратов, отправленных в многолетние разведывательные миссии к ближним и дальним планетам Солнечной системы, в пояс астероидов.

Ионный двигатель — та самая черепаха, которая обгоняет быстроногого Ахилла. Израсходовав все топливо в считанные минуты, жидкостный двигатель умолкает навсегда и становится бесполезным куском железа. А плазменные способны работать годами. Не исключено, что ими будет оснащен первый космический аппарат, который на досветовой скорости отправится к — ближайшей к Земле звезде. Предполагается, что перелет займет всего лишь 15-20 лет.

Команда: на взлет! Как в Самаре уже более 60 лет изготавливают и испытывают ракетные двигатели > Рубрика Самара

12 апреля 1961 года Юрий Гагарин совершил виток вокруг Земли на корабле «Восток», открыв новую эру в истории цивилизации. Наш город имеет к этому событию самое прямое отношение. У нас, на заводе «Прогресс», были изготовлены первая и вторая ступени гагаринской ракеты. С 1961 года по сей день все запуски отечественных пилотируемых космических кораблей осуществляются ракетами-носителями куйбышевского/самарского производства. В 2021 году «Самарская газета» публикует серию материалов о знаковых объектах Самары, так или иначе связанных с этой темой. Они наша слава и гордость.

Звездные точки на карте города

В Самаре есть космические музеи и памятники, улицы, площади, учебные заведения. Но главное — есть научно-конструкторская база и промышленные предприятия, где рождаются новые идеи и создается ракетная техника. Среди них ПАО «ОДК-Кузнецов». Здесь изготавливаются и испытываются серийные ракетные двигатели для первой и второй ступеней пилотируемых ракет-носителей. Без этой техники не было бы и исторического полета Юрия Гагарина.

«Гагарин благодарил нас за труд»

Площадки самарского предприятия публичного акционерного общества «Кузнецов», входящего в Объединенную двигателестроительную корпорацию Госкорпорации Ростех, расположены на Безымянке, в поселке Управленческий, а также в районе поселков Винтай и Прибрежный. Это действительно звездные точки на карте города, ведь там рождаются космические моторы.

На Безымянке при входе в цех окончательной сборки ракетных двигателей висят портрет Юрия Гагарина и памятная доска: «Здесь в июне 1963 года на митинге, посвященном полету и возвращению на Землю космического корабля «Восток», выступал первый в мире космонавт Юрий Гагарин». Ветераны вспоминают: «Благодарил нас за труд». Внизу выстроилась в «исторический» ряд космическая продукция «Кузнецова»: РД-107, НК-33, НК-39, «Русь-М»…

Специалисты предприятия напоминают: вся пилотируемая космонавтика страны сейчас использует наши самарские двигатели. А в общем объеме, не только для пилотируемых полетов, они составляют 80%. На заводе сосредоточен весь цикл — от изготовления и сборки узлов до испытаний готовых изделий. По надежности самарские двигатели одни из лучших в мире, это давно подтверждено. Коэффициент надежности — так называемые «три девятки»: только один отказ на тысячу пусков. Сборка идет под постоянным контролем, с доскональными проверками на всех этапах. 

Чтобы собрать один ракетный двигатель, требуется около девяти-десяти месяцев. А при запуске космического корабля он живет по сути несколько секунд. Весь огромный труд — ради того, чтобы корабль вышел на орбиту.

С чего все начиналось

28 мая 1958 года постановлением правительства СССР Куйбышевскому заводу №24 имени Фрунзе предписывалось начать освоение и организацию серийного производства жидкостных ракетных двигателей РД-107/РД-108. 25 июля на предприятии был образован филиал ОКБ для конструкторского обеспечения серийного производства — туда перевели 47 опытных специалистов. Сам завод получил более десяти тысяч наименований технологической документации. Началась активная реконструкция производства. Поступали железнодорожные вагоны с материалами, десятки заводов-смежников присылали оборудование, оснастку. 

Летом 1958 года предприятие, возглавляемое Николаем Кузнецовым, посетил легендарный ракетостроитель Сергей Королев. Осмотрев цеха, вникая в детали, технологию, состояние и организацию проектных и опытных работ, он предложил разработать ракетный двигатель на компонентах жидкий кислород и керосин. 

Конструкторы ОКБ начали заниматься жидкостными ракетными двигателями. 

На одном из совещаний Кузнецов так обрисовал стоящие задачи: «Мы пока не знаем ни открытой, ни замкнутой схемы. Но работать над открытой схемой — значит проходить уже пройденный ракетчиками путь, который не имеет перспективы. Поэтому нужно браться за новую, перспективную замкнутую схему. Мы понимаем, что предстоят трудности, но без преодоления трудностей мы с вами не продвинем вперед отечественную космонавтику».

29 декабря, в канун нового, 1959 года, первое изделие, изготовленное и собранное на заводе, без замечаний прошло огневое испытание на полный ресурс на стенде разработчика. С 1959 года начались пуски ракет с двигателями серийного производства. К 1960 году их было изготовлено уже 45 комплектов. 

В том же 1960 году перед заводом и ОКБ была поставлена задача выпуска двигателя повышенной надежности для обеспечения вывода на орбиту тяжелых искусственных спутников типа «Венера». Уже в конце года были изготовлены первые комплекты двигателей РД-107ММ/РД-108ММ, проведены успешные испытания. 

12 апреля 1961 года ракетой-носителем с двигателями куйбышевского завода имени Фрунзе был запущен космический корабль «Восток» с Юрием Гагариным на борту. Моторы первой и второй ступеней РД-107/РД-108 в феврале-марте собрала бригада Петра Котянина. Огневые испытания проходили на стенде в Загорске, в НИИ-229.  

В 1961-1963 годах с использованием куйбышевских двигателей были запущены космические корабли серии «Восток», серия искусственных спутников «Полет», «Космос», «Метеор», а также автоматические межпланетные станции «Венера-1», «Марс-1». 

В начале 1960-х годов предприятие начало серийно изготавливать жидкостные ракетные двигатели РД-111. Экспериментальная отработка велась параллельно с разработкой конструкторской документации, чертежи практически с доски конструктора поступали в производство. В марте 1961 года первый РД-111 прошел стендовое испытание, в 1963-м ракеты с ним встали на боевое дежурство. 

1969 год. Конструкторы Приволжского филиала КБ «Энергомаш» и производственники завершили большую работу по созданию новых двигателей РД-117/ РД-118. C ними запускались пилотируемые корабли «Союз-Т», «Союз-У», грузовые корабли «Прогресс», космические аппараты «Бион», «Фотон», «Ресурс». 

В 1976 году началась разработка двигателя РД-117ПФ для центрального блока ракеты-носителя «Союз», работающего на новом синтетическом горючем. Он эксплуатировался в составе ракеты-носителя «Союз-У2». С использованием тех же двигателей запускались пилотируемые корабли «Союз-ТМ» и грузовые корабли «Прогресс-М». Но в 1995 году производство этой модификации было прекращено из-за его повышенной токсичности. Конструкторы начали работы по освоению экологически чистого изделия. В 1999 году успешно прошли его испытания. С 2001-го новый двигатель эксплуатировался в составе РН «Союз-ФГ» и затем «Союз-2». 

Сегодня предприятие является монополистом по выпуску двигателей первой и второй ступеней типа РД-107/РД-108 для ракет-носителей семейства «Союз». Технология отработана до мелочей по всему циклу — от заготовительного производства до испытаний готовой продукции. Надежность изделий 99,9%.

40 секунд космического огня

Завод имеет собственную базу для испытания готовых изделий. Несколько лет назад журналисту «Самарской газеты» довелось побывать на полигоне под Винтаем, где испытывают готовые ракетные двигатели. Впечатления оказались потрясающими, в какой-то степени даже шоковыми. Знатоки говорят, что эффект посильнее, чем от запуска ракеты на космодроме — потому что там площадка наблюдателей находится гораздо дальше от работающих двигателей, а у нас совсем рядом. 

Представьте: вы стоите на небольшой лесной поляне перед оврагом. Всего в нескольких десятках метров от вас огромный стенд с установленным двигателем. Объявляется десятиминутная готовность: завершается заправка баков жидким кислородом, направлена струя воды для охлаждения. Минутная готовность: звучат три сирены, и — грохот, вырывающиеся струи огня и дыма, земля дрожит под ногами… Невероятная, завораживающая картина продолжительностью 40 секунд. В это время датчики записывают температуру, давление, вибрацию, пульсацию, расходы компонентов. Через полчаса экспресс-анализ вынесет вердикт, готов ли этот двигатель к установке на ракету-носитель и запуску в космос.

Изделие испытывается только один раз. Если есть даже минимальные замечания — все, на ракету-носитель его уже не установят.

Заводской комплекс для огневых испытаний ракетных двигателей появился в 1958 году. Первое огневое испытание на стенде №1 состоялось 31 августа 1961 года. 

Площадка получила название «Химзавод». С ее вступлением в строй отпала необходимость возить изделия на испытания в московские Химки. 

Одновременно с объектами «Химзавода» рос и поселок Прибрежный для работников полигона. Сегодня Прибрежный и Винтай входят в городскую черту Самары, хотя и находятся на расстоянии нескольких десятков километров от центральных районов города. 

На площадке, где испытывают ракетные и газотурбинные двигатели, сегодня работают 1 200 человек. Идет внедрение автоматизированных систем измерений и управления на базе компьютерной техники. У всех, кто здесь трудится, нет права на ошибку. Из десяти пусков все десять должны пройти успешно. Если испытания газотурбинного двигателя всегда можно остановить и перезапустить, то у ракетного такого шанса нет. 

Сегодня доля ПАО «ОДК-Кузнецов» в сегменте ракетных двигателей на российском рынке составляет 70%, по пилотируемым пускам — 100%.

Из воспоминаний ветеранов

Виктор Бузняков, работник предприятия с 48-летним стажем, руководитель филиала ОАО «СНТК им. Н.Д. Кузнецова» с 1981 по 2004 год:

— Объем работ у нашего филиала был громадным. Но было интересно, так как все делалось впервые. Главной продукцией, конечно же, стали ракетные двигатели. 

Сейчас нередко вспоминают нелегкую, даже драматичную историю легендарного ракетного двигателя НК-33. В 1974 году поступил приказ приостановить его испытания. Николай Дмитриевич Кузнецов и коллектив знали, насколько перспективно это изделие, обогнавшее время. Но приказ есть приказ. Кузнецов, не ставя в известность вышестоящие инстанции, вывез на «Химзвод» все имевшиеся серийные и опытные образцы, изготовленные к ним детали и узлы. Он принял абсолютно правильное решение, не разрушив, не разрезав, не пустив в переплавку свое детище, потому что понимал, что его время еще наступит.

На «Химзаводе» хранилось более ста двигателей. Основная их часть находилась в кирпичном корпусе недалеко от испытательного стенда №120. В большом помещении с воротами на кодовом замке соорудили перегородку из металлических листов, за которой впритык друг к другу в вертикальном положении установили НК-33 и НК-43. Каждое изделие было в чехле из плотной натуральной ткани. Они сохранились в прекрасном состоянии.И вот, как и надеялся Николай Дмитриевич, время НК-33 пришло. С ним поднялись в космос и отечественные, и американские ракеты-носители.

Яков Вольпин, ветеран производства ракетных двигателей, стаж работы на предприятии более 50 лет: 

— Мне удалось поработать с выдающимися конструкторами Сергеем Павловичем Королевым, Валентином Петровичем Глушко, Николаем Дмитриевичем Кузнецовым. Когда стало понятно, что завод будет заниматься ракетными двигателями, я был в должности заместителя начальника цеха. Нам предложили послать своих представителей в Химки, чтобы ознакомиться с производством, ведь для нас это было абсолютно новое направление. Туда поехало много «фрунзенцев». Надо отдать должное, военные нам очень здорово помогли. Они с этим делом были знакомы, в то время как мы, словно слепые котята, на первых порах не знали, что делать: абсолютно другие давления, абсолютно другие стенды — все другое. 

Как набирали людей на ракетное производство? В основном пользовались «внутренним» человеческим ресурсом завода. Начальники цехов, оставшиеся в авиационных группах, конечно, сопротивлялись: жаль было отдавать самых грамотных и ответственных специалистов. 

Были введены стопроцентная военная приемка, тройной контроль. На первых порах целые партии уходили в брак. Мы просто обязаны были перестроить свои взгляды — все, от рабочего до контролера, мастера, технолога. Мы получили очень много новых станков, более точных, собирали все самое лучшее со всех цехов. 

И вот первые испытания. Они прошли хорошо. Директором у нас тогда был Петр Денисович Лаврентьев. Он пришел в цех, поздравил нас, руководство и рабочих. Мы ликовали! За такой короткий промежуток времени изготовить сложнейшую и новую для нас продукцию — это прорыв. Мы очень гордились своей профессией и тем, что делаем уникальную технику. 

Кстати, даже дома никто не знал, что именно мы производим. Родные, может, и догадывались, но спрашивать об этом было не принято.

Василий Бублик, испытатель первых серийных двигателей, стаж работы на предприятии 55 лет:

— У меня, молодого инженера, с декабря 1958 года начались командировки в ОКБ-456 Государственного комитета оборонной техники города Химки. Именно там проводились первые огневые испытания двигателей, изготовленных Куйбышевским заводом №24 имени Фрунзе. Потом их перенесли в «НИИхиммаш», а в 1961 году было окончено строительство испытательного комплекса «Химзавод». Мы сразу начали отлаживать все системы, и уже 31 августа провели первые испытания. 

Осенью 1966 года встал вопрос о проведении на первом стенде испытаний НК-33. Они прошли ночью 13 апреля 1967 года. Сам Николай Дмитриевич Кузнецов присутствовал только на одном испытании. Приезжали его заместители, которые очень тщательно контролировали ход работ.  

Когда стало известно, что американцы первыми побывали на Луне, все чувствовали, что испытания НК-33 скоро прекратятся. Так и случилось, ведь лунную программу в нашей стране тогда закрыли. Однако, как показало время, история НК-33 на этом не закончилась. Ведь все его испытания на «Химзаводе» проходили практически без изъянов. Двигатель действительно очень надежный.

Иван Таябин, бывший заместитель начальника сборочного цеха №4, стаж работы на предприятии 54 года:

— Знали ли мы в 1961 году, что на наших двигателях отправится в космос первый человек?Официальной информации об этом никто не давал. Знали, что двигатели для ракеты, но ведь были ракеты и военного назначения. Когда полетел Гагарин, я находился в отпуске, сообщение услышал по радио. Радовался и ликовал вместе со всеми, но о том, что имею к этому какое-то отношение, узнал, только когда вернулся на работу. 

В наш цех приводили каждую делегацию, которая приезжала на завод. Так что я видел многих космонавтов, хотя вот именно Гагарина не пришлось. Неоднократно встречал Сергея Павловича Королева. Личной беседы с ним не имел, но чисто внешне он воспринимался как человек-сила, обладающий большой энергией. Появлялась гордость за него, за себя, за причастность к важному государственному делу. На завод он приезжал несколько раз, интересовался нашими делами. С ним решали технические вопросы сначала по РД-107, а позже по двигателям для «лунной» ракеты, работать над которой тоже начинали в цехе №4. 

Редакция «Самарской газеты» благодарит за помощь в подготовке материала отдел по связям с общественностью ПАО «ОДК-Кузнецов». Фотографии предоставлены ПАО «ОДК-Кузнецов»

Электрификация новых силовых установок НАСА

ТЕМЫ:NASAPopular

Джими Рассел, Исследовательский центр Гленна НАСА
10 ноября 2020 г.

Солнечная электрическая двигательная установка на эффекте Холла проходит испытания в условиях вакуума в НАСА. Предоставлено: NASA

С самого начала космической программы люди были очарованы большими и мощными ракетами, такими как NASA

Созданное в 1958 году Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) является независимым агентством федерального правительства США. который пришел на смену Национальному консультативному комитету по аэронавтике (NACA). Он отвечает за гражданскую космическую программу, а также за аэронавтику и аэрокосмические исследования. Его видение заключается в том, чтобы «открывать и расширять знания на благо человечества». Его основными ценностями являются «безопасность, добросовестность, командная работа, превосходство и инклюзивность».

» data-gt-translate-attributes='[{«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»}]’>Сатурн НАСА

Сатурн является шестой планетой от Солнца и имеет вторую- самая большая масса в Солнечной системе. Он имеет гораздо меньшую плотность, чем Земля, но имеет гораздо больший объем. Название Сатурна происходит от римского бога богатства и земледелия.

» data-gt-translate-attributes=’ [{«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»}]’>Ракета Сатурн V, которая отправила Аполлон на поверхность Луны, или Система космического запуска, которая будет производить миллионы фунтов тяги при отправке Астронавты Артемиды возвращаются на Луну.

Но что, если самая мощная силовая установка в наборе инструментов НАСА производит менее одного фунта тяги при достижении скорости до 200 000 миль в час? Что, если он будет стоить меньше, перевозить больше и потреблять меньше топлива?

Эта радикальная система представляет собой космический электрический двигатель. Он может уменьшить количество необходимого топлива или топлива на 90% по сравнению с химическими двигательными установками, экономя миллионы на затратах на запуск и обеспечивая большую гибкость миссии.

Третий закон Ньютона в космосе

Химический двигатель использует топливо и окислитель, преобразуя энергию, запасенную в химических связях компонентов топлива, для создания короткого мощного толчка или того, что мы называем огнем. Это громко и захватывающе, но не так эффективно.

Электрическая двигательная установка использует энергию, собираемую либо солнечными батареями (солнечная электрическая двигательная установка), либо ядерным реактором (ядерная электрическая двигательная установка) для создания тяги, устраняя многие потребности и ограничения, связанные с хранением топлива на борту космического корабля.

Затем эта энергия преобразуется и используется для ионизации — или положительного заряда — инертных газовых топлив, таких как ксенон и криптон (нет, это не родная планета Супермена). Затем комбинация электрического и магнитного полей (двигатель на эффекте Холла) или электростатического поля (ионная сетка) ускоряет ионы и выталкивает их из двигателя, разгоняя космический корабль до огромных скоростей с течением времени. И вместо огня его выхлоп представляет собой светящийся зеленовато-голубой след, как будто что-то прямо из фантастики.

Простая иллюстрация того, как работают электрические двигательные установки. Предоставлено: НАСА/АТС Лиза Лиуццо

Дрэг-рейсинг против дорожного путешествия

Химический космический корабль — драгстер на высшем топливе, когда он покидает орбиту Земли к месту назначения. Первоначальный всплеск довольно мощный, но на самом деле он может двигаться только в том направлении, в котором указывает, когда вы нажимаете на педаль газа. Космический корабль летит как пуля, но после того, как его запас топлива исчерпан, у него мало возможностей ускориться, замедлиться или изменить направление. Таким образом, миссия привязана к конкретным окнам запуска и срокам выхода на орбиту, и она может вносить лишь минимальные корректировки по пути.

Космический корабль с электрическим двигателем, оказавшись в космосе, отправляется в путь по пересеченной местности, ограничиваясь только запасом бензина в баке. Начальная тяга довольно мала, но она может продолжать ускоряться в течение месяцев или даже лет, а также может замедляться и менять направление.

Миссия НАСА «Рассвет» — прекрасный тому пример. После запуска он устремился к Весте в поясе астероидов. Из-за небольших солнечных батарей космического корабля потребовалось более пяти лет, чтобы добраться туда, но по мере приближения космический корабль перевернулся на 180 градусов, включил свои двигатели, чтобы замедлиться, и год находился на орбите. Когда это было сделано, он снова загорелся и отправился на Цереру, вокруг которой он все еще вращается сегодня. Это было бы невозможно с космическим кораблем с химическим двигателем.

Системы, подобные той, что на «Рассвете», широко используются в НАСА и коммерческом секторе, обычно работая в диапазоне 1–10 киловатт (кВт). Но по мере того, как мы готовимся использовать электрические двигатели для более сложных научных и технологических миссий, а также впервые для пилотируемых миссий, нам потребуется больше энергии.

Иллюстрация PPE-HALO на лунной орбите. Предоставлено: NASA

Больше энергии для людей!

Элемент Power and Propulsion Element (PPE) для Gateway продемонстрирует передовые, мощные солнечные электрические двигатели вокруг Луны. Это космический корабль мощностью 60 кВт, 50 из которых могут быть предназначены для движения, что делает его примерно в четыре раза более мощным, чем современные космические корабли с электрическим двигателем. Мы делаем это не путем постройки одного большого двигателя, а путем объединения нескольких в цепочку с гигантскими солнечными батареями.

Эта передовая система позволит нашей орбитальной платформе поддерживать исследование Луны в течение 15 лет, учитывая высокую экономию топлива, а ее способность двигаться на орбите позволит исследователям приземляться практически в любом месте на поверхности Луны.

Несмотря на то, что это важная часть наших планов по исследованию Луны, СИЗ также помогут стимулировать коммерческие инвестиции США в более мощные электрические двигательные установки, подобные тем, которые можно использовать для полета на Марс

Марс — вторая по величине планета в нашей Солнечная система и четвертая планета от Солнца. Это пыльный, холодный, пустынный мир с очень разреженной атмосферой. Оксид железа распространен на Марсе # 039; поверхность, в результате чего она имеет красноватый цвет и получила прозвище «Красная планета». Марс#039; Название происходит от римского бога войны.

» data-gt-translate-attributes='[{«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»}]’>Марс.

Иллюстрация транзитной среды обитания на Марсе и ядерной двигательной установки, Когда-нибудь мы сможем доставить астронавтов на Марс. Предоставлено: NASA

Транспортным средствам будущего на Марс потребуется около 400 кВт-2 мегаватт мощности, чтобы успешно доставить наших астронавтов или груз на Красную планету и обратно. Мы все еще изучаем концепции транспортных средств и двигателей для Марс, в том числе сочетание ядерно-электрических и химических двигателей, а также другие появляющиеся варианты, такие как ядерные тепловые двигатели9.0003

Независимо от того, как мы доберемся до Луны и, в конечном счете, до Марса, одно можно сказать наверняка… будущее освоения космоса захватывающее, можно даже сказать, наэлектризованное.

США вытесняют российские ракетные двигатели на обочину

Атлас V стартует для миссии Космических сил США-12.

United Launch Alliance photo

Соединенные Штаты, с начала 2000-х годов полагавшиеся на ракетные двигатели российского производства для запусков в целях национальной безопасности, готовятся к запуску двигателей нового поколения, произведенных в их пределах.

United Launch Alliance — совместное предприятие Lockheed Martin и Boeing — и SpaceX Илона Маска готовятся к первой партии запусков в целях национальной безопасности, предоставленных компаниям в 2020 году. Будет проведено более 30 запусков между Vulcan Centaur ULA и Falcon 9 и Falcon Heavy от SpaceX с 2022 по 2027 финансовый год в рамках второго этапа программы запуска космических аппаратов национальной безопасности или NSSL.

Предстоящие запуски позволят Соединенным Штатам отказаться от РД-180 российского производства — двигателя первой ступени, используемого для запуска ракеты ULA Atlas V.

Двигатель РД-180 — двухкамерный двухсопловой двигатель, разработанный и изготовленный российской компанией Энергомаш. По словам Криса Стоуна, старшего научного сотрудника по космическим исследованиям в Институте аэрокосмических исследований Митчелла, двигатель работает на смеси керосина и жидкого кислорода, чтобы обеспечить достаточную тягу для начальной фазы полета.

С помощью РД-180 ракета-носитель Atlas V осуществила десятки запусков космических аппаратов национальной безопасности США, включая военные, шпионские спутники и спутники GPS, а также коммерческие запуски. Atlas V был предпочтительным транспортным средством для Министерства обороны в течение почти двух десятилетий, наряду с семейством ракет ULA Delta IV.

Обе ракеты дали Соединенным Штатам «гарантированный доступ в космос», политика, которая обеспечивает возможности, необходимые для запуска и вывода на орбиту полезных грузов национальной безопасности США, сказал президент и главный исполнительный директор ULA Тори Бруно.

«Изначально мы были настроены так, чтобы иметь две резервные системы, по крайней мере, для правительства, потому что мы были единственной отечественной пусковой компанией», — сказал Бруно в интервью National Defense. «Что, если ваша площадка выйдет из строя или в одной из ракет есть изъян? У тебя всегда должно быть два пути».

Несмотря на почти идеальную скорость запуска Atlas V, вторжение России в Украину в 2014 году и аннексия Крыма вызвали призывы американских законодателей прекратить зависимость от РД-180, создав новый двигатель для Atlas V на территории США — задача «Легче сказать, чем сделать», — сказал Стоун.

«Идея была такова: «Давайте просто разработаем новый двигатель, который будет втыкаться в заднюю часть Atlas V», но это не так, — сказал Стоун. «Это не самолет, из которого можно вытащить двигатель и вставить новый. Вы в основном строите двигатель и проектируете все вокруг него».

Кроме того, РД-180 имеет конструкцию, которую американские производители ракетных двигателей не смогли воспроизвести, добавил он. По его словам, это включает в себя уникальную металлическую смесь для стенок его камеры сгорания, которая предотвращает растрескивание во время запуска.

Осознавая потребность в новых ракетах-носителях и двигателях, Центр космических и ракетных систем при Национальном разведывательном управлении в 2019 году опубликовал запрос предложений на получение двух внутренних контрактов на пусковые услуги в рамках новой программы запуска космических объектов национальной безопасности, согласно Отчет Исследовательской службы Конгресса под названием «Учебник по обороне: космический запуск национальной безопасности».

Год спустя ULA и SpaceX были объявлены победителями двух контрактов, опередив Northrop Grumman и Blue Origin, говорится в отчете. ULA покроет 60 процентов миссий, заказанных Командованием космических систем, а SpaceX возьмет на себя остальные.

Решение о разработке новой ракеты и двигателя было подтверждено после полномасштабного вторжения России в Украину в феврале, когда Москва официально объявила о прекращении всех продаж и поддержки РД-180 в США в ответ на введенные санкции на страну.

«Мы смогли сказать: „Ну и что? Нам больше не нужны ваши вонючие двигатели», — сказал Стоун.

Поэтапный отказ от оставшихся ракет Atlas V и уже закупленных РД-180, ULA будет использовать свою новую тяжелую ракету-носитель Vulcan Centaur для предстоящих заданий. По словам Бруно, разработка ракеты ведется с 2014 года, и смещение акцента компании с двух ракет на одну позволило ей снизить затраты.

«Вулкан» имеет такую ​​же одноядерную структуру, что и «Атлас-5», с возможностью добавления до шести твердотопливных ракетных ускорителей, но он намного крупнее, так что его грузоподъемность выше, чем у «Дельты-4», сказал он. Твердотопливные ракетные ускорители используются для обеспечения тяги от начального взлета до первого подъема.

«Тот факт, что это одноядерная тяжелая [ракета], делает эту тяжелую миссию — которую сегодня выполняет только Delta IV Heavy — действительно недорогой. Это примерно треть, даже ближе к четверти стоимости», — сказал Бруно. Delta IV Heavy — самая мощная ракета в парке ULA, она доставила на орбиту ряд крупных полезных грузов Национального разведывательного управления.

Старт первой ступени Vulcan будет оснащен парой двигателей BE-4 производства Blue Origin. ULA заключила партнерское соглашение с Blue Origin в 2014 году для совместного финансирования разработки двигателя, который также будет использоваться в ракете Blue Origin New Glenn, которую компания представила для участия во втором этапе конкурса.

В качестве основного двигателя ракеты-носителя в качестве топлива используется жидкий метан — еще одно отличие от РД-180, работающего на керосине, отметил Бруно.

Но прежде чем Vulcan сможет начать запуск полезной нагрузки национальной безопасности, он должен выполнить две успешные коммерческие миссии, чтобы получить сертификат — процесс, который был отложен из-за задержек с двигателем BE-4.

Бруно сказал, что некоторые задержки ожидались, учитывая как меньший штат Blue Origin, когда ULA впервые решила использовать BE-4, так и сложный процесс, необходимый для создания ракетного двигателя с нуля.

ULA тесно сотрудничает с Blue Origin, а также перестраивает разработку Vulcan для размещения BE-4, сказал он.

«Вещи, которые мы могли бы сделать шаг за шагом… мы делаем это параллельно», — объяснил он. «Вы можете пойти на небольшой дополнительный риск в отношении нашей разработки, если нам придется вернуться назад и что-то изменить, потому что движок получился немного другим, но это управляемый риск».

Почти готовы первые два лётных двигателя БЕ-4. По его словам, после завершения они пройдут сертификационные испытания. Из того, что он видел до сих пор в конфигурациях производительности BE-4, Бруно сказал, что он «очень доволен двигателем».

«Вулкан» будет сразу же переходить к сертификационным запускам, минуя любые испытательные полеты, — отметил он. Первый полет ракеты будет нести полезную нагрузку лунного посадочного модуля Peregrine компании Astrobotic Technology для программы NASA Commercial Lunar Payload Services, и в настоящее время она готовится к запуску «к концу этого года», сказал он.

В мае Командование космических систем поручило ULA и Vulcan провести первые пять миссий по обеспечению национальной безопасности в рамках второй фазы запуска космических аппаратов национальной безопасности. Хотя конкретных сроков запусков не было объявлено, ожидается, что они состоятся в течение следующих двух лет. Согласно пресс-релизу Командования космических систем.

SpaceX получила от Командования космических систем три миссии в качестве первой части контракта. Компания планирует использовать свои ракеты Falcon 9 и Falcon Heavy, обе из которых оснащены собственным семейством двигателей Merlin на керосине и жидком кислороде на первом этапе запуска.

Одной из причин, по которой семейство Falcon выделяется, является способность SpaceX восстановить первую ступень ракеты, включая двигатели Merlin, для повторного использования, отметил Стоун. Он добавил, что двигатели РД-180 не могут быть использованы во втором пуске.

SpaceX не ответила на запросы Национальной обороны об интервью.

Хотя миссии, заключенные по контракту в рамках фазы 2 программы запуска космических аппаратов национальной безопасности, еще не начались, и космические силы, и космическая промышленность уже готовятся к следующей фазе контрактов на средние и тяжелые запуски.

Самое большое изменение в индустрии запусков связано с тем, как Космические силы реагируют и готовятся к мелкомасштабным и крупномасштабным атакам противников в космосе, сказал Дуг Ловерро, президент Loverro Consulting, который специализируется на национальной безопасности и космическом наведении. Ранее Ловерро занимал руководящие должности как в НАСА, так и в Пентагоне.

В результате требования для фазы 3, скорее всего, будут касаться необходимости одновременного запуска нескольких небольших спутников на низкую околоземную орбиту, таких как те, которые развернуты Агентством космического развития, сказал он.

«У вас по-прежнему будут большие ракеты-носители для первоначального заполнения созвездий, но у вас будут маленькие ракеты-носители, чтобы идти вперед и ремонтировать их или пополнять их, когда эти спутники на орбите выходят из строя», — сказал Ловерро.

Из-за ожидаемой потребности в меньшей полезной нагрузке компании, которые специализируются на технологии запуска небольших ракет, такие как Relativity Space, Rocket Lab, Virgin Orbit и Firefly Aerospace, имеют шанс побороться за будущие военные контракты, сказал он.

Еще одна тенденция, наблюдаемая в отрасли, заключается в большем развитии многоразовых двигателей с метановым топливом вместо традиционного керосина, используемого в РД-180, сказал Джо Лауриенти, основатель и генеральный директор производителя двигателей и ракет Ursa Major. Он отметил, что возможность повторного использования ракетного двигателя не только снижает затраты, но и лучше для окружающей среды.

«[Метан] сгорает более чисто, поэтому, если вы разбираете или проверяете двигатель, это, как правило, лучшее решение», — сказал он. «Повторное использование двигателя даже один раз снижает углеродный след, который вы создаете для создания этих деталей, и вы не сбрасываете детали в океан».

В июне Большая Медведица представила собственный многоразовый ракетный двигатель на метане под названием Arroway. По словам Лауриенти, компания разработала двигатель таким образом, чтобы его можно было в основном распечатать на 3D-принтере, что позволяет масштабировать его во время производства и легко ремонтировать перед повторным использованием.

Arroway пройдет испытания в 2023 году, а первая поставка запланирована на 2025 год. Лауриенти сказал, что Ursa Major предложит свой двигатель в качестве замены РД-180, а также в качестве потенциального двигателя верхней ступени.

Заглядывая вперед, Бруно отметил, что, поскольку противники США, такие как Китай, продолжают размещать противоспутниковое оружие и заявлять о своем присутствии в космосе, «это просто ставит Америку в гораздо более выгодное положение, поскольку эти технологии и промышленные мощности для производства продуктов здесь, на берегу». ».

ULA будет стремиться продолжить программу запуска космических аппаратов национальной безопасности, как только «Вулкан» завершит свои контрактные миссии в рамках фазы 2, сказал он.

В целом, решение прекратить использование РД-180 и иметь более разнообразные ракеты-носители создало более прочную ракетную производственную базу, сказал Ловерро.

«Мы видим, что индустрия разработки двигателей гораздо более распространена по всей стране и имеет гораздо больше форм и размеров, чем мы видели в конце 80-х, 90-х и начале 2000-х», — добавил Ловерро. Он отметил, что отсутствие разработки было связано с зависимостью Соединенных Штатов от российского РД-180, незаинтересованностью Министерства обороны в многоразмерных ракетах-носителях и отсутствием коммерческой космической отрасли.

Лауриенти сказал: «Сейчас действительно необходима суверенная космическая программа. … Соединенные Штаты могли бы превратиться из нетто-импортера ракетных двигателей в экспортера, где мы не только избегаем проблемы безопасности… но и создаем позицию стратегического преимущества».

Темы: Космос

Британский стартап по испытанию крошечного двигателя для (относительно) высокоскоростных космических маневров

Цель Magdrive — создать эффективные двигательные установки с большой тягой для работы в космосе за пределами орбиты Земли вплоть до Луны. (Изображение: НАСА)

ВАШИНГТОН: «Он маленький, но мощный» может быть крылатой фразой для крошечного двигателя космического корабля британского стартапа Magdrive, который, по утверждению компании, может эффективно разгоняется до 90 164 оборотов от величественного движения, обеспечиваемого электрическими двигателями, до всплесков скорости, обеспечиваемых традиционными химическими двигателями.

«Мы строим первую систему такого типа. Это обеспечивает очень высокую эффективность электрических систем, но дает гораздо большую тягу — в некоторых случаях более чем в 100 раз превышающую тягу существующих электрических систем», — заявил на прошлой неделе Breaking Defense генеральный директор стартапа из Оксфорда Марк Стоукс. .

Электрические двигательные установки, возможно, не в состоянии быстро перемещать космический корабль, но они используются сегодня спутниками, предназначенными для маневрирования, в значительной степени потому, что у них нет проблемы с нехваткой топлива. Напротив, бортовые химические двигатели космических кораблей, которые полагаются на хранимое топливо, могут обеспечить большую тягу, но они потребляют довольно мало газа, так сказать, и, конечно, в конечном итоге иссякают.

Магдрайв, объяснил Стоукс, стремится создать двигательную систему, сочетающую в себе преимущества обоих.

«Теперь, это не соответствует тяге, которую вы получаете от небольших химических систем, но этого достаточно, чтобы поднять электрические системы до точки, где они начинают делать все то, что могут делать химические системы, и ключевой момент здесь возможность выполнять все эти маневры с помощью всего одной системы», — пояснил он.

В космосе требуются (относительно) высокоскоростные маневры для таких миссий, как сближение с другим спутником или уход с пути космического мусора — растущая проблема. Или, в случае с военными спутниками, избежать противоспутникового оружия.

«Вы можете выполнять рандеву, вы можете быстро развертывать, вы можете выполнять крупномасштабные изменения наклона», — сказал Стоукс.

Magdrive уже привлек внимание правительства Великобритании, и они участвуют в одном из 13 проектов, которые Великобритания финансирует в рамках объявленной в январе инициативы по поддержке устойчивой космической среды путем избавления от части этого мусора. .

«Magdrive и Университет Саутгемптона изучают возможность создания системы автоматизированного блока спуска с орбиты (PAD-B) на основе плазменного двигателя», — говорится в пресс-релизе космического агентства Великобритании от 31 января. «Корабль-база будет нести многие из этих нанокосмических кораблей весом около 1 кг, которые могут стрелять по обломкам издалека. Они будут прикреплены и будут работать вместе, чтобы автономно выбрасывать мусор в атмосферу, чтобы избавиться от него».

Проект финансируется в размере 199 500 фунтов стерлингов (около 246 000 долларов США) для «поставки летного оборудования для космического полета прототипа субкомпонента в июне 2022 года», — говорится в сообщении.

В сумме Magdrive привлек около 3,5 миллионов долларов в виде грантов от правительства Великобритании и Европейской комиссии, по словам Стоукса. Одним из ключевых спонсоров фирмы также является венчурная компания Founders Fund миллиардера Питера Тейла из Сан-Франциско.

Что касается Министерства обороны Великобритании, он сказал: «Сейчас у нас нет средств, но у нас определенно есть такие амбиции».

На орбите оборонного рынка, включая Министерство обороны

Кроме того, добавил Стоукс, Magdrive работает над созданием подразделения в США, которое сможет продавать свою продукцию Министерству обороны, которое в целом является крупным клиентом космических компаний.

«Будущее Magdrive — американское, на 100%», — сказал Стоукс.

Британский стартап Magdrive строит двигательную установку космического корабля массой 1 кг, которая использует плазму для создания большой тяги. (Изображение: Magdrive)

Уже в мае Magdrive был выбран Amazon Web Services в качестве одного из 10 проектов для программы AWS Space Accelerator 2022 года. По словам Стоукса, несмотря на то, что в рамках этой программы нет обмена наличными, у Magdrive, по сути, есть куча свободного времени на серверах AWS для запуска суперкомпьютера, используемого для моделирования физики.

Между тем, целью компании является масштабирование текущего проекта «Magdrive-nano», который весит 1 килограмм и имеет размер самых маленьких наноспутников, — сначала для использования на низкой околоземной орбите (НОО). Стоукс сказал, что компания ищет партнеров, которые помогут доказать, что двигательная установка в увеличенном масштабе действительно может обеспечить обещанную тягу при демонстрационном запуске, который в настоящее время запланирован на 2024 год. , заключается в том, что клиент может купить столько отдельных блоков Magdrive-nano, сколько ему нужно для питания своего космического корабля для любых миссий, которые он задумал.

Стремление к новой космической эре

Но Стоукс убежден, что компания находится на пороге продвижения бизнеса по производству двигателей для космических кораблей в «новую космическую эру», открывая возможности для более быстрого и эффективного путешествия по обширным регионам. в космосе — например, окололунный объем между внешней атмосферой Земли и атмосферой Луны, где космические силы США разместили свои оперативные базы.

Цель компании, по его словам, состоит в том, чтобы обеспечить «научно-фантастические вещи», такие как производство на орбите и орбитальная сборка. «Он смотрит на добычу полезных ископаемых на астероидах, он смотрит на лунную активность».

Magdrive, по его словам, например, надеется сотрудничать с калифорнийским стартапом Varda Space Industries (компания, созданная главой Founders Fund Делианом Аспароуховым), которая, согласно данным, занялась строительством «первого в мире коммерческого индустриального парка с невесомостью». его веб-сайт.

Действительно, Стоукс убежден, что усовершенствованная двигательная установка Magdrive — «образно названная Super Magdrive», — пошутил он, — находится на пороге революции в области двигательных установок, которая, по сути, может изменить правила игры, дополняя ядерные двигательные установки, которые сейчас изучались Космическими силами и Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США для таких масштабных миссий.

Но его топливо, объяснил Стоукс, не радиоактивно. Вместо этого это инертный металл, который «сжигается» для создания плазмы, которая приводит в действие систему.

«Мы используем твердометаллическое топливо вместо газа. Это означает, что нам нужно гораздо больше энергии, чтобы ионизировать его, но когда мы это делаем, он создает сверхгорячую, сверхплотную плазму с температурой около 15 000 градусов примерно за полмикросекунды. И в течение этого времени мы сдерживаем его магнитными полями и ускоряем его, чтобы произвести тягу», — сказал он.

Кроме того, этот металл можно добывать на астероидах, а это означает, что в будущем двигательные установки Magdrive следующего поколения можно будет построить в космосе.

Стоукс сказал, что Magdrive уже ведет переговоры с известным производителем двигателей Rolls Royce о своих планах построить небольшое ядерное устройство деления для питания космических кораблей в дальнем космосе. «У нас было несколько очень крутых разговоров, когда они спрашивали меня о моих требованиях», — сказал он, немного напоминая ребенка в кондитерской.

Двигательная установка: взлет, корректировка орбиты и путешествие в космосе

Включение и поддержка

1057 просмотров
4 лайков

Запуск космического корабля — это начало новой миссии и единственный способ достичь глубин Солнечной системы. Когда многоразовые ракеты становятся реальностью, что делает ЕКА, чтобы усовершенствовать двигательную технику и сделать ее более экологичной?

Без двигателя ничто никуда не денется. Он обеспечивает экстремальное ускорение, необходимое ракете для старта и вывода космического корабля на орбиту вокруг Земли или отправки его в более глубокий космос. Затем сами космические корабли используют свои собственные двигательные установки, чтобы корректировать свои орбиты вокруг Земли, путешествовать в космосе или совершать тщательно контролируемые посадки на поверхности других планет.

Европейские ракеты-носители известны своей надежностью, но ЕКА продолжает разрабатывать новые технологии для обеспечения более дешевых, экологичных и надежных запусков. В ракетах обычно используется «химический двигатель», который бывает двух основных типов: жидкостный и твердый. В то время как жидкостная тяга более эффективна, твердотопливная тяга проще, безопаснее и дешевле.

• Жидкостный двигатель сочетает топливо с кислородом в камере сгорания. Смесь воспламеняется и взрывается, создавая мощные дымовые газы. Они приводятся в движение центральным соплом двигателя, толкая ракету вперед. Поток топлива можно контролировать, а величину тяги регулировать. Жидкостная двигательная установка остается самой современной для большой тяги, создаваемой современными ракетами-носителями, а также для маневров космических кораблей на орбите.
• Твердотопливный двигатель работает по тому же принципу, что и фейерверк: воспламеняется предварительно смешанное топливо и окислитель, после чего тягу нельзя регулировать или отключать. Твердотопливные двигатели могут быть полезны для «разгонных» ступеней, выводящих спутники на их конечную орбиту.

Химический двигатель в действии во время запуска Ariane 5

Одной из альтернатив химическим двигателям является электрический двигатель. Этот более эффективный процесс использует электричество для выталкивания топлива на высокой скорости. Отчасти благодаря исследованиям, проведенным ESA Discovery & Preparation, электрическая силовая установка становится все более зрелой технологией. В частности, электростатические двигатели ценятся за их способность обеспечивать постоянную тягу в течение длительных периодов времени с ограниченным количеством топлива.

«Открытие и подготовка» также исследует более новые методы движения, такие как лазеры, солнечные паруса и ядерные двигатели.

Чем занимается в этой области Discovery & Preparation?

Испытательный запуск европейского плазменного двигателя Helicon, идеально подходящего для приведения в движение небольших космических кораблей.

Ранние исследования

Открытие и подготовка ЕКА инвестирует в новые исследования, чтобы определять будущее космической деятельности. В 1999 году программа поддержала два этапа исследований, в ходе которых оценивались потребности в передовых космических двигателях в следующем столетии. На первом этапе исследования PROPULSION 2000 были определены наиболее многообещающие концепции и технологии двигателей в обозримом будущем. На этапе 2 были предложены планы развития для четырех основных сценариев миссии: ракеты-носители, орбитальные транспортные средства, спутники и миссии в дальний космос.

Исследование 2002 года изучало потребность в энергии для будущих миссий, в том числе для двигателей. Он пришел к выводу, что в течение следующих 5–15 лет Европа должна сосредоточиться на разработке технологии ядерных двигателей, а также на демонстрации силовых двигателей, которые обычно используют либо микроволновый, либо лазерный луч для движения космического корабля вперед. С тех пор группа передовых концепций ЕКА исследовала световые паруса с питанием от луча.

Электрические двигатели

На рубеже веков технологии электрических двигателей стали выглядеть более привлекательными; срок службы электроники увеличивался, и космические корабли могли генерировать больше электроэнергии.

Электрические двигатели сейчас считаются ключевой и революционной технологией для спутников нового поколения. Он использует электричество для ускорения топлива и, в отличие от химического двигателя, требует очень мало массы. В последние годы он стал более популярным выбором для полетов в дальний космос; он использовался в миссиях ESA BepiColombo, GOCE и SMART-1.

В 2014 году исследование Discovery было одним из первых исследований плазменных двигателей Helicon для космических приложений. Эти двигатели используют радиоволны высокой мощности для перевода топлива космического корабля в состояние плазмы, что позволяет достичь гораздо более высоких скоростей топлива. В исследовании были определены миссии, для которых плазменный двигатель Helicon был бы особенно выгоден; было обнаружено, что миссии с участием долгосрочных орбитальных аппаратов на базе Международной космической станции (МКС) будут особенно полезны, поскольку они могут использовать отработанные газы МКС в качестве топлива.

В другом исследовании изучалось применение кластерного электрического эффекта в электрических двигательных установках. Процесс включает в себя получение электричества из крошечных молекулярных «снежков»; он имеет различные преимущества для электрических двигателей, в результате чего двигательные установки являются гибкими, легкими, обеспечивают практически неограниченную энергию и имеют высокое отношение тяги к мощности.

CubeSats ЕКА, по состоянию на октябрь 2018 г.

В последние годы запускается все больше и больше малых спутников. Они часто не имеют бортовой двигательной установки, что снижает их возможности и срок службы. TNO, NanoSpace и EPFL признали, что для улучшения следующего поколения малых спутников требуется разработка миниатюрных, высокоинтегрированных двигательных установок, отвечающих строгим ограничениям по массе, объему и мощности. В качестве первого шага к достижению этого в ходе исследования 2009 года они разработали новую электрическую силовую установку на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС). В ходе исследования было выявлено множество сценариев миссий, которые могли бы выиграть от такой двигательной установки.

Чтобы сделать электрические двигательные установки еще более эффективными, в рамках исследования «Открытие и подготовка» был изучен процесс, включающий ускорение горячей плазмы через магнитное сопло. Исследование показало, что этот метод может улучшить производительность двигателя.

Солнечная электрическая тяга использует электроэнергию от бортовых солнечных батарей. В исследовании 2012 года изучалось сочетание солнечных электрических и химических двигателей, чтобы использовать преимущества каждого из них.

Прочие силовые установки

Движение за счет создания магнитного пузыря

Твердотопливные двигатели были введены в военных целях во время Второй мировой войны. С конца 1950-х годов он использовался во многих малых пусковых установках, включая европейскую Vega. Твердотопливные двигатели также использовались для корректировки орбиты, переориентации, разделения и многого другого. В исследовании 2012 года оценивалось современное состояние технологий твердотопливных двигателей и был создан инструмент, который можно использовать либо для выбора существующих твердотопливных двигателей из базы данных, либо для создания предварительных проектов новых двигателей.

Солнечные паруса, которые движут космические корабли в космосе, используя импульс солнечного света, становятся все более актуальными, но как насчет использования магнитной природы солнечного ветра? В одном исследовании изучались теоретические и технические аспекты двух концепций «магнитосферного движения», когда космический корабль использует электрический ток для создания магнитного пузыря вокруг себя, который отклоняет солнечный ветер.

Но это не все истории успеха. Исследования «Открытие и подготовка» также хороши для выяснения того, что не сработает. В начале 2000-х годов тема управления гравитацией для движения космических кораблей регулярно обсуждалась в научных публикациях. Исследование «Открытие и подготовка» показало, что даже если бы гравитацию можно было изменить, это принесло бы лишь скромный выигрыш в запусках космических кораблей и не дало бы прорыва в области космических двигателей.

Отправка космического корабля в спящий режим

пассивация

Даже когда космический корабль больше не используется, его заряженные батареи или оставшееся топливо могут вызвать взрывы, которые являются основным источником космического мусора. Чтобы избежать этого, ЕКА исследует методы «пассивации», гарантирующие, что на борту космического корабля не останется энергии.

Два параллельных исследования «Открытие и подготовка» сыграли ключевую роль в разработке этой концепции. В первом рассмотрены требования и последствия пассивации, а также стратегии пассивации для текущих и будущих миссий. Второй был больше сосредоточен на риске образования космического мусора из-за отказа двигательной установки, включая конкретный риск удара непустого двигательного бака на высокой скорости.

Чем еще занимается ЕКА?

Ариан 6

Ariane — это собственная европейская ракетная программа, обеспечивающая Европе независимый доступ в космос. ESA работает с Airbus, ArianeGroup и другими партнерами над Ariane, в том числе над элементами силовой установки. Новейший член семейства ракет, Ariane 6, должен совершить свой первый запуск в 2023 году.

К 2025 году Ariane 6 может использовать двигатель Prometheus. Этот сверхдешевый многоразовый двигатель работает на жидком метане, и в настоящее время по контрактам ЕКА строятся демонстрационные образцы. Prometheus мог добиться десятикратного снижения затрат по сравнению с существующим двигателем Ariane 5 Vulcain 2.

Интегрированный демонстратор технологии экспандеров

ESA также разрабатывает интегрированный демонстратор технологии экспандеров, или ETID, который проложит путь к следующему поколению криогенных двигателей верхней ступени в Европе. В этой инновационной конструкции жидкое водородное топливо «расширяется» через охлаждающие каналы перед сгоранием, переходя от температуры жидкого водорода к полному сгоранию чуть более чем за секунду. Его результаты актуальны для перезапускаемого двигателя Vinci, который был разработан для питания верхней ступени ракеты-носителя Ariane 6.

Специальная двигательная лаборатория ЕКА тестирует методы управления движением космических кораблей после их выхода в космос. В частности, лаборатория накопила большой опыт в области различных методов электрических двигателей, а также систем химических двигателей.

Лаборатория двигателей ЕКА

Чем занимаются другие космические агентства?

Транзитная среда обитания на Марсе и ядерная двигательная установка, которая однажды сможет доставить астронавтов на Марс
900:02 НАСА также исследует электрические двигатели; например, его Power and Propulsion Element для Lunar Gateway продемонстрирует усовершенствованную, мощную солнечную электрическую тягу вокруг Луны. Американское агентство также изучает концепции двигателей для посещения Марса, включая комбинацию ядерно-электрических и химических двигателей, а также новые технологии, такие как ядерные тепловые двигатели.

Немецкий аэрокосмический центр (DLR) также участвует в разработке двигателей, например, ETID был протестирован на площадке Центра в Лампольдсхаузене. В DLR также находится Институт космического движения, где двигатели для ракет, таких как семейство Ariane, испытывались и совершенствовались с 19 века.59.

Эксплуатация и маркетинг программы Ariane осуществляется Arianespace, коммерческой дочерней компанией французского космического агентства CNES. CNES поддержала проект Ariane 6 и разрабатывает наземные объекты во Французской Гвиане, необходимые для запуска ракет Ariane.

ЕКА работает с Итальянским космическим агентством (ASI) над другой ракетой-носителем – Vega. С момента своего первого запуска в 2012 году Vega делает доступ в космос дешевле, быстрее и проще. Обычно он несет спутники для научных миссий и миссий по наблюдению за Землей на полярных и низких околоземных орбитах.

Японское космическое агентство JAXA исследует более экологически безопасные технологии двигателей как для ракетных установок, так и для самолетов. Исследованиями и разработками ракетных двигателей руководит Космический центр Какуда, который проводит исследования, начиная от основ и заканчивая приложениями. В JAXA даже есть специальная Лаборатория электрических двигателей, специализирующаяся на исследованиях и разработках технологий электрических двигателей и связанных с ними методов диагностики плазмы. Двигатели, разработанные в лаборатории, использовались в недавних миссиях Hayabusa и Hayabusa-2.

Ассоциация аэронавтики и астронавтики Франции в настоящее время организует конференцию Space Propulsion 22, посвященную ракетам и двигателям для космических кораблей всех типов. Мероприятие пройдет в Эшториле, Португалия, 9–13 мая 2022 года.

Спасибо за лайк

Вам уже понравилась эта страница, вы можете поставить лайк только один раз!

США планируют вывести на орбиту атомный космический корабль к 2026 году

Эта технология может сократить количество полетов на Марс на месяцы и помочь американским спутникам избежать атак.

Эта статья представляет собой выпуск журнала Future Explored, еженедельного справочника по технологиям, меняющим мир. Вы можете получать подобные истории прямо на свой почтовый ящик каждое утро четверга, подписавшись по номеру здесь .

Ракетная технология, предложенная НАСА более 50 лет назад, может стать будущим космических путешествий.

Это называется ядерным тепловым двигателем (NTP), и оно может значительно сократить время в пути до удаленных пунктов назначения, одновременно повышая гибкость запуска и делают космические полеты более безопасными для космонавтов.

Это также может сделать спутники менее уязвимыми для вражеских атак — и США планируют продемонстрировать это в космосе к 2026 году. отпускание насадки воздушного шара, который вы наполнили воздухом — когда воздух выходит из отверстия, он отправляет воздушный шар в противоположном направлении. Тяга – это сила, движущая воздушный шар.

Большинство ракетных двигателей создают тягу, комбинируя топливо (например, жидкий водород) с окислителем (например, жидкий кислород) и воспламеняя смесь. Это создает газ, который затем вытесняется из сопла двигателя, толкая ракету в противоположном направлении. Однако

Химические ракетные двигатели — не единственный вариант.

Ядерные тепловые двигательные установки мощнее и вдвое эффективнее химических ракетных двигателей.

В 1950-х годах НАСА начало исследовать системы NTP, которые используют ядерное деление — процесс расщепления атомов — для производства тепла, необходимого для преобразования жидкого топлива в газ и создания тяги.

В настоящее время эти системы не предназначены для запуска космических кораблей с поверхности Земли — для этого будет использоваться химическая ракета — но они имеют огромные преимущества для путешествий в космосе.

Системы NTP более мощные и в два раза эффективнее химических ракетных двигателей, а это означает, что они могут производить вдвое большую тягу, чем химические ракеты, используя такое же количество топлива.

Эксперты считают, что они могут сократить время, необходимое ракете для достижения Марса, на 25% (сокращение времени полета примерно на два месяца), что уменьшит воздействие на астронавтов таких угроз, как космическая радиация, микрогравитация и скука.