Плазменный ракетный двигатель: Плазменный ракетный двигатель. Что заказал «Росатом»?

Изготовление плазменных двигателей в России

Гигантские звездолеты с призрачно светящимися двигателями стали одним из постоянных атрибутов космической фантастики. В то же время плазменные двигатели уже полвека успешно используются в настоящей космонавтике, и российские разработчики являются одними из мировых лидеров. Мне удалось посетить калининградское предприятие «ОКБ Факел» и увидеть, как создаются стационарные плазменные двигатели.

Стационарный плазменный двигатель (СПД) — это одна из разновидностей электроракетного двигателя, где электрическая энергия используется для ионизации газа и придания полученной плазме высокой скорости истечения из «сопла».

У такого двигателя нет топлива в привычном понимании, т.е. горючего и окислителя, необходимого для химической реакции с выделением тепла. СПД подходит практически любой газ, но лучше использовать химически неактивные и с высокой атомной массой, вроде аргона или ксенона. Плазменные двигатели обеспечивают очень высокую скорость выбрасываемой струи газа, например, для ксенона это около 30 км/с. Для сравнения, скорость выброса газа у одного из самых эффективных химических ракетных двигателей — кислород-водородного — около 4,5 км/с. Преимуществом химических двигателей является способность выбрасывать сразу много газа, что дает большую тягу. СПД же требует мощного источника электрической энергии, и даже с ним способен выбрасывать лишь незначительную массу газа за момент времени, то есть имеет очень малую тягу и требует много времени на разгон и торможение. Плазменные двигатели применяются только в космосе: оснащенные ими космические аппараты имеют относительно малый запас рабочего тела и большой размах солнечных батарей.

О возможностях использования электроракетных двигателей задумывались еще в начале XX века, но к первым испытаниям в космосе перешли только в 60-е годы. В 1972 году в системе ориентации советского спутника «Метеор» использовались два электроракетных двигателя: ионный и стационарный плазменный. СПД показал себя лучше, и советские специалисты сконцентрировались на этой разновидности. В создании экспериментальных образцов принимали участие специалисты «ОКБ Факел», и с того времени предприятие стало специализироваться на производстве двигателей такого типа, развивать и совершенствовать технологию.

В начале XXI века калининградский СПД-100 прошел успешные испытания на лунном спутнике Европейского космического агентства Smart-1.

После успешного полета к Луне европейские производители коммерческих геостационарных спутников стали закупать российские двигатели и создавать новые поколения спутников. Ранее на спутниках-ретрансляторах использовались химические двигатели на токсичном гидразине. Применение российских СПД открыло возможность создания т.н. «полностью электрических спутников», на которых уже не было химической тяги.

Калининградские СПД имеют довольно небольшой размер, но цикл их производства всё же требует немалых производственных площадей.

Разработчики «ОКБ Факел» активно сотрудничают с европейскими производителями и даже помогали французам сделать свой двигатель. Однако на предприятии строжайшие нормы безопасности. Фотосъемка на экскурсии была запрещена сотрудниками службы безопасности, а кадры использованные в репортаже, сняли позже сотрудники пресс-службы по моей просьбе.

На «ОКБ Факел» наглядно видна преемственность поколений.
Молодые работают рядом с опытными специалистами.

Кульманы давно заменены на САПР «Компас-3D» для разработки трехмерных моделей и выпуска конструкторской документации.

Цех механической обработки открывается современными станками ЧПУ.

— В некоторых случаях у нас токари пишут программы сами, — говорит генеральный конструктор предприятия Евгений Космодемьянский. И я понимаю, что пришло время выбросить свое удостоверение токаря второго разряда.

Однако в глубине зала работа идет на универсальных станках, где роль ручного труда сохраняет значение, и мои надежды на космическую карьеру возрождаются.

Необходимый этап создания космического двигателя — испытание. Для проверки СПД требуется смоделировать условия космоса, прежде всего вакуум.

Вакуумные камеры кажутся огромными для таких небольших двигателей. Они пригодны для испытания всей линейки двигателей, которые производят на «ОКБ Факел».

В советские времена здесь разрабатывали самый мощный двигатель в своем классе — СПД-290. Сейчас создается сравнимый по мощности СПД-230.

Своими глазами работу плазменного двигателя увидеть, к сожалению, не удалось, но фото нам предоставили.

Недавно «Роскосмос» показал классное видео с бортовых камер спутника Egyptsat-A, созданного в «РКК Энергия».

На этих кадрах, пожалуй, впервые миру показана работа плазменных двигателей СПД-70 в космосе.

Возможно, моя фраза про мировое лидерство «ОКБ Факел» может показаться излишне пафосной, но практика показывает правоту этих слов. Space System/Loral, Airbus — это одни из самых крупных производителей коммерческих спутников связи в мире, и они берут калининградские СПД. А совсем недавно заключен вероятно самый большой контракт в истории мирового спутникостроения — на несколько сотен модернизированных двигателей СПД-50М.

Когда проходила моя экскурсия сотрудники предприятия не признавались кто заказчик ссылаясь на соглашение о неразглашении. Позже информация попала в СМИ и теперь мы знаем, что это OneWeb. Проект низкоорбитального спутникового интернета предполагает запуск почти тысячи космических аппаратов в течение трех-четырех лет. И на каждом спутнике будет российский плазменный двигатель.

Новый заказ требует перестройки всего производства, ведь надо создавать практически по двигателю в день. Специалистов на работу набирают даже из других городов. Такой нагрузки не было никогда, поэтому под проект OneWeb провели модернизацию с новыми станками ЧПУ и оборудовали новое современное чистое помещение для сборки.

За каждым столом собирается по двигателю.

Готовые изделия запираются в специальном шкафу, где поддерживается определенный режим температуры и влажности.

Работа почти ювелирная и неподготовленным взглядом воспринимается непривычно. Обычно под сборкой космических двигателей понимается что-то более масштабное.

Зато в результате получаются вот такие красавцы.

Финальный этап экскурсии — музей предприятия. Здесь первым делом показывают историческую гордость, «лунный камин» — макет радиоизотопного теплогенератора, который был установлен на советских «Луноход-1» и «Луноход-2» и согревал электронику в холодные лунные ночи.

Разумеется, музейный образец не начинен полонием и не радиоактивен.

Еще одно направление производимых «ОКБ Факел» двигателей для космических аппаратов — термокаталитические. Они требуют химического топлива, но его разложение до газообразных компонентов происходит при помощи металлического катализатора, размещенного внутри двигателя. Для повышения интенсивности реакции катализатор нагревается подобно спирали электроплитки.

Термокаталитические двигатели имеют меньшую эффективность чем плазменные или даже химические двухкомпонентные, зато они позволяют создать более простую топливную систему. Обычно такие двигатели используются для ориентирования космических аппаратов и располагаются в блоках по несколько штук.

Особый интерес вызывает один музейный образец — стационарный плазменный двигатель, прошедший длительные испытания в вакуумной камере. Тысячи часов работы приводят к деградации поверхности двигателя под воздействием плазмы.

Такие испытания позволяют повышать ресурс двигателей. Сейчас СПД обеспечивают гарантированную работу в течение нескольких тысяч часов. И, по словам представителей «ОКБ Факел», этот ресурс многократно подтвержден заказчиками, и новые заказы лучше всего говорят о качестве.

Хотелось бы приурочить эту публикацию к Дню космонавтики, чтобы не на словах, а на примере «ОКБ Факел» показать, что у нас есть космос, надо просто уметь его готовить.

Выражаю признательность пресс-службе и сотрудникам «ОКБ Факел» и компании «Аскон» за большую помощь в подготовке материала.

zelenyikot

Материально поддержать выход новых постов можно через сервис Patreon нажав на кнопку:

Другие способы оказать поддержку.

Чтобы не пропускать новые посты, подпишитесь на мои страницы:
в ЖЖ, Facebook, Вконтакте, Twitter.

Tags: ОКБ Факел, Роскосмос, Россия, спутники

Плазменный двигатель для космических кораблей: принцип работы, виды, недостатки

Это уникальное явление представляет из себя один из типов электрического ракетного двигателя, расходуемое вещество которого получает ускорение в состоянии плазмы. В сравнении с жидкостными агрегатами, эти устройства нельзя использовать для того, чтобы выводить грузы на орбиту. Это обусловлено тем, что аппараты работают исключительно в вакууме. Также учитывая уменьшение запасов рабочего тела в призме относительно высокой скорости его истечения, их следует рассматривать как один из способов совершения быстрых космических перелетов. Более подробно о том, что же все-таки такое плазменный двигатель для космических кораблей, как работает устройство и есть ли у него будущее, читай прямо сейчас.

Работают над этими инновационными аппаратами с середины XX в. Испытания первого прототипа провели NASA в 60-х годах. Возможная область применения двигателей достаточно широкая: от ориентации космических аппаратов в пространстве до полетов к другим телам Солнечной системы и совершение небольших орбитальных маневров.

Принцип работы

На удивление экспериментальная установка устроена очень просто. При помощи компрессора воздух под давлением идет в кварцевую трубку. К ней присоединен волновод, у которого на одном конце установлен магнетрон мощностью в 1 кВт. Именно это то устройство, которое отвечает за разогрев еды в микроволновке. Оно генерирует излучение в 2,45 ГГц, благодаря которому происходит ионизация и нагрев подаваемого воздуха. В итоге мы получаем плазму, в будущем отводящуюся в «реактивное сопло». Данный аппарат выглядит как кварцевая трубка в диаметре 24 см.

Таким образом, один конец у нас с, так называемой, микроволновкой. Отметим, что аппарат охлаждается простой водой. Если этого не делать, то есть риск возникновения выскоплазменного электромангала.

В результате эксперимента тяга, которую создали китайские ученые, заставляет подпрыгивать стальной шар, который весит 1 кг. Его крепят на конце импровизированного сопла. Проанализировав полученные данные, можно сказать, что подъемная сила в 28 Н/кВт, а также давление в 24 кН/кв.м. дает вполне реальную жизнь идее, когда воздушно плазменный реактивный двигатель становится интересным аналогом обычного реактивного двигателя, который работает на ископаемом топливе.

Ошеломляющий результат разработки – сразу три весомых для планеты пункта:

1. Больше не надо жечь нефтепродукты.
2. Заметно сократиться загрязнение атмосферы углеродом.
3. Замедлится процесс глобального потепления.

Ученые предполагают, что в будущем такими двигателями можно оснастить самые разные устройства, в том числе и самолеты. Но внедрить изобретение можно только тогда, когда будут разработаны компактные и мощные источники энергии. Ими вполне могут стать портативные термоядерные реакторы.

Виды

Для всех плазменных ракет свойственно работать по одному принципу. Речь идет о ситуации, когда предельно близко работают электрические и магнитные поля. На первом этапе происходит преобразование газа, как правило, ксенона или криптона, в плазму. Дальше происходит ускорение ионов в плазме из двигателя при скорости больше 72 тыс. км/ч. При этом создается тяга в необходимом направлении. На данный момент есть ни один способ, который дает возможность применить данную формулу для формирования рабочей плазменной ракеты. Три из них считаются максимально удачными и перспективными.

Двигатель Холла

Отличается этот вариант тем, что здесь нет ограничений, которые налагаются объемным зарядом. Благодаря этому обеспечивается большая плотность тяги. Как результат, этот тип двигателя способствует увеличению скорости ракет в несколько раз в сравнении, к примеру, с ионными агрегатами в том же размере.

Идея принадлежит американскому физику, Эдвину Холлу. Ученый показал миру, как в проводнике с взаимно перпендикулярным электрическим и магнитным полем образуется электроток. Основная фишка в направлении – оно для обоих перпендикулярно. Иными словами, в данном устройстве образование плазмы происходит при помощи заряда между анодом и катодом. Это совершенно простое действие отделяет электроны от нейтральных атомов.

В наше время в пределах околоземных орбит находится около 200 спутников, работающих на данном устройстве.

АИПД

Эта грозная аббревиатура расшифровывается как абляционный импульсный плазменный двигатель. Основная зона его предназначения – малые космические аппараты, оснащенные неплохим спектром функциональных возможностей. Расширение устройства обеспечивает высокоэффективный малогабаритный агрегат, который сможет корректировать и поддерживать орбиту.

Стоит отметить, что данное устройство весьма перспективно и имеет весомые плюсы:

• всегда готов к работе;
• большой ресурс;
• низкая инерционность;
• может точно дозировать импульс;
• тяга обуславливается потребляемой мощностью.

Стационарные двигатели

В первую очередь, при рассмотрении этого устройства, важно отметить малую врабатываемость мощности и компактность. Область применения его в космической технике – исполнительный орган электрореактивной установки.

Также он является незаменимым помощников во время научных исследований. Стационарный двигатель дает возможность моделировать с высокой точностью направленные плазменные потоки. Иначе говоря, его можно назвать магнетроном, который часто используют в промышленном направлении.

Преимущества перед другими видами

Помимо явной заботы об окружающей среде плазменные двигатели имеют еще один большой плюс. Речь идет об удельном импульсе, иными словами, скорости, с которой аппарат выбрасывает реактивную струю. Рекордные показатели реактивных двигателей для рассматриваемого устройства – посредственный результат. Если верхняя планка первых максимально достигает 4 км/с, то в случае реактивного агрегата среднее значение закрепилось на 10 км/с. Стоит отметить, что предела нет.

Рекомендуем ознакомится: Какую максимальную скорость может развить корабль в космосе.

Еще один немаловажный момент – вопрос раскрытия солнечных батарей.

Если у ракет на обычных двигателях с этим есть явные проблемы, то агрегаты на плазме работают на высоте. Так, толчки от деятельности АИПД смогли раскрыть солнечную батарею, которая заела.

Также нельзя не отметить предельную простоту и низкую стоимость конструкции. Все это граничит с высокой надежностью и возможностью работать на самых разнообразных телах. Кроме этого, агрегаты имеют небольшой вес и выглядят компактно. В них нет сжатых газов, химически активных, токсичных веществ. Это говорит о том, что они абсолютно безопасны в нерабочем режиме.

Будущее инновационного изобретения

Размышляя о будущем этих устройств, вырисовывается два разных направления:

1. Их будут использовать как двигатели для наноспутников.
2. Они найдут свое применение в области высокомощных двигателей для больших орбитальных маневров и полетов к иным телам Солнечной вселенной.

Сегодня есть множество крошечных спутников, которые выполняют достаточно серьезные задачи. Например, устройства CubeSat дистанционно зондируют Землю. Размер спутников ограничивает доступную электрическую мощность. Поэтому на данный момент для решения этой проблемы стал серьезно рассматриваться вопрос использования АИПД.

Также еще одна область фантазий – это строительство обитаемой станции или базы на Лунной орбите. В этом вопросе оснащении их двигателями такого устройства просто необходимо.

Отмечается, что плазменный двигатель для космических кораблей набирает скорость медленнее обычных. Но здесь кроется парадоксальная ситуация: наряду с низкой скорость на начальном этапе в последующем на далеких дистанциях движение происходит гораздо быстрее.

Плазменно-ракетный двигатель

Плазменный ракетный двигатель содержит соединенные между собой и расположенные соосно камеру сгорания, состоящую из камеры воспламенения и сжигания компонентов топлива горючего и окислителя и имеющую форсунки подачи горючего и окислителя и расширяющуюся торовую часть, к которой присоединен магнитный ускоритель плазмы, и сверхзвуковое газодинамическое сопло с сужающейся торовой и конической расширяющейся частями. На торовой расширяющейся части камеры размещены коронирующие электроды. Камера и сопло выполнены с охлаждающим зазором вдоль стенок, полость зазора соединена с коллектором горючего на нижнем торце сопла, а запальники выполнены в виде лазерных свеч зажигания. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения на жидком топливе с применением плазмы.

Пока люди ступили только на Луну, высадка на дальние объекты была зарезервирована только для беспилотных летательных аппаратов и роботов.

Одно люди очень заинтересованы в посещении Марса и др. планет. Помимо реальных проблем приземления и больших затрат существует проблема длительности полета. В среднем, до Марса около 225,3 миллиона километров от Земли. Даже в ближайшей точке он все еще находится на расстоянии около 56,3 миллионов километров от нашей планеты. Используя обычные химические ракеты, которые переносят нас в космическое пространство, потребуется не менее семи месяцев, чтобы добраться туда — не совсем короткий промежуток времени. Есть ли способ сделать это быстрее? Да! С применением плазменных ракетных двигателей!

В этом типе двигателей используется сочетание электрических и магнитных полей для разрушения атомов и молекул пропеллентов в коллекцию частиц, которые имеют либо положительный заряд (ионы), либо отрицательный заряд (электроны). Другими словами, газ-пропеллент становится плазмой.

Во многих конфигурациях этого двигателя затем применяется электрическое поле для извлечения ионов из задней части двигателя, которые обеспечивают тягу космическому аппарату в противоположном направлении. Благодаря этой технологии, космический корабль мог теоретически достичь скорости 198 000 км/ч. В итоге Марс можно достичь за 40 дней.

Плазма: четвертое состояние материи

Мир обычно состоит из веществ в трех состояниях: твердые, жидкие и газообразные. Когда вещество холодное, оно твердое. Когда оно нагревается, то превращается в жидкость. Когда тепла еще больше, вы получаете газ. Однако история не заканчивается. Когда вы добавляете еще больше тепла, вы получаете плазму! Дополнительная энергия и тепло разрывают нейтральные атомы и молекулы в газе в типично положительно заряженные ионы и отрицательно заряженные электроны. Заряженные частицы придают плазме интересные проводящие свойства, поэтому плазменная технология используется для изготовления всех видов предметов, которые мы используем каждый день. С помощью плазменной технологии создаются компьютерные чипы, неоновые вывески, даже металлическое покрытие на внутренней стороне пакета картофельных чипсов. И, конечно же, есть плазменный телевизор, который использует плазму для выпуска световых фотонов, что дает вам цветное изображение из пикселей на экране. Фактически, 99% обычной материи во Вселенной находится в состоянии плазмы.

Большинство звезд, включая наше Солнце, сделаны из плазмы.

Плазменная технология также используется в ракетах, чтобы помочь нам преодолевать космическое пространство, и она обещает доставить людей в места, о которых мы могли только мечтать. Эти ракеты должны находиться в вакууме космического пространства для работы, поскольку плотность воздуха вблизи земной поверхности замедляет ускорение ионов в плазме, необходимых для создания тяги, поэтому мы не можем фактически использовать их для старта с Земли. Однако некоторые из этих плазменных двигателей работают в космосе с 1971 года. NASA обычно использует их на Международной космической станции и спутниках, а также для основного источника для движения в глубокое пространство.

Типы плазменных ракет

Все плазменные ракеты работают по одному и тому же принципу: электрические и магнитные поля работают бок-о-бок, чтобы сначала преобразовать газ — обычно ксенон или криптон — в плазму, а затем ускоряют ионы в плазме из двигателя со скоростью более 72 400 км/ч, создавая тягу в направлении желаемого путешествия. Существует много способов, которыми эта формула может быть применена для создания рабочей плазменной ракеты, но есть три типа, которые выделяются как лучшие и наиболее перспективные.

Двигатель Холла является одним из двух типов плазменных двигателей, которые в настоящее время используются регулярно в космосе. В этом устройстве электрические и магнитные поля устанавливаются перпендикулярно в камере. Когда электричество посылается через эти дуэльные поля, электроны начинают крутиться. Когда газ-пропеллент проникает в устройство, высокоскоростные электроны выбивают электроны из атомов в газе, создавая плазму, состоящую из свободных электронов (несущих отрицательные заряды) и положительно заряженных атомов (ионов) пропеллента. Эти ионы вырываются из задней части двигателя и создают тягу, необходимую для продвижения ракеты вперед. В то время как два процесса ионизации и ускорения ионов происходят поэтапно, они происходят в одном и том же пространстве в этом двигателе. Холл-двигатели могут генерировать значительное количество тяги для используемой входной мощности, поэтому они могут идти невероятно быстро. Но есть ограничения на их топливную эффективность.

Более экономичен решетчатый ионный двигатель. В нем обычно располагают электрические и магнитные поля вдоль стен камеры двигателя. При подаче электрической энергии электроны высокой энергии осциллируют в магнитных полях вблизи стен и вдоль них. Подобно движению Холла электроны способны ионизировать газ пропеллента в плазму. Для того чтобы сделать следующий шаг создания тяги, электрические решетки располагаются в конце камеры, чтобы ускорить ионы. В этом двигателе ионизация и ускорение происходят в двух разных пространствах. В то время как двигатель с решетчатым игольчатым двигателем является более экономичным, чем двигатель Холла, недостатком является то, что он не может генерировать столько же тяги на единицу площади. В зависимости от типа работы, ученые и аэрокосмические инженеры выбирают, ищут какой двигатель лучше подходит для миссии.

Наконец, есть третий тип двигателя: VASIMR, сокращение от Magnetoplasma Rocket Variable Specific Impulse. Эта ракета, разработанная бывшим астронавтом Франклин Чангом Диасом, существует только на этапе испытаний. В этом устройстве ионы создаются с помощью радиоволн, генерируемых антенной для образования плазмы. Другая антенна, расположенная дальше по течению, добавляет энергию, которая заставляет ионы вращаться по кругу очень быстро. Магнитное поле обеспечивает направленность так, что ионы выделяются из двигателя по прямой линии, тем самым обеспечивая тягу. Если это сработает, ракета будет иметь огромный диапазон дроссельной заслонки, то, что двигатель Холла и ионный сетчатый двигатель не могут достичь так же легко.

Известен плазменный ракетный двигатель по патенту РФ на изобретение №2219371, МПК F03H 1/00, опубл. 20.12.2003.

Этот плазменный ракетный двигатель с замкнутым дрейфом электронов использует магнитную систему для создания магнитного поля в главном кольцевом канале для ионизации и ускорения. Магнитная система содержит по существу радиальный первый внешний полюсный наконечник, конический второй внешний полюсный наконечник, по существу радиальный первый внутренний полюсный наконечник, конический второй внутренний полюсный наконечник, множество внешних магнитных сердечников, окруженных внешними катушками, для соединения между собой первого и второго внешних полюсных наконечников.

Недостатком таким двигателей является низкий КПД и сложность конструкции.

Известен плазменно-реактивный двигатель, содержащий соединенные между собой и расположенные соосно камеру сгорания, состоящую из камеры воспламенения и сжигания топлива и имеющую форсунку подачи, магнитный ускоритель плазмы и гидродинамическое сопло заявка DE №3900427, МКИ F03H 1/00, опубл. 1990.

Недостатком данного двигателя является большой расход топлива при малой реактивной тяге.

Теплотворная способность топлива и количество кислорода (воздуха) определяют температуру горения. От режима горения зависит мощность двигателя и расход топлива. Чрезвычайно важным в реактивном двигателестроении является не только подъем температуры горения, но и скорость сгорания и распространение фронта горения горючей смеси. Процесс работы двигателя включает характер подвода реагентов в зону горения и взаимную «диффузию» в зоне реакции. Интенсивное испарение и газообразование топлива, диффузия окислителя и ускорение фронта горения приводят к увеличению давления и образование ударной (взрывной) волны, распространяющейся по направляющим сопла.

В зависимости от высоты полета летательного средства (самолета или ракеты) работа двигателя будет в разных режимах: плотных слоях атмосферы; в стратосфере (до 50 км над Землей) и мезосфере (свыше 50 км).

Известен плазменный реактивный двигатель по патенту РФ на изобретение №2099572, МПК F02K 11/00, опубл. 20.12.1997 г. (прототип).

Этот плазменно-реактивный двигатель содержит соединенные между собой и расположенные соосно камеру сгорания, состоящую из камеры воспламенения с форсунками подачи горючего и окислителя и сужающуюся-расширяющуюся торовую часть, к которой присоединен магнитный ускоритель плазмы и долее — сверхзвуковое газодинамическое сопло с сужающейся торовой и конической расширяющейся частями, по меньшей мере один запальник на камере воспламенения, на торовой расширяющейся части камеры, коронирующие электроды.

Недостатки этого двигателя: невозможность работы в космосе, плохое зажигание, ненадежное охлаждение сопла и неэффективное управления вектором тяги.

Задачи создания изобретения: улучшение зажигания, повышение надежности охлаждения и обеспечение эффективного управления вектором тяги.

Достигнутый технический результат: улучшение зажигания, повышение надежности охлаждения и обеспечение эффективного управления вектором тяги.

Решение указанных задач достигнуто в плазменно-ракетном двигателе, содержащем, соединенные между собой и расположенные соосно камеру сгорания, состоящую из камеры воспламенения с форсунками подачи горючего и окислителя и сужающееся- расширяющуюся торовую часть, к которой присоединен магнитный ускоритель плазмы и долее — сверхзвуковое газодинамическое сопло с сужающейся торовой и конической расширяющейся частями, по меньшей мере один запальник на камере воспламенения, на торовой расширяющейся части камеры, коронирующие электроды, тем, что камера и сопло выполнено с охлаждающим зазором вдоль стенок, полость зазора соединена с коллектором горючего на нижнем торце сопла, запальники выполнены в виде лазерных свеч зажигания, соединенных с блоком накачки, а магнитный ускоритель плазмы содержит, установленный концентрично его корпусу ферромагнитный сердечник и несколько радиальных обмоток, к обмоткам присоединены электрические провода, соединенные через регуляторы тока с блоком накачки.

На нижнем торце конической расширяющейся части газодинамического сопла могут быть шарнирно с возможностью поворота закреплены насадки-зонды, к которым присоединены привода.

Плазменно-ионный ракетный двигатель может быть оборудован блоком управления, который линиями управления соединен с приводами, регуляторами тока и блоком накачки.

Предлагаемый двигатель схематически изображен на фиг. 1 и 2, где:

на фиг. 1 приведен продольный разрез двигателя,

на фиг. 2 приведена схема лазерной свечи зажигания.

Перечень условных обозначений, принятых в описании.

камера сгорания 1,

головка 2,

форсунка окислителя 3,

форсунка горючего 4,

цилиндрическая часть 5,

сужающаяся-расширяющаяся часть 6,

магнитный ускоритель плазмы 7,

сверхзвуковое газодинамическое сопло 8,

ионно-динамический зонд 9,

турбонасосный агрегат 10,

привод агрегата 11,

насос окислителя 12,

насос горючего 13,

трубопровод горючего 14,

регулятор расхода 15,

привод регулятора 16,

отсечной капан горючего 17,

коллектор горючего 18,

зазор рубашки охлаждения 19,

огневая стенка 20,

холодная стенка 21,

трубопровод окислителя 22,

отсечной клапан окислителя 23,

полость головки 24,

днище 25,

внутренней полостью 26,

полость днища 27,

корпус 28,

ферромагнитный сердечник 29,

радиальные обмотки 30.

электрические провода 31,

регулятор тока 32,

блок управления 33,

блок питания 34,

силовой кабель 35,

блок накачки 36,

лазерная свеча зажигания 37,

оптическое волокно 38,

сужающаяся торовая часть 39,

коническая расширяющаяся часть 40,

коронирующие электроды 41,

выходной торец 42,

шарниры 43,

насадки-зонды 44,

привод управления вектором тяги 45,

линия управления 46,

высоковольтные провода 47,

источник высокого напряжения 48,

коническая стенка 49,

стакан 50,

полость 51,

микрочип-лазер 52,

металлическая втулка 53,

вакуумная металлическая трубка 54,

фокусирующая линза 55,

торец 56,

днище 57,

цилиндрический корпус 58,

резьбовой участок 59,

отверстие 60,

уплотнениями 61,

заглушка 62,

осевое отверстие 63,

уплотнение 64,

гайка 65,

центральное отверстие 66,

уплотнение 67,

средство демпфирования 68.

Двигатель (фиг. 1) состоит из четырех основных блоков: соединенных между собой и соосно расположенных вдоль оси симметрии.

Сначала идет камера сгорания 1, с головкой 2 и камерой воспламенения 3 и сущающейся-расширяющейся тороидальной частью 4, к которой присоединен магнитный ускоритель плазмы 5, и далее — сверхзвуковое газодинамическое сопл 8 и ионно-динамический зонд 9.

Двигатель содержит турбонасосный агрегат 10 для подачи горючего и окислителя в камеру сгорания 1. В качестве горючего можно использовать водород, а в качестве окислителя — кислород. Турбонасосный агрегат 10 содержит привод агрегата 11, насос окислителя 12 и насос горючего 13.

Трубопровод горючего 14, содержащий регулятор расхода 15 с приводом регулятора 16 и отсечным клапаном горючего 17 соединен с коллектором горючего 19.

Трубопровод окислителя 20 через отсечной клапан 21 соединен с головкой 22 камеры сгорания 1.

В днище 25 установленном в головке 2 в ее полости 24 выполнены форсунки горючего 4 и окислителя 3. При этом форсунки окислителя 3 соединяют полость 24 головки 2 с внутренней полостью 26 камеры сгорания 1, а форсунки горючего 4 соединят полость днища 27 с полостью головки 24.

Далее идет сужающаяся-расширяющаяся тороидальная часть 6 камеры 1, к которой присоединен магнитный ускоритель плазмы 7.

Магнитный ускоритель плазмы 7 содержит корпус 28 цилиндрической формы и установленный концентрично ему ферромагнитный сердечник 29 и радиальные обмотки 30. К радиальным обмоткам 30 присоединены электрические провода 31, соединенные через регуляторы тока 32 с блоком управления 33.

Двигатель имеет блок питания 33, который силовыми кабелями 35 соединен с блоком управления 33 и блоком накачки 36.

В камере сгорания 1 установлен запальник в виде лазерной свечи зажигания 37, которая(ые) оптическим волокнами 38 соединена(ы) с блоком накачки 36.

Далее расположено сверхзвуковое газодинамическое сопло 8 с сужающейся торовой 39 и конической расширяющейся 40 частями.

На сужающейся-расширяющейся части 6 камеры 1 установлены коронирующие электроды 41.

Камера 1 и сопло 8 выполнены с охлаждающим зазором 42 вдоль их стенок, полость зазора соединена с коллектором горючего 18 на выходном торце 42 сверхзвукового газодинамического сопла 8.

На выходном торце 42 конической расширяющейся части 40 сверхзвукового газодинамического сопла 8 могут быть, на шарнирах 43 с возможностью поворота закреплены насадки-зонды 44, к которым присоединены привода управления вектором тяги 45. Привода управления вектором тяги 45 линиями управления 46 соединены с блоком управления 33.

Для подачи высокого напряжения на коронирующие электроды к ним присоединены высоковольтные провода 47 которые с другой стороны соединены с источником высокого напряжения 48. По линии низкого напряжения источник высокого напряжения 48 соединен электрическими проводами 31 с блоком питания 34. В качестве блока питания может быть использованы батареи и генератор.

Конструкция лазерной свечи зажигания 37 приведена на фиг. 2.

На головке 2, точнее на ее конической стенке 47, установлена, по меньшей мере, одна свеча лазерного зажигания 37 (фиг. 1). Свеча лазерного зажигания 37 выполнена в виде стакана 48 с полостью 49, в которой установлен микрочип-лазер 50.

Наиболее распространенные типы лазерных кристаллов для лазеров на микрочипах являются: Nd:YAG и Nd:YVO₄ с длиной волны в диапазоне от 1-1,3 мкм, в исключительных случаях 0,95 мкм. Спектральный диапазон излучения достаточно широкий из-за короткой длины резонаторной области. Конструктивно лазер может быть выполнен с использованием еще одного элемента, который располагается между активной средой и торцами зеркал. Например, это может быть нелинейный кристалл, который используется как электрооптический модулятор для добротности или внутрирезонаторного удвоения частоты; также может быть использована нелегированная прозрачная пластина для увеличения мощности или эффективной площади. Лазеры на микрочипах с пассивной модуляцией добротности позволяют создавать частоту импульса свыше 100 кГц, а иногда даже нескольких мегагерц. При очень низких временах импульса пиковая мощность такого лазера может составлять несколько киловатт. Для воспламенения компонентов топлива в газогенераторе может понадобиться мощность, в несколько раз превышающая мощность запальных устройств камеры сгорания. Это обусловлено двумя причинами: применением криогенных компонентов топлива и неоптимальным соотношением компонентов топлива.

Полость 50 стакана 48 соединена металлической втулкой 53 с зоной горения. Внутри металлической втулки 53 установлена вакуумная металлическая трубка 54 с фокусирующей линзой 55 на конце. Другой конец вакуумной металлической трубки 54 соединен с микрочип-лазером 52. Микрочип-лазер 52 оптическим волокном 38 соединен с блоком накачки 36. Блок накачки 36 электрическими проводами 31 соединен с блоком управления 34.

Лазерная свеча зажигания 37 (фиг. 2), как упомянуто ранее, содержит стакан 48, который, в свою очередь, содержит цилиндрический корпус 55 и торец 56 на днище 57. На днище 57 выполнен резьбовой участок 57 и отверстие 60 для прохода вакуумной металлической трубки 52, которая уплотнена уплотнениями 61. Сверху стакан 48 закрыт заглушкой 62, имеющей осевое отверстие 63 для вывода оптического волокна 38, которое уплотнено уплотнением 64, поджато гайкой 65 с центральным отверстием 66. Заглушка 62 уплотнена относительно стакана 50 уплотнением 67.

Микрочип-лазер 53 и вакуумная металлическая трубка 54 установлены внутри средства демпфирования 68, которое выполнено из металлорезины.

Работа двигателя

При работе двигателя (фиг. 1) включают ТНА 10, путем раскрутки привода 11 и насосы 12 и 13 начинают подачу компонентов топлива (окислителя и горючего) в камеру сгорания 1 точнее в его полость 26. Включают блок накачки 36 и подают лазерный луч по оптическому волокну 38 в свечу лазерного зажигания 37 и далее через фокусирующую линзу 55 (фиг. 2) во внутреннюю полость 26 (фиг. 1) камеры сгорания 1, где компоненты топлива (окислитель и горюче) воспламеняются. Потом включают источник высокого напряжения 48 и подают высокое напряжение на коронирующие электроды 41, между которыми возникают коронные разряды и происходит ионизация продуктов сгорания и превращение ее в плазму под воздействием магнитного поля создаваемого радиальными обмотками 30.

Плазма выбрасывается из сверхзвукового реактивного сопла 8 вместе с продуктами сгорания.

При этом энтальпия ионно-радиационной ионизированной плазмы возрастает. Источником электронов в вышеприведенных реакциях является коронный пульсирующий разряд в высокотемпературной ионизированной плазме. Горячая ионно-радиационная плазма из камеры сгорания 1 поступает в магнитный ускоритель 2, где вращающимся переменным магнитным полем она ускоряется и разделяется. При температуре плазмы, превышающей 4500°С соединение водорода с кислородом не происходит.

В сечении сужающейся торовой части газодинамического сопла, происходит ускорение плазмы и дальнейшее соединение водорода с кислородом. Охладителем (например жидким водородом) находящимся в зазоре рубашки охлаждения 19 сверхзвукового реактивного сопла 8, периферийные огневая стенка 20 охлаждаются до температуры 500°С.

При концентрации и стечении поверхностных зарядов от ионизирующих газов с ионно-динамических зондов 9 возникает добавочная реактивная сила. Ионно-динамические зонды 9 могут иметь телескопическую конструкцию и могут поворачиваться вокруг шарниров 43 для управления вектором тяги. Управление летательным средством осуществляется одновременно рассогласованием токов в радиальных обмотках 30 и поворотных ионно-динамических зондов 9. С выдвинутого ионно-динамического зонда 9 стекают электрические заряды, создавая реактивную силу и вращающий момент, обеспечивающий поворот летательного средства. При выставленных всех, радиально расположенных ионно-динамических зондов 9 стекающие заряды создают добавочную реактивную силу.

Применение изобретения позволило:

— создать двигатель с высокой экономичностью,

— улучшить запуск двигателя,

— улучшить управляемость ракет с разработанным двигателем.

1. Плазменно-ракетный двигатель, содержащий соединенные между собой и расположенные соосно камеру сгорания, состоящую из камеры воспламенения и сжигания компонентов топлива горючего и окислителя и имеющую форсунки подачи горючего и окислителя и расширяющуюся торовую часть, к которой присоединен магнитный ускоритель плазмы, и сверхзвуковое газодинамическое сопло с сужающейся торовой и конической расширяющейся частями, по меньшей мере один запальник, и на торовой расширяющейся части камеры размещены коронирующие электроды, отличающийся тем, что камера и сопло выполнены с охлаждающим зазором вдоль стенок, полость зазора соединена с коллектором горючего на нижнем торце сопла, а запальники выполнены в виде лазерных свечей зажигания.

2. Плазменно-ракетный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что магнитный ускоритель плазмы содержит установленный концентрично его корпусу ферромагнитный сердечник и несколько обмоток, к обмоткам присоединены по два электрических провода, в одном из которых установлен реостат.

3. Плазменно-ракетный двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на нижнем торце конической расширяющейся части газодинамического сопла шарнирно с возможностью поворота закреплены насадки-зонды.

Новый реактивный двигатель на основе воздушной плазмы

Источник: журнал «Наука и техника»

Опубликовано: 07.05.2020, 11:43

Прототип оригинального реактивного двигателя на основе воздушной плазмы может создавать тягу без использования ископаемого топлива, что потенциально позволит решить проблему экологичных воздушных перевозок. Устройство ионизирует воздух микроволнами, генерируя плазму, которая создает тягу. Таким образом, самолеты могут когда-нибудь летать, используя только электричество и воздух вокруг них.

Прототип двигателя, работающего на воздушной плазме создали китайские ученые из Уханьского университета. Исследователи нашли способ создать струю плазмы за счет сильного сжатия воздуха и использования микроволнового излучения для ионизации потока.

Сейчас прототип способен создать струю воздуха, которая может поднять стальной шарик весом один килограмм над трубкой диаметром 24 миллиметра. При увеличении масштабов тяга будет сравнима с показателями реактивных двигателей.

Прототип концепта и серийная реализация двигателя

Между прототипом проверенного концепта и установкой двигателя на реальном самолете предстоит долгий путь. Но прототип смог создать тягу, запустив в воздух стальной шарик весом в один килограмм (2,2 фунта) на 24 миллиметра. Это та же тяга, пропорциональная масштабу, что и у обычного реактивного двигателя.

«Наши результаты показали, что такой реактивный двигатель на основе микроволновой воздушной плазмы может быть потенциально жизнеспособной альтернативой обычному реактивному двигателю на ископаемом топливе», — сказал в своем пресс-релизе ведущий исследователь и инженер Уханьского университета Джау Тан.

Китайские ученые продемонстрировали в лабораторных условиях прототип микроволнового плазменного двигателя, способного работать в атмосфере Земли и создавать тягу с эффективностью, сравнимой с реактивными двигателями, которые используются на современных авиалайнерах.

Воздушно-плазменное реактивные двигатели — новый подход к решению проблемы

В предлагаемом опытном образце реактивного двигателя используется воздушная плазма, индуцированная микроволновой ионизацией. Такой реактивный двигатель просто использует воздух и электричество для получения высокой температуры и плазмы под давлением для создания реактивной силы. Исследователи продемонстрировали, что при одинаковом энергопотреблении его тяга сопоставима с тягой обычных реактивных двигателей самолетов, использующих ископаемое топливо. Следовательно, такой двигатель без выбросов углерода может потенциально использоваться в качестве реактивного двигателя в атмосфере.

В конструкции двигателя используется воздушный компрессор для создания начальной скорости воздуха, затем ионизируется воздух в плазму и нагревается до высоких температур и давлений с помощью мощного микроволнового излучателя

Подобно твердым телам, жидкостям и газам, плазма является нормальным состоянием вещества. Плазма естественным образом возникает вследствие ионизации молекул при высоких температурах (например, на солнце) или в сильных электрических полях (например, при молнии). В лаборатории плазма может генерироваться с использованием электрической дуги, микроволнового резонатора, лазера, пламени огня или высоковольтного разряда.

Плазма имеет широкое применение во многих областях, в т. ч. на реактивных двигателях космических кораблей, использующих ксеноновую плазму. При этом она создает небольшую тягу и может использоваться только в космическом безвоздушном пространстве.

Плазменные двигатели уже применяются на космических кораблях в качестве средства солнечно-электрического передвижения, использующего плазму ксенона, но такие вещи бесполезны в атмосфере Земли, поскольку ускоренные ионы ксенона теряют большую часть своей силы тяги из-за трения о воздух. Не говоря уже о том, что они не создают достаточной тяги.

Новый проект, разработанный и созданный группой специалистов из Института технических наук Уханьского университета, использует только воздух и электричество и, по-видимому, произведет впечатляющий прорыв, который может привести к тому, что он станет актуальным для применения в электрических самолетах.

Воздушно-плазменное реактивное устройство работает путем ионизации воздуха, чтобы создать низкотемпературную плазму, которая продувается воздушным компрессором. На полпути вверх по трубе в ионизационной камере на плазму воздействует мощный микроволновый излучатель частотой 2,45 ГГц, который сильно «встряхивает» ионы в плазме, разбивая их о другие неионизированные атомы и значительно повышая температуру и давление плазмы. Эта температура и давление создают значительную силу тяги.

В предлагаемом прототипе плазменного реактивного двигателя может генерироваться приблизительно 11 Н тяги при 400 Вт мощности, используя 0,5 л / с для воздушного потока, что соответствует тяге 28 Н / кВт и давлению струи 2,4 × 10 4 Н / м2. При более высокой микроволновой мощности или большем потоке воздуха могут быть достигнуты силы тяги и реактивные давления, сравнимые с показателями реактивных двигателей коммерческих самолетов.

Исследователи проверили параметры в диапазоне различных уровней мощности и скоростей воздушного потока, и, несмотря на несколько импровизированную технику измерения, они обнаружили линейную зависимость между движущей силой тяги и микроволновой мощностью, а также воздушным потоком.

Реальные достижения и обоснованные сомнения

С точки зрения эффективности, движущая сила при 400 Вт и 1,45 кубических метров воздуха в час составила 11 Ньютонов, что представляет собой преобразование мощности в тягу 27,5 Н / кВт. Предполагая линейную экстраполяцию, команда предположила, что она может взять батарею Tesla Model S, способную выдавать мощность 310 кВт, и превратить ее в нечто вроде силы тяги в 8500 Н.

Для сравнения, в электрическом самолете Airbus E-Fan используется пара вентиляторов с электроприводом мощностью 30 кВт, которые в совокупности производят 1500 Н тяги. Это подразумевало бы высокие показатели — около 25 Н / кВт, что не так хорошо, как у первого прототипа, собранного в этой лаборатории.

Исследователи утверждают, что эффективность тяги уже сравнима с эффективностью реактивных двигателей коммерческих самолетов. Исследователи уже работают над отказом от метода испытаний стальных шариков для чего-то более надежного и точного, а также пытаются повысить эффективность конструкции. Но уже полученные результаты, безусловно, выглядят многообещающими для этой новой идеи плазменного двигателя в двигателе электрического самолета, с несколькими важными оговорками.

Во-первых, в eVTOL не будет большой замены в качестве замены оборудования или канального вентилятора, независимо от того, насколько тише он может работать, если эта плазма выходит при температурах в тысячи градусов. И, во-вторых, как было отмечено в анализе Ars Technica , «воздушные потоки примерно в 15 000 раз ниже, чем у полноразмерного двигателя. Тяга также должна масштабироваться примерно на четыре порядка (то есть мощность тоже.) Экстраполяция линейных трендов на четыре порядка — хороший способ разочароваться в жизни».

Кроме того, по какой-то причине точки данных не показывают самые высокие уровни микроволновой мощности при самых высоких воздушных скоростях, которые, как кажется, позволяет испытательный стенд, сигнализируя о том, что в лаборатории уже могут начаться странные вещи.

И, наконец, даже если он является настолько же эффективным или более эффективным, чем обычный старый двигатель Airbus для данного количества потребляемой энергии, факт остается фактом: авиационное топливо несет гораздо больше энергии для данного веса, чем батареи. Тем не менее, это интересная и новая конструкция плазменного двигателя, и интересно посмотреть, что из этого выйдет. Если он окажется масштабируемым и эффективным до уровня, благоприятного для воздушных судов, он может внести реальный вклад в развивающуюся область электрической авиации с нулевыми локальными выбросами.

Авторские права на данный материал принадлежат журналу «Наука и техника».
Цель включения данного материала в дайджест — сбор
максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по
авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и
качество данного материала.

В России разрабатывают плазменный ракетный двигатель —

• # плазменный двигатель
• ,  ЭРД

zoom.cnews.ru

Конструкторское бюро химавтоматики» («НПО Энергомаш») и «Курчатовский институт» 25 мая заявили о начале работы над проектом по созданию безэлектродного плазменного ракетного двигателя – ЭРД.

«Это двигатель высокой мощности, рабочее вещество в котором находится в состоянии плазмы. Он обладает высокой энергетической эффективностью, возможностью использовать в качестве рабочего тела практически любое вещество, а максимальная мощность двигателя ограничивается только мощностью питания высокочастотного генератора», — сообщает сайт Роскосмоса.

Реализация указанного проекта стала возможной после достигнутого прогресса в исследовании плазменных процессов термоядерного синтеза и в развитии технологии высокотемпературных сверхпроводников, сообщает РИА Новости.

Добавляйте CСб в свои источники

 0 Выделите ошибку и отправьте по CTRL+ENTER

//Партнер Гнездо.ру

Картина дня

Президент России Владимир Путин подписал указы о признании Херсонской и Запорожской областей Украины независимыми территориями. Независимость Донецкой и Луганской народных республик российский лидер признал еще 22 февраля. Ожидается, что договор об их вхождении в состав РФ будет подписан в эту пятницу, 30 сентября.

Столицей Запорожской области после ее вхождения в состав Российской Федерации станет Мелитополь, поскольку областной центр — город Запорожье — в настоящее врем находится под контролем Украины. Об этом сообщил член военно-гражданской администрации частично занятой области Владимир Рогов.

На рассмотрение Госдумы был внесен законопроект о привлечении осужденных к участию в специальной операции и «других военных действиях в целях защиты интересов Российской Федерации». Предполагается, что это позволит усилить численный состав ВС РФ, а осужденные смогут «искупить вину перед обществом».

В Черногории консульский отдел посольства России приостановил работу на неопределенный срок после того, как шестеро сотрудников были объявлены персонами нон грата. В диппредставительстве заявили, что балканская республика высылает практически весь дипломатический состав российского консульства.

Погиб первый заместитель главы российской военно-гражданской администрации Херсонской области Алексей Катериничев. Член Общественной палаты России Алексей Малькевич заявил, что это случилось в результате ночного обстрела Херсона в должности замглавы Катериничев проработал всего полтора месяца.

Ушел из жизни Борис Моисеев. Заслуженного артиста не стало на 69-году жизни. Ранее он перенес инсульт, после чего так и не смог восстановиться. Врачи запретили ему выходить на сцену, заботу о нем взял на себя взял его директор Сергей Горох. Дата и место похорон артиста пока не сообщаются.

Продюсер Евгений Морозов раскрыл известные ему данные о завещании, составленном шоуменом Борисом Моисеевым за несколько лет до своего ухода из жизни. Знакомый шоумена утверждает, что знаменитый артист распорядился своим наследством по совету легендарного коллеги – Иосифа Кобзона.

Новости Adwile

//Партнер giraff.io

Наши публикации

США и их союзники резко усилили наблюдение за ядерными вооружениями России, подключив в стандартным средствам космической разведки даже коммерческие спутники. Там сомневаются, что Москва намерена начать масштабный ядерный конфликт, но допускают, что Россией могут быть применены тактические ядерные заряды против Украины.

Ныне безработный отставной глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин в скором времени может получить новую ответственную работу. Его называют главным кандидатом на должность полпреда в федеральном округе, который планируется создать после присоединения к России после референдумов ныне украинских территорий.

По поступившим сегодня в «Суть событий» сведениям из московских туристических агентств и от их клиентов, с сегодняшнего дня Болгария перестала принимать заявки на выдачу стандартных трехлетних многократных виз для россиян. Визы по-прежнему пока остаются трехлетними, но теперь будут разовыми.

Военный комиса Иркутской области Евгений Фуженко заявил, что граждане, имеющие категорию «В» в военном билете, то есть не служившие в армии по состоянию здоровья, тоже подлежат частичной мобилизации. А сенатор Ольга Ковитиди предложила пересмотреть критерии годности к военной службе.

Пресс-секретарь президента России Дмитрий Песков прокомментировал сообщения о том, что задержанным участникам несанкционированных акций вручались повестки. Он также отреагировал на появившуюся информацию о том, что в пропущенном пункте президентского указа якобы говорилось о мобилизации 1 миллиона россиян.

Посольства Киргизии, Казахстана и Узбекистана строго предостерегли своих граждан от участия в боевых действиях на территории Украины, напомнив об уголовной статье за наёмничество. В СПЧ же сообщили, что готовят предложения об обязательном прохождении воинской службы теми, кто был принят в гражданство РФ недавно.

Военные комиссариаты ряда российских регионов издали приказы о частичной мобилизации. Гражданам, которые состоят в запасе и даже не получили повестки или мобилизационных предписаний, запрещается выезжать за пределы своего населенного пункта.

Слухи, скандалы, сплетни

Продюсер Евгений Морозов раскрыл известные ему данные о завещании, составленном шоуменом Борисом Моисеевым за несколько лет до своего ухода из жизни. Знакомый шоумена утверждает, что знаменитый артист распорядился своим наследством по совету легендарного коллеги – Иосифа Кобзона.

Певица Азиза высказалась о помощнике певца Бориса Моисеева Сергее Горохе. Злые языки обвиняли последнего в злоупотреблении положением еще при жизни легендарного шоумена, а после печального известия нападки в адрес директора артиста обрели новую силу. Но популярная исполнительница дала понять, что она в курсе последних лет жизни музыканта.

Шотландское ведомство, отвечающее за регистрацию актов гражданского состояния, обнародовало свидетельство о смерти королевы Елизаветы Второй, которая ушла из жизни 8 сентября в возрасте 96 лет, находясь в замке Балмор.

Концертный директор певицы Аллы Пугачевой по просьбе журналистов высказалась на тему предполагаемого вылета Примадонны в Израиль. Комментарий Елены Чупраковой прозвучал в отсутствие официальных высказываний со стороны Аллы Борисовны и членов ее семьи.

Шоубиз

Игорь Скляр прокомментировал распространившиеся сообщения о том, что он якобы отправляется в зону проведения специальной операции. Он заявил, что эта информация не соответствует действительности.

Алла Пугачева, месяц назад вернувшаяся в Россию, вновь покинула страну. Примадонна вместе с детьми была замечена в аэропорте Внуково. Предполагается, что оттуда она вылетела в Израиль, где жила в последнее время.

Наука

Все страны-участницы проекта Международной космической станции, включая Россию, подтвердили намерение продолжать работы на станции после 2024. Ранее глава «Роскосмоса» Юрий Борисов заявлял, что Россия выйдет из проекта после 2024 года.

Россия выйдет из проекта Международной космической станции (МКС) после 2024 года. Об этом заявил глава «Роскосмоса» Юрий Борисов. По его словам, к этому времени должно начаться развертывание российской орбитальной станции. Ее создание он назвал одним из главных приоритетов госкорпорации.

NASА предупредило, что во вторник, 8 февраля, мимо Земли пролетит астероид до 150 метров диаметре. Объект, получивший название 2007 UY1, приблизится к планете на расстояние 5 млн км.

Метеорологи занимаются изучением планетарной атмосферы и протекающих там процессов, а попытка по их данным понять, ударят ли завтра морозы или пойдёт дождь — лишь частное применение, сослужившее дисциплине не самую добрую славу.

Хайтек

Из магазина App Store пропали приложения сервиса объявлений «Юла» и сервиса для покупки недвижимости «Домклик». Днем ранее из него были удалены приложения, входящие в экосистему VK, в том числе соцсети «ВКонтакте» и почты Mail. ru.

Китайская компания-производитель техники Huawei остановила продажи в своем официальном интернет-магазине Vmall в России. Это касается как сайта, так и приложения. Ранее начали закрываться ее официальные магазины в российских городах.

В Минстрое прокомментировали сообщение о взломе сайта ведомства. Там заверили, что данные пользователей находятся под надежной защитой и им ничего не угрожает. Ранее на сайте появилось сообщение о взломе и угрозы выложить персональные данные в открытый доступ.

Роскомнадзор подтвердил, что начал блокировать VPN-сервисы на территории России. Ранее российские пользователи столкнулись с проблемами с подключением к Proton-VPN и другим подобным сервисам, позволяющим получить доступ к заблокированным ресурсам.

Туризм

Несколько турецких банков подтвердили, что прекратили обслуживание карт «Мир». В Ассоциации туроператоров России порекомендовали российским туристам, отправляющимся на отдых в Турцию, не рассчитывать на банковские карты и запасаться наличными деньгами.

Нидерланды поддерживают запрет на выдачу туристических виз гражданам России. Об этом заявил глава Министерства иностранных дел страны Вопке Хекстра. При этом он уточнил, что о полном запрете на выдачу виз россиянам речь не идет. Запрет должен коснуться только туристов. Видимо все зло от них…

Глава Министерства иностранных дел страны Анналена Бербок выступила за приостановку действия соглашения Евросоюза об облегчении визового режима с Россией. По ее мнению, это могло бы стать «хорошим мостом» для урегулирования разногласий по данному вопросу в ЕС.

С сентября подать документы на получение туристической визы в Финляндию граждане России смогут только в четырех городах. Приниматься они будут только по понедельникам, а количество заявок будет ограничено 500 в день. Об этом объявило Министерство иностранных дел Финляндии.

Спорт

Нефтяная компания «Лукойл» сообщила о покупке московского футбольного клуба «Спартак» и ее домашнего стадиона «Открытие Банк Арена». Леонид Федун слагает полномочия президента и выходит из состава акционеров, принимать участие в управлении клубом он больше не будет.

Международная федерация хоккея (IIHF) лишила Россию права проведения Чемпионата мира в 2023 году. Российские, а также белорусские спортсмены тоже не смогут принять в нем участие из-за отстранения от соревнований под эгидой организации.

Международная федерация плавания (FINA) отстранила российского спортсмена Евгения Рылова от соревнований под своей эгидой после того, как он посетил митинг-концерт в Лужниках. Пловец не сможет принимать участие в международных турнирах десять месяцев.

Первая ракетка мира Новак Джокович прокомментировал решение организаторов Уимблдона отстранить от участия в турнире российских и белорусских спортсменов. По его мнению, спорт должен оставаться вне политики. Решение организаторов Уимблдона осудила и Ассоциация теннисистов-профессионалов.

Один из четырех турниров Большого шлема намерен отстранить российских и белорусских теннисистов. Как стало известно, они не будут допущены к участию в Уимблдоне. В Федерации тенниса России заявили, что повлиять на это решение нет возможности.

Международная федерация шахмат (FIDE) дисквалифицировала российского гроссмейстера Сергея Карякина. Об этом сообщается на сайте организации. Шахматисту в течение шести месяцев, начиная с сегодняшнего дня, запрещено участвовать в соревнованиях.

Вкусный раздел

Рецепты из «ПроСТО кухни» — спасение для тех, кто хочет готовить дома. Их отличают простые ингредиенты, которые легко найти в супермаркете, и простота исполнения: готовить не дольше, чем смотреть серию любимого сериала.

Отдавая дань культовому блюду, итало-американский шеф-повар написал настоящую Библию пасты с почти 100 аутентичными рецептами. Из книги вы узнаете, почему классические виды пасты так популярны и как делать ее своими руками.

Если приглашены гости, пригодится глава «Как организовать ужин в стиле «Аббатства Даунтон» — с советами по убранству стола, аперитиву, смене блюд. Даже если вы не располагаете штатом прислуги, у вас получится удивить гостей.

В своей книге автор объединила рецепты, которые стали неотъемлемой частью кулинарной реальности: узбекские лепешки и осетинские пироги, хачапури по-аджарски и башкирский эчпочмак, бакинскую пахлаву и татарский медовый чак-чак.

//Партнер ГНЕЗДО.РУ

Загрузка…

//Партнер giraff.io

//ПАРТНЕР ADWILE

Для освоения космоса, вывода спутников на орбиту, полетов на Луну и Марс планируется использовать перспективные ионно-плазменные двигатели. В мире есть всего несколько компаний-разработчиков таких технологий, среди них

Nikolay Kitaev | 18.10.2018 | Новости | Комментариев нет

Буквально на днях познакомился с информацией о том, что украинские ученые в ближайшие 5 лет намерены производить ионно-плазменные двигатели для космических спутников. 

Посмотрев видеоролик и короткое интервью с руководителем инновационного аэрокосмического кластера Виктором Поповым, которое записало Еспресо.TV на выставке «Оружие, безопасность, Авиамир» в Киеве, я решил более подробно разобраться в этой технологии. Но в начале об общей информации и о том, что сказал Виктор.

Для освоения космоса, вывода спутников на орбиту, полетов на Луну и Марс планируется использовать перспективные ионно-плазменные двигатели. В мире есть всего несколько компаний-разработчиков таких технологий, среди них — харьковские предприятия.

Как говорит автор разработки: «До этого для вывода спутников на геостационарные орбиты использовались жидкостные двигатели. Но они тяжелые, весят тонну. А ионно-плазменный двигатель вместо тонны весит 100 кг, следовательно, 1 до 10. Остальные 900 кг будет заменено аппаратурой».

Ионно-плазменный двигатель в десять раз меньше, чем обычный жидкостный ракетный двигатель и при этом способен работать в открытом космосе десятилетиями. Изготовление опытного образца уже на завершающем этапе.

«Мы ставим перед собой задачу реализовать в течение 3-4 лет, максимум 5-ти наладить серийное производство ионно-плазменных двигателей в Украине. С этого начнется время применения целого ряда ракетно-электрических двигателей в космосе, я бы так сказал», — отметил Попов.

Дело в том, что об ионных и плазменных двигателях известно уже давно, но это разные технологии отличающие друг от друга. Коротко напомню об этих технологиях.

Ионный двигатель

Еще в 1954 году американец, немецкого происхождения Эрнст Штулингер детально описал эту технологию, сопроводив её необходимыми вычислениями. Далее начиная с 70-х годов ХХ века и заканчивая 2010 годом в различных странах были разработаны и испытаны ионные двигатели на космических аппаратах, в качестве основного (маршевого) двигателя.

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 (вплоть до 210 км/с по сравнению с 3—4,5 км/с у химических ракетных двигателей). Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса. Это позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах, но требует больших затрат энергии.

Ионный двигатель NSTAR

Ионный двигатель использует в качестве топлива ксенон или ртуть. В ионизатор подаётся топливо, которое само по себе нейтрально, 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 ионы притягиваются к системе извлечения, состоящей из двух или трёх сеток. Между сетками поддерживается большая разница электростатических потенциалов (+1090 вольт на внутренней против -225 вольт 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, во-первых, для того, чтобы корпус корабля оставался нейтрально заряженным, а во-вторых, чтобы ионы, «нейтрализованные» таким образом, не притягивались обратно к кораблю.

Недостаток двигателя в его нынешних реализациях — очень слабая тяга (порядка 50—100 миллиньютонов). Таким образом, нет возможности использовать ионный двигатель для старта с планеты, но, с другой стороны, в условиях невесомости, при достаточно долгой работе двигателя, есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей.

Плазменный двигатель

Плазменный двигатель — электрический ракетный двигатель, рабочее тело которого приобретает ускорение, находясь в состоянии плазмы.

Существует множество типов плазменных двигателей. В настоящее время наиболее широкое распространение — в качестве двигателей для поддержания точек стояния геостационарных спутников связи — получили стационарные плазменные двигатели, идея которых была предложена российским ученым физиком Алексеем Морозовым в 1960-х гг. Первые лётные испытания состоялись в 1972 г. Плазменные двигатели не предназначены для вывода грузов на орбиту, и могут работать только в вакууме.

Плазменный ракетный двигатель

Принцип работы заключается в следующем. Инертный газ ксенон подается через металлический кольцевой анод с отверстиями в двустенную (кольцевую) керамическую газоразрядную камеру, на выходе которой установлен полый газоразрядный (работающий также на ксеноне) катод-компенсатор для эмиссии электронов. В керамической газоразрядной камере внутренний и наружный полюса электромагнита создают радиальное магнитное поле в несколько сотен Гаусс, нарастающее вдоль камеры и быстро спадающее за её пределами.

Если между анодом и катодом-компенсатором приложить постоянное напряжение в несколько сотен вольт, то в газоразрядном канале зажигается разряд и ксенон ионизируется, создавая плазму. Тяжёлые ионы ксенона ускоряются электрическим полем вдоль канала, почти не отклоняясь слабым магнитным полем, и набирают энергию несколько меньшую, чем приложенное напряжение. Электроны же, напротив, не могут свободно перемещаться вдоль канала, поскольку их ларморовский радиус очень мал. Впрочем, из-за коллективных процессов в плазме электроны всё же составляют небольшую часть разрядного тока. Основной же ток разряда переносят ионы ксенона. Поток ускоренных ионов, вылетающих из газоразрядной камеры, создаёт реактивную тягу двигателя. Вместе с ионами из плазменного двигателя уходит равный им по величине поток электронов из катода-компенсатора.

Возможно ли совместить эти две технологии и получить ионно-плазменный двигатель, способный поднять хотя бы 1 т в космос, преодолев земное притяжение и достигнуть те скоростные и временные характеристики преодолевая космическое пространство, как утверждает Виктор Попов, посмотрим. Пока мы видим только картинки и слышим слова.

Спасибо за прочтение. Если вам понравилось, пожалуйста, поделитесь с друзьями и в комментариях черкните пару слов своего мнения

Метки:космос, новые технологии

Об авторе

Nikolay Kitaev

Плазменный двигатель со скоростью 123 000 миль в час, который наконец-то сможет доставить астронавтов на Марс

Вы можете ожидать, что наша самая яркая надежда на отправку астронавтов на другие планеты находится в Хьюстоне, в Космическом центре имени Джонсона НАСА, в многомиллиардном объекте с высоким уровнем безопасности. Но на самом деле он находится в нескольких милях дальше по улице, на большом складе за торговым центром. Это скромное и непривлекательное здание — частный аэрокосмический стартап Ad Astra Rocket Company, а внутри основатель Франклин Чанг Диас строит ракетный двигатель, который быстрее и мощнее, чем все, что НАСА когда-либо запускало. Скорость, считает Чанг Диас, является ключом к тому, чтобы добраться до Марса живым. На самом деле, говорит он мне, когда мы заглядываем в трехэтажную испытательную камеру, его двигатель однажды отправится не только на Красную планету, но и на Юпитер и дальше.

Я смотрю скептически, и Чанг Диас вежливо улыбается. Он привык к такой реакции. Он разрабатывал концепцию плазменной ракеты с 1973 года, когда стал докторантом Массачусетского технологического института. Его идея заключалась в следующем: ракетное топливо — тяжелое и неэффективное топливо. Поэтому вместо этого он представил себе строительство двигателя космического корабля, который использует ядерные реакторы для нагрева плазмы до двух миллионов градусов. Магнитные поля будут выбрасывать горячий газ из задней части двигателя. Его расчеты показали, что космический корабль с таким двигателем может разогнаться до 123 000 миль в час — от Нью-Йорка до Лос-Анджелеса примерно за минуту.

Чанг Диаз провел почти всю свою карьеру, пытаясь убедить любого, кто готов его выслушать, в том, что его идея сработает, но эта карьера также сделала несколько поворотов в процессе. Однажды в 1980 году он рассказывал о неограниченных возможностях плазменных ракет еще одному профессору Массачусетского технологического института. Профессор терпеливо слушал. «Знаю, это звучит на грани научной фантастики, — говорил Чанг Диас. Затем зазвонил телефон. Профессор поднял палец. «Ну да, он здесь», — сказал удивленный инженер в трубку и передал трубку. — Франклин, это для тебя. НАСА было на связи. Выдающийся студент из Коста-Рики был выбран, чтобы стать астронавтом, первым натурализованным американцем, когда-либо избранным в самый элитный корпус НАСА. «Я был так взволнован, что практически танцевал», — вспоминает Чанг Диас. «Я чуть не случайно задушил своего профессора телефонным шнуром».

У всех астронавтов большие мечты, но у Франклина Чанга Диаса большие мечты. Когда он был студентом колледжа, 25-летним астронавтом и предпринимателем, его единственным воодушевляющим намерением всегда было построить — и полететь — ракетный корабль на Марс. «Конечно, я хотел быть астронавтом, и, конечно же, я хочу иметь возможность летать на этом», — говорит он о своей ракете с плазменной тягой. «Я имею в виду, я просто не могу себе представить, чтобы я не летал на ракете, которую я бы построил». И вот он рядом. Через четыре года Чанг Диас впервые развернет свою технологию в космосе, когда его компания при поддержке частного финансирования в размере до 100 миллионов долларов планирует испытать небольшую ракету на Международной космической станции. Если эта ракета, наиболее широко известная под расплывчатой ​​аббревиатурой Vasimr, что означает «магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом», окажется достойной, у него будет агрессивный график строительства все более крупных космических аппаратов с плазменной тягой.

Чанг Диас описывает свои сны относительно практично. Он не собирается лететь прямо на Марс. Во-первых, он разработает ракеты, которые будут выполнять более обыденные аспекты обслуживания космоса, необходимые частным компаниям и правительству: фиксировать, перемещать или перезапускать заблудшие спутники; очищать там постоянно растущий водоворот «космического мусора»; извлечение вещей, которые можно спасти. «Абсолютно, хорошо, я не слишком горжусь, чтобы говорить это. По сути, мы здесь занимаемся грузоперевозками», — говорит он. «Мы будем чем-то вроде эвакуатора Triple-A в космосе. Мы счастливы быть местным сборщиком мусора в космосе. Это надежный, устойчивый и доступный бизнес, и именно так вы растете».

В конце концов, однако, Чанг Диас намеревается построить нечто большее, чем бизнес по перевозке внеземных грузов, и его амбиции совпадают с призывом Барака Обамы к приватизированной космической отрасли, которая поддерживает исследования далеко за пределами Луны. «Мы начнем с того, что впервые в истории отправим астронавтов на астероид», — сказал Обама в начале этого года в важном выступлении, связанном с НАСА, в Космическом центре Кеннеди. «Я считаю, что к середине 2030-х годов мы сможем отправить людей на орбиту Марса и благополучно вернуть их на Землю».

Такое убеждение может показаться чересчур амбициозным, но цели авиации всегда казались такими. В октябре 1903 года, например, астроном Саймон Ньюкомб, президент-основатель Американского астрономического общества, изложил ряд причин, по которым концепция полета с двигателем была сомнительной. «Не могут ли наши механики, — спрашивал он, — быть в конце концов вынуждены признать, что воздушный полет — это одна из великих проблем, с которыми человек никогда не сможет справиться, и отказаться от всех попыток справиться с этим?» Менее чем через два месяца братья Райт летали на Китти Хок. А в 19В 20-х годах молодой человек по имени Фрэнк Уиттл придумывал чертежи теоретического двигателя, сильно отличающегося от винтового двигателя, который мог бы засасывать воздух через турбины и выпускать его через серию «реактивных» сопел. «Очень интересно, Уиттл, мой мальчик», — сказал один из его профессоров авиационной техники в Кембриджском университете. — Но это никогда не сработает.

Погоня
Чанг Диас решил, что хочет стать космонавтом в возрасте семи лет, когда его мать объяснила ему американо-советскую космическую гонку. В ту ночь он вышел посмотреть на звезды и поискать спутник. Но вскоре он понял, что у него проблемы. Он оказался гражданином Коста-Рики, а у Коста-Рики не было космической программы. Когда он был подростком, он отправил письмо в НАСА с вопросом, как стать астронавтом. Он получил ответное письмо, в котором говорилось, что для полета с НАСА он должен быть гражданином США. В его семье царит смелость — его дедушка-китаец воевал против династии Цин и бежал в Коста-Рику во время подавления националистического движения. Так что Чанг Диас не собирался позволять таким вещам, как гражданство, сдерживать его.

После окончания средней школы, намереваясь присоединиться к НАСА, Чанг Диаз уехал жить к родственникам в Коннектикут. Несмотря на его ограниченный английский, он выиграл стипендию Университета Коннектикута, предназначенную для американских граждан. Кто-то почему-то подумал, что Коста-Рика — это Пуэрто-Рико, — вспоминает он со смехом, — и после того, как ему указали на ошибку, ему сказали, что стипендия аннулируется. Он обратился к администраторам университета, которые согласились заняться его делом с государством, и часть стипендии была восстановлена, чтобы он мог поступить в колледж.

Его работа там была настолько выдающейся, что его приняли в докторантуру Массачусетского технологического института по ядерной инженерии. Затем он подал заявление, чтобы стать космонавтом. НАСА отказало ему. (Чанг Диас говорит, что, вероятно, это произошло из-за того, что его заявление на получение гражданства США еще не было рассмотрено.) После натурализации — теперь он имеет двойное американо-коста-риканское гражданство — он попытался снова, став одним из почти 4000 претендентов на 19 вакансий. Его докторская степень по физике плазмы, его особое внимание к двигателям космических кораблей, его превосходное физическое состояние и его очевидная целеустремленность в совокупности сделали его одним из избранных НАСА.

Статус астронавта, как теперь говорит Чанг Диас, помог ему еще больше сосредоточиться на собственном видении и вселил в него гораздо более сильную веру в то, что скорость необходима для того, чтобы добраться до Марса и дальше. «Поверьте мне, — говорит он, — никто не захочет сидеть в космическом корабле шесть-восемь месяцев, если вы знаете, что можете добраться туда быстрее».

Во многих смыслах Чанг Диас рассматривает дальние космические путешествия как окончательное решение основной проблемы. Человеческая раса, утверждает он, однажды неизбежно придет к выводу, что для выживания ей нужно жить в другом месте. Также весьма вероятно, заключает Чанг Диас, что по мере того, как ресурсы на Земле истощаются, в космосе могут появиться другие, потенциально более прибыльные ресурсы — что-то гораздо более полезное для батарей, чем литий, например, или для проводимости, чем медь.

«Найдем ли мы золото, или богатства, или что-то такое, чего мы даже представить себе не можем, — говорит он, — мы никогда не узнаем, пока не прибудем туда, чтобы узнать. Я действительно даже не вижу Марс в качестве конечной точки; Я вижу это скорее как путевую точку. Мы откроем всю солнечную систему. Когда-нибудь мы найдем там жизнь, и все изменится».

Чанг Диас сравнивает освоение космоса в том виде, в каком оно проводилось до сих пор, с освоением космоса в первые годы существования американских границ, когда поддерживаемая правительством экспедиция Льюиса и Кларка привезла с собой кладезь знаний об американском Западе. Следующая фаза, по его мнению, будет больше похожа на эпоху роста в середине 1800-х годов, когда частные железные дороги и горнодобывающие предприятия, которым помогали земельные гранты и другая государственная помощь, открыли Запад для эпической экспансии и заселения.

Но, по его словам, освоение космоса больше не является вопросом национальных достижений. «У нас больше нет большой конфронтации между США и Советами, — говорит он. «Сейчас все совсем по-другому. Мы все нужны друг другу, чтобы это сработало». Он надеется, что граждане США будут вовлечены, но даже в этом нет уверенности. «Такие страны, как Бразилия, Индия, Китай, некоторые в Европе — там много той же химии, которую США чувствовали, скажем, 50 или 100 лет назад. Это новый клуб разработчиков».

По словам Чанга Диаса, мы находимся на пороге перехода от националистического марша к доминированию к гораздо более открытому и импровизационному подходу к инновациям. Если это правда, то стоит отметить, что после 25 лет работы в НАСА он сохранил нетронутое чувство импровизации.

В 2000 году в рамках совместной американо-российской программы обучения выживанию экипажей, посещающих МКС, Чанг Диас пролетел 60 миль к западу от Москвы для тренировочных тренировок. Инструкторы сообщили ему и двум его товарищам по команде — Калпане Чавла, погибшей в 2003 году на борту космического корабля «Колумбия», и русскому космонавту, которого Чанг Диас описывает как физически намного крупнее их обоих, — что им нужно смоделировать несчастный случай, который произошла более ранняя миссия, в которой спускаемый аппарат приземлился посреди метели, и спасателям потребовалось 48 часов, чтобы добраться до него. Отныне, сказали ему русские, весь экипаж «Союза» должен тренироваться в таких условиях.

Это уже слишком, вспоминает мысли Чанг Диаса. «Почему бы мне просто не задержать вход в атмосферу на мгновение и не приземлиться на Фиджи, или в Индийский океан, или в какое-нибудь другое теплое и приятное место?» Но таково было задание, поэтому троица сидела в полном летном снаряжении внутри наполовину заглубленной капсулы, пока инженеры паяльной лампой нагревали внешнюю часть до температуры входа в атмосферу. «Это была сауна, — говорит он.

Затем экипажу пришлось снять костюмы и надеть спасательное снаряжение. Капсула была настолько тесной, что процесс занял большую часть дня, когда каждому астронавту по очереди помогали переодеться из одного скафандра в другой. Наконец, они вынырнули из ослепляющего снега и заглянули в руководство, в котором им было сказано построить убежище. Чанг Диас закатывает глаза при воспоминании.

Повернувшись к своим замерзшим товарищам по команде, он сказал им собрать парашютный шелк капсулы. Его тесть во время охоты в Монтане научил его строить зимнее вигвам. Со стволами близлежащих берез и шелком он импровизировал. Через полчаса у него внутри горел огонь, и вскоре все трое уже сидели в носках, сухие и удобные.

Вскоре сквозь клапан высунулось лицо. Русские, наблюдавшие с хребта в бинокль, хотели знать, что происходит. Типи не было ни в одном руководстве. Все были в порядке? Экипаж улыбнулся.

Все в порядке, сказал им Чанг Диас. Ты выглядишь таким холодным. Заходите. Вот и наблюдатели присоединились к ним, сели, сняли куртки и попили чай.

Вызов
Чанг Диаз лучше всех знает, как трудно благополучно вернуться на Землю. Его карьера была прервана смертью — смертью, которая могла быть его собственной, если бы не рутинные коррективы в журнале расписания НАСА. Агентство решило отстранить его от первой запланированной миссии на космическом челноке «Челленджер» в 1986 году и вместо этого отправить его на миссию непосредственно перед этим. Шестнадцать дней спустя, только что вернувшись на Землю, он наблюдал, как гибнут его близкие друзья и коллеги, когда «Челленджер» взорвался через 73 секунды после взлета. Он продолжал летать в общей сложности семь миссий между 1986 и 2002 — он установил рекорд среди астронавтов — и провел 1601 час за пределами атмосферы Земли. Затем, через несколько месяцев после его последней миссии, «Колумбия» развалилась при входе в атмосферу, в результате чего погибли все семь человек на борту.

Изобретение Чанга Диаса мало что сделает для снижения опасности взлета. Плазменные двигатели зависят от космического вакуума и по-прежнему требуют «почтенных химических ракет», как их называет Чанг Диас, чтобы достичь околоземной орбиты. Но его работа заключается в том, чтобы значительно повысить безопасность экипажа в открытом космосе. Как он отмечает, многое может пойти не так на пути к другой планете. Ограничение космического полета с помощью обычной ракеты заключается в том, что ракета должна использовать весь запас топлива одновременно в одном контролируемом взрыве, чтобы достичь околоземной орбиты. Затем он движется по большей части с постоянной скоростью, пока не войдет в гравитационное поле Марса. По оценкам НАСА, такая поездка займет около семи месяцев. В течение этого времени, объясняет Чанг Диас, процедура прерывания не проводится. Корабль не может изменить курс. Если произойдет авария, Земля будет наблюдать за 10-минутной задержкой связи медленную смерть экипажа. «Химические ракеты не доставят нас на Марс», — прямо говорит он. — Это слишком долгое путешествие.

С другой стороны, плазменная ракета, такая как Васимр, сохраняет движение на протяжении всего полета. Он постепенно ускоряется, достигая максимальной скорости 34 мили в секунду за 23 дня. Это по крайней мере в четыре раза быстрее, чем может летать любая химическая ракета, что сокращает время полета на Марс как минимум на шесть месяцев и сводит к минимуму риск механических повреждений, воздействия солнечной радиации (конструкция Чанга Диаса защищает экипаж за баками с водородом
), костей. потеря, мышечная атрофия или любая из тысячи других проблем на этом пути. А поскольку движение доступно на протяжении всего пути, корабль может изменить курс в любое время.

Но программы пилотируемых космических полетов в настоящее время основаны на устаревшей ракетной технике. НАСА инвестировало в основном в двигательные установки, работающие на химическом топливе, и по разумным причинам. Ракета Чанга Диаса сопряжена со многими проблемами. Во-первых, марсианскому кораблю с двигателем Vasimr потребуется несколько ядерных реакторов на борту для выработки большого количества электроэнергии, необходимой для нагрева плазмы. НАСА приступило к работе над ядерным реактором для космических полетов в 2003 году, но свернуло проект всего через два года — риск радиации от взрыва или крушения, вероятно, был слишком велик — и перенаправило свои ресурсы на более традиционные двигательные программы. Во-вторых, никто еще не определил, как обеспечить безопасное направление плазменного газа через магнитное поле. Или как человеческое тело может отреагировать на движение со скоростью до 34 миль в секунду. «Реальность такова, что ракеты не всегда работают», — говорит Илон Маск, движущая сила ракетной компании SpaceX, одного из ключевых игроков в зарождающейся частной космической отрасли. Для Маска, который годами боролся за вывод своей ракеты Falcon 1 на орбиту, ставки кажутся особенно высокими в случае с ракетами, несущими ядерный материал. «Если что-то пойдет не так, на Землю упадет радиоактивный мусор — произойдет катастрофа», — говорит он.

Верно, что для вывода на орбиту марсианского плазменного корабля потребуются обычные ракеты, но Чанг Диас не согласен с тем, что запуск «Вазимра» сопряжен с дополнительным риском. Он отмечает, что реакторы будут оставаться неактивными до тех пор, пока корабль не выйдет из опасной зоны для распространения радиации обратно на Землю. А НАСА уже успешно запустило несколько ядерно-электрических зондов. Нет ничего невозможного. «Мы можем сделать это безопасно», — говорит он. «Наше понимание постоянно развивается, но мы знаем, что для того, чтобы идти далеко, мы должны идти быстро. Вот что такое Васимр.

Плазменный двигатель VASIMR: Земля на Марс за 39 дней?

Коллин Скочик

19 июля 2017 г.

Художественное представление космического корабля VASIMR мощностью 200 мегаватт. Изображения предоставлены: Ad Astra Rocket Company

В классических научно-фантастических романах и фильмах Артура Кларка 2001: Космическая одиссея и 2010: Одиссея 2 космические корабли Дискавери и Алексей Леонов совершают межпланетное путешествие с помощью плазмы диски. Ядерные реакторы нагревают водород или аммиак до состояния плазмы, энергии которого достаточно для обеспечения тяги.

В 1983 году семикратный астронавт космического корабля «Шаттл» Франклин Чанг Диаз воплотил предположения Кларка в реальность с помощью двигателя, известного как Магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом (VASIMR).

Источник электроэнергии ионизирует водород, дейтерий или гелий в плазму, отбирая электроны. Затем магнитные поля направляют заряженный газ в правильном направлении, чтобы обеспечить тягу.

«Ракетный двигатель — это канистра с газом под высоким давлением, — объяснил Чанг Диаз. «Когда вы открываете отверстие на одном конце, газ выбрасывается наружу, и ракета летит в другую сторону. Чем горячее вещество в канистре, тем выше скорость, с которой оно убегает, и тем быстрее летит ракета. Но если будет слишком жарко, канистра расплавится».

Двигатель VASIMR отличается, объяснил Чанг Диаз, из-за электрического заряда топлива: «Когда газ достигает температуры выше 10 000 [кельвинов], он превращается в плазму — электрически заряженный суп из частиц. И эти частицы могут удерживаться вместе магнитным полем. Магнитное поле становится канистрой, и нет предела тому, насколько горячей вы можете сделать плазму».

Чанг Диас указал, что водород был бы выгодным топливом для двигателя VASIMR, потому что космический корабль не должен был бы взлетать со всем топливом, необходимым для путешествия.

Система VASIMR®. Изображение предоставлено: Ad Astra Rocket Company

«Мы, скорее всего, найдем водород практически в любом месте Солнечной системы», — сказал он.

Космическому кораблю, использующему обычные химические ракеты, потребуется восемь месяцев, чтобы добраться до Марса во время противостояния. Однако двигатель VASIMR совершит путешествие всего за 39 дней.

Чанг Диас объяснил: «Помните, первую половину пути вы ускоряете, а вторую половину замедляете, поэтому доберетесь до Марса, но не пройдете его. Максимальная скорость по отношению к Солнцу составит около 32 миль в секунду [или 51,5 км/с]. Но для этого требуется ядерный источник энергии, чтобы нагреть плазму до нужной температуры».

Использование ядерной энергии в космосе вызывает споры. В 1997 году широкое общественное беспокойство вызвало то, что зонд NASA Cassini с плутониевой батареей пролетел мимо Земли, чтобы выполнить гравитационную помощь. Хотя НАСА отрицало, что риск для населения в случае аварии не превышает ежедневного риска от других источников радиации, некоторые ученые, в том числе популярный физик-теоретик Митио Каку, не согласились с этим.

19 апреля70 года Комиссия по атомной энергии была глубоко обеспокоена возвращением Аполлона-13 на Землю. В то время как миссия «Аполлон» обычно покидала этап спуска лунного модуля на Луну, неудачный «Аполлон-13» сбросил свой лунный модуль «Водолей » с его научными экспериментами, работающими на плутонии, в океан, что вызвало опасения по поводу радиоактивного загрязнения.

Илон Маск, генеральный директор корпорации Space Exploration Technologies ( SpaceX ), скептически относится к жизнеспособности двигателя VASIMR. Одной из причин является опасение по поводу падения радиоактивных обломков на Землю в случае аварии.

Маск также скептически относится к тому, что двигатель VASIMR будет значительным улучшением по сравнению с химическими ракетами. Ионный двигатель немного поможет, но не сильно из-за отсутствия большого ядерного реактора». Маск также отмечает, что большой ядерный реактор добавит вес ракете.

Чанг Диас отвергает опасения по поводу ядерных реакторов в космосе, заявляя: «Люди боятся ядерной энергетики. Чернобыль, Три-Майл-Айленд, Фукусима – это немного неправильно понято. Но если люди действительно собираются исследовать космос, нам в конечном итоге придется смириться с этой концепцией».

Еще одним активным критиком двигателя VASIMR является Роберт Зубрин, президент Марсианского общества , который разработал план Mars Direct по колонизации Марса и написал популярную книгу The Case For Mars. Он дошел до того, что назвал двигатель VASIMR «мистификацией».

Зубрин писал в SpaceNews : «Чтобы реализовать свое многократно повторяемое заявление о том, что VASIMR может обеспечить 39-дневный односторонний переход на Марс, Чанг Диас постулирует систему ядерного реактора мощностью 200 000 киловатт и мощностью отношение массы к массе 1000 ватт на килограмм. Фактически, самый большой космический ядерный реактор, когда-либо построенный, советский [эпохи] Топаз, имел мощность 10 киловатт и отношение мощности к массе 10 ватт на килограмм. Таким образом, нет никаких оснований верить в осуществимость фантастической системы власти Чанга Диаса».

Чанг Диас, однако, говорит в своей статье : « Предполагая использование передовых технологий [курсив добавлен], которые уменьшают общую удельную массу до менее 2 кг/кВт, возможно время отключения менее 60 дней. с электрической мощностью 200 МВт. Полеты на Марс в один конец продолжительностью менее 39 дней возможны даже с использованием мощности 200 МВт, если технологические достижения позволят снизить удельную массу почти до или ниже 1 кг/кВт».

СЛЕВА: Художественное изображение лунного буксира с VASIMR® мощностью 200 кВт на солнечной энергии. СПРАВА: Художественное представление полета человека на Марс с помощью NEP-VASIMR® мощностью 10 МВт. Изображения предоставлены: Ad Astra Rocket Company

Другими словами, Чанг Диас допускает дальнейшие разработки, которые позволят создать такой реактор.

Зубрин, однако, заявил: «Тот факт, что администрация [Обамы] не прилагает усилий для разработки космического ядерного реактора любого типа, не говоря уже о гигантском сверхсовременном реакторе, необходимом для гипердвигателя VASIMR, свидетельствует о том, что программа проводится на основе ложных предпосылок».

Исследовательский документ НАСА 2011 года « Многомегаватная ядерная космическая энергия замкнутого цикла МГД с использованием неравновесной рабочей плазмы He/Xe » Рона Дж. Литчфорда и Нобухиро Харада указывает на то, что такие разработки осуществимы в ближайшем будущем.

Независимо от того, жизнеспособен ли двигатель VASIMR, в 2015 году НАСА заключило с фирмой Чанга Диаса — Ad Astra Rocket Company™ — трехлетний контракт на 9 миллионов долларов. До сих пор двигатель VASIMR вырабатывал пятьдесят киловатт за одну минуту, что еще далеко от цели Чанга Диаса в 200 мегаватт.

В своем нынешнем виде двигатель VASIMR использует аргон в качестве топлива. Первая ступень ракеты нагревает аргон до состояния плазмы и впрыскивает его в ракету-носитель. Там радиочастота возбуждает ионы в процессе, называемом ионно-циклотронным резонансным нагревом. Набирая энергию, они превращаются в поток перегретой плазмы и ускоряются в задней части ракеты.

Видео предоставлено компанией Ad Astra Rocket

Метки: Путешествие на Марс Диапазон

Коллин Скочик

Коллин Р. Скочик был очарован космическим полетом с момента первого полета космического корабля «Колумбия» в апреле 1981 года. Он часто посещает мероприятия, организованные Фондом стипендий астронавтов, и встречался с много астронавтов в своем опыте в Космическом центре Кеннеди. Он является плодовитым автором научной фантастики, а также статей, связанных с наукой и космосом.

В дополнение к серии «Путешествие в неизвестность» он также написал сборник рассказов «Будущие жизни!», научно-фантастический роман «Сны звезд» и роман-катастрофу «Солнечные лучи». Его первая печатная продажа была «Астероид Этерния» в журнале «Встречи». Когда он не пишет, он обеспечивает скрытые субтитры для слабослышащих. Он живет в Атлантик-Бич, Флорида.

Плазменная ракета VASIMR® VX-200SS прошла рекордное 88-часовое испытание на выносливость при высокой мощности

Плазменная ракета VASIMR® VX-200SS компании Ad Astra Rocket прошла 88 часов непрерывной работы при мощности 80 кВт в техасской лаборатории компании недалеко от Хьюстона. При этом компания устанавливает новый мировой рекорд по выносливости мощных электродвигателей. Испытание также демонстрирует зрелость технологии двигателя VASIMR® как конкурентоспособного варианта мощного космического электрического двигателя с солнечной или ядерной энергией. Электрические ракеты мощностью более 50 кВт на двигатель считаются «мощными».

Тест начался в 12:50 (CST) в прошлый понедельник, 12 июля, и закончился в пятницу, 16 июля, в 4:55 (CST). Стрельба прекратилась всего за 12 часов до запланированной продолжительности в 100 часов из-за ложного датчика температуры, расположенного в вспомогательном испытательном оборудовании, а не на конструкции ракеты. Однако ракета работала нормально, и все указывало на то, что, если бы не этот неисправный датчик, она достигла бы цели в 100 часов и превысила ее. Ad Astra считает, что 88-часовое испытание дает объективное и достаточное доказательство того, что двигатель VASIMR® соответствует требованиям, предъявляемым НАСА к выносливости большой мощности.

«Тест — это большой успех, кульминация многолетних испытаний методом проб и ошибок и кропотливого внимания к деталям, а также солидная награда за упорство и самоотверженность команды», — сказал Франклин Р. Чанг Диас, председатель и главный исполнительный директор Ad Astra. и награжденный бывший астронавт НАСА. «Поскольку новый набор модификаций двигателя уже находится на стадии производства, теперь мы перейдем к демонстрации устойчивого теплового режима на мощности 100 кВт во второй половине 2021 года», — добавил он.

Двигатель VASIMR® уникален тем, что сохраняет высокую мощность ракеты на химическом топливе, но с десятикратной топливной экономичностью. Как таковой, он является отличным кандидатом для множества приложений, начиная от солнечных и электрических роботов с высокой полезной нагрузкой, коммерческих грузовых и миссий по пополнению запасов в окололунном пространстве, до быстрых пилотируемых миссий на Марс и далее с ядерно-электрическим двигателем (NEP). . Растущее значение миссий НЭП, для которых идеально подходит VASIMR®, отражено в формулировке законопроекта 2022 года, представленного Комитетом по ассигнованиям на торговлю, правосудие, науку и связанные с ними агентства Палаты представителей США, в котором говорится, что «… в не менее 10 000 000 долларов должно быть использовано для начала систематического подхода к атомным электрическим двигателям…», и «в течение 180 дней после вступления в силу настоящего Закона НАСА в координации с другими соответствующими федеральными департаментами и агентствами, такими как Министерство энергетики, должно представить многолетний план демонстрации в космосе двигательной установки для НЭП».

«Очень вдохновляюще видеть, как много Франклин Чанг Диас и команда Ad Astra смогли добиться и продвинуться за те годы, которые я знаю. Эта технология обладает большим потенциалом для революции в космической отрасли», — сказал конгрессмен США Брайан Бабин, высокопоставленный член подкомитета Палаты представителей по космосу и аэронавтике. «Небольшая, но преданная своему делу команда Ad Astra является настоящим свидетельством настойчивости, и продолжение инвестиций в передовые технологии, такие как VASIMR®, имеет решающее значение, если мы хотим оставаться страной, лидирующей в освоении космоса», — добавил он.

Основная цель компании состоит в том, чтобы двигатель VASIMR® продемонстрировал работу в стабильном температурном режиме при все более высоких уровнях мощности. Это условие требует, чтобы температура всех критических компонентов двигателя стабильно поддерживалась системой управления температурным режимом двигателя.

«Возможность непрерывной работы на мощности 80 кВт очень интересна, потому что мы так близки к нашей проектной цели в 100 кВт и нам необходимо сосредоточиться на модернизации всего нескольких компонентов, – сказал д-р Мэтью Джамбуссо, старший научный сотрудник Ad Astra, и руководитель опытных работ. «Быстрая череда успешных тестов за последние несколько недель была захватывающей», — добавил он.

Значительные успехи в разработке этой системы были достигнуты в ходе экспериментальных кампаний продолжительностью от нескольких дней до недель, за каждой из которых следовал период проверки, разборки и усовершенствования. Это быстрое прототипирование является основой подхода Ad Astra к быстрому совершенствованию технологии VASIMR® и предоставлению конкурентоспособного мощного электрического двигателя как для государственных, так и для частных клиентов.

Управление температурным режимом двигателя VASIMR® представляет собой уникальную задачу, поскольку необходимо тщательно контролировать температуру от миллионов градусов в плазменном ядре ракеты до почти абсолютного нуля в сверхпроводящем магните, расположенном на расстоянии нескольких десятков сантиметров. Это, конечно, в вакуумной среде, где должен работать двигатель. Эти строгие требования потребовали от Ad Astra разработки инновационных технологий производства и сборки, чтобы соответствовать необычным тепловым и электромагнитным ограничениям в доступном корпусе двигателя. «Чтобы заставить большое разнообразие материалов работать в гармонии с окружающей средой, в которой мы подвергаем двигатель, возникли серьезные производственные проблемы, которые нам пришлось преодолеть», — сказал г-н Лоуренс «Диджей» Дин, глава производства Ad Astra.

О технологии: сокращенно от магнитоплазменной ракеты с переменным удельным импульсом, VASIMR® работает с плазмой, электрически заряженным газом, нагретым до экстремальных температур радиочастотными (РЧ) волнами, и управляется и направляется сильными магнитными полями, которые также обеспечивают изоляцию. . Плазменные ракеты, такие как VASIMR®, имеют чрезвычайно низкий расход топлива и гораздо более высокую мощность и/или производительность по сравнению с другими электрическими или химическими ракетами. VASIMR® предлагает экономические и эксплуатационные преимущества при развертывании спутников, повторном повышении мощности, восстановлении и утилизации по окончании срока службы. С надлежащим ядерно-электрическим источником энергии VASIMR® может обеспечить гораздо более быструю и безопасную транспортировку людей и роботов в дальнем космосе, где солнечной энергии недостаточно.

О компании Ad Astra: американская корпорация Ad Astra Rocket Company, основанная в 2005 году в штате Делавэр, является разработчиком двигателя VASIMR®, передовой плазменной космической двигательной установки, предназначенной для развивающегося рынка космического транспорта. Ad Astra имеет свою основную лабораторию и штаб-квартиру по адресу 141 W. Bay Area Blvd в Вебстере, штат Техас, США, недалеко от Космического центра НАСА имени Джонсона.

Внешний импульсный плазменный двигатель

Внешний импульсный плазменный двигатель

Введение

Внешний импульсный плазменный двигатель
концепция, существующая с конца 1950-е годы. Это был один из
оригинальные решения проблемы перегрева материалов двигателя. Внутренние стены
ракетные двигатели сильно нагреваются, поэтому часть ракетного топлива приходится использовать для
охлаждать стены с помощью конвекционных потоков. Без такого охлаждения
стены ракеты распадутся или испарятся. Это приводит к неэффективному
ракеты — что усугубляет проблему с дополнительными финансовыми затратами
связано с большим количеством топлива для непрерывного охлаждения внутренних стенок
подруливающие устройства. [1]

Внешний импульсный плазменный двигатель (EPPP)
и его основные принципы были недавно заново открыты в работе
сделано физиками-ядерщиками в начале 60-х годов в рамках проекта ОРИОН.
Этот двигатель является одним из наиболее перспективных методов движения для
путешествуя мимо Марса в пилотируемых миссиях. Существующие современные двигатели
основанные на принципах термоядерного синтеза, антиматерия или лучевая энергия
важные научные вопросы, которые необходимо решить до серьезного
можно разработать прототип. [1,2] Тем не менее, EPPP значительно
дешевле и, что немаловажно, не требует серьезных научных
прорывы, которые должны быть реализованы в качестве фактического прототипа. [3]

Как работает двигатель

Концепция этого двигателя довольно проста.
ограничивающим фактором традиционных ракет является то, что любая тяга, которая получает
произведенный должен находиться в закрытой зоне. Тем не менее, проблема
что любой материал, из которого состоят стены локализации, достигнет своего
температура плавления. На рис. 1 вы можете увидеть первоначальный проект проекта «Орион».
конструкция на основе тяговой двигательной установки с использованием управляемого ядерного
детонации. В конструкции EPPP все вращается вокруг импульса. В
двигатель EPPP, повседневные материалы могут работать как конфайнмент
материалы. Как это может быть? Из-за принципа импульса. Все
материалы имеют очень высокие температурные допуски в течение очень короткого времени.
Но температурным градиентам требуется время, чтобы вызвать тепловой поток. [1] Даже если вы
очень-очень быстро увеличить температуру камеры содержания,
тепло не будет поглощаться материалом мгновенно. Это занимает некоторое время
(порядка миллисекунд), чтобы начать плавление. Поэтому вы инженер
импульс возникнет порядка наносекунд — времени недостаточно
вызвать разрушение материала камер содержания. Этот
тогда исключается необходимость использования топлива для охлаждения стен. Обеспечение высокого
тяга в течение короткого промежутка времени также использует массу более эффективно, чем
традиционные методы ракетного движения делают. Тяга создается выбросом
и взорвать небольшие импульсные устройства, работающие на делении, в кормовой части
средство передвижения. [4] Двигатель EPPP создает оболочку из ионизированных частиц с
очень высокая осевая скорость. Таким образом, эта концепция «езды на
плазменная волна» правильно называется внешним импульсным плазменным двигателем.
[4]

Миссия Ориона, политика и двигатель EPPP

Миссия Орион преследовала одну конкретную цель —
разработать технологию, которая позволила бы людям безопасно путешествовать за пределы Марса.
Миссия была возложена на General Atomics. В это время (1958 г.) НАСА
не был создан. НАСА, скорее всего, не взялось бы за эту миссию.
потому что у него не было необходимого ядерного оружия. Орион
Миссия наняла лучших физиков того времени. Многие из
они работали над решением некоторых очень сложных проблем, связанных с непрозрачностью
и абляция. Абляция была особенно важна; проделанная работа по решению
проблема абляции была фундаментальной для создания современного
двигателя ЭППС. Абляция требует выяснить, как долго
материал может выдерживать определенные импульсы до плавления. Это также
необходимо разработать поглощающие пластины для преобразования тяги в импульс,
снизить температуру всей системы и защитить экипаж от
излучение. Эти поглотители должны были уменьшить силу перегрузки, испытываемую двигателем.
экипаж до 2g. [5] После решения этой проблемы следующий проект
шаги должны были начать разработку прототипа. Однако политика
вмешался. Миссия Орион длилась 7 лет, с 1958 по 1965 год. Во время
на этот раз гонка ядерных вооружений разгоралась, а финансирование сокращалось.
перенаправлены на военное и военное применение. Тогда был проект Орион.
закрылись после того, как мировые правительства подписали договоры о запрещении ядерных испытаний.
Стороны переговоров не станут делать исключений для проекта «Орион»,
двигательная установка которого была основана на подрыве ядерной бомбы.
[5]

Заключение

Двигатель EPPP является одним из наиболее жизнеспособных
технологии, которые у нас есть в настоящее время для дальних космических путешествий. С
затраты, необходимые для создания этого двигателя, снижаются, НАСА начало испытания
экспериментальное оборудование и публикация дополнительных исследований принципов
ЭППП. С большим пониманием и сотрудничеством между космическими
агентств, пилотируемый полет к планетам за пределами Марса может быть не только
признается возможным, но осуществимым.

© Байян Яхья. Автор дает разрешение
копировать, распространять и демонстрировать это произведение в неизмененном виде, с
ссылка на автора только в некоммерческих целях. Все остальные
права, включая коммерческие права, сохраняются за автором.

Каталожные номера

[1] Дж. А. Бонометти и П. Дж. Мортон, «Внешний импульсный
Созревание анализа плазменного движения (EPPP), Американский институт
по аэронавтике и космонавтике,
АИАА-2000-3610,
24 июл 00.

[2] А. Микс,
«Опрос
ядерных двигательных технологий для космических приложений», Физика
241, Стэнфордский университет, зима 2013 г.

[3] А. Клейн,
«Ядерный
Импульсное движение», Physics 241, Stanford University, Winter 2012.

[4] Дж. А. Бонометти, П. Дж. Мортон и Г. Р. Шмидт,
«Внешний импульсный плазменный двигатель и его потенциал для ближнего
Будущее», AIP Conf. Proc. 504 , 1236 (2000).

[5] Г. Дайсон, Проект Орион: Правдивая история
Атомный космический корабль (Генри Холт, 2002 г.).

Импульс Космос — Вики | Golden

Momentus Space была основана космическим предпринимателем Михаилом Кокоричем и его партнером Львом Хасисом в Санта-Кларе в 2017 году. Первоначально компания Momentus родилась в результате переговоров со спутниковыми операторами, ищущими более доступный космический транспорт. Momentus разрабатывает космические двигательные установки, работающие на микроволновых электротермических (МЭТ) водоплазменных двигателях. Momentus Space — первая компания, предоставляющая космические транспортные услуги, основанная на высокоэффективных водо-плазменных ракетных двигателях. В водо-плазменных двигательных установках Momentus используется дешевая, нетоксичная и считающаяся безопасной вода, с которой легко работать. Двигательная установка на водной основе может обеспечить путь к разрыву связей космической промышленности с Землей, позволяя пополнять запасы с астероидов.

Художественная концепция орбитального транспортного средства Momentus Ardoride

Микроволновая электротермическая двигательная установка (MET)

Momentus Space основана на более чем 30-летних университетских исследованиях, финансируемых НАСА и ВВС США. Momentus Space также имеет несколько новых патентов. Микроволновые электротермальные водные двигательные установки Momentus Space используют треть топлива в качестве химических двигательных установок и доставляют полезную нагрузку в три раза быстрее, чем солнечные электроионные двигательные установки.

MET — это электротермические устройства на основе плазмы, которые используют джоулев нагрев частично ионизированного газа для нагревания неионизированного топлива, которое затем выбрасывается через сужающееся-расширяющееся сопло для создания тяги таким же образом, как в химических ракетах. Сам корпус двигателя представляет собой микроволновую резонансную полость, которая позволяет разрушать микроволновым излучением практически любое топливо в газообразном состоянии. Momentus разрабатывает систему MET, которая использует воду в качестве топлива в строго локализованной области прямо перед горловиной ракеты. Комбинация мощности солнечной батареи и батарей (в зависимости от рабочего цикла) обеспечивает энергию, необходимую для работы. Для их систем высокой мощности микроволновая мощность для привода системы генерируется магнетронами, которые являются наиболее эффективными средствами производства излучения из электроэнергии и хорошо зарекомендовали себя в наземной промышленности по приготовлению пищи и обработке материалов.

Предыдущие академические исследования и собственные разработки компании Momentus показали, что путем осторожного впрыска рабочего газа с закручиванием, создающим вихрь, газовый разряд может быть локализован на центральной линии, где интенсивность микроволн наибольшая, что приводит к сильному радиальному профилю. в температуре газа. Температура электронов на осевой линии в разряде может достигать 15 000–20 000 Кельвинов, что позволяет нагреть центральный газ до нескольких тысяч Кельвинов, в то время как температура пограничного слоя газа, находящегося в контакте с горловиной двигателя, может находиться в пределах температурных ограничений длительного срока службы. из тугоплавких металлов.

Анализ Momentus и обзор существующей литературы показывают, что при достижимых температурах удельный импульс может приближаться к 1000 с из-за чрезвычайно высокой выживаемой температуры газа в объеме и термической диссоциации молекул воды до атомарного состояния. На следующем рисунке показаны основные конструктивные особенности микроволнового электротермического (МЭТ) двигателя, демонстрирующие диаграмму поля моды TM011 в резонаторе. Этот режим резонатора обеспечивает силовую связь и размещает разряд в оптимальном месте перед соплом.

Основные конструктивные особенности микроволнового электротермического (МЕТ) двигателя, демонстрирующие картину поля моды TM011 в резонансной полости.

На следующем рисунке показано, как молекулярная диссоциация воды служит для увеличения удельного импульса при данной температуре сверх того, что можно было бы ожидать при 18 г/моль для воды за счет снижения средней молекулярной массы. На рисунке показан график застывшего потока, фракционной диссоциации и теплового КПД в зависимости от температуры камеры для коэффициента расширения 100:1 с водяным топливом, как смоделировано в TDK, двумерном кинетическом коде, поддерживаемом Sierra Engineering для моделирования горения. Температура в камере 8000 К дает удельный импульс около 750 с.

Удельный импульс (замороженный поток), фракционная диссоциация и отношение энтальпии камеры к КПД струи в зависимости от температуры для водяного ракетного топлива.

Метеорологический двигатель S-диапазона в лаборатории.

На рисунке справа показано изображение MET диапазона S (2,45 ГГц), работающего в лаборатории Momentus с использованием водяного ракетного топлива мощностью 3 кВт.

Вода в качестве пропеллента

Выбор пропеллента является основным фактором затрат из-за химических свойств, требований к обращению, условий хранения и многих других факторов, включая следующие:

• Безопасен и нетоксичен, что снижает затраты на рабочую силу при сборке и испытании силовых установок и устраняет опасения по поводу загрязнения полезной нагрузки райдшеров.
• Плотность, простота хранения и обращения при стандартном давлении и температуре — для устранения необходимости в системе хранения и подачи под высоким давлением, что, в свою очередь, повышает безопасность, уменьшает массу бака и снижает риск попадания мусора на орбиту в случае эксплуатационного сбоя.
• Недорогой — хотя при текущих ценах на спутники затраты на топливо сами по себе обычно составляют небольшую долю от общей стоимости системы. По мере снижения стоимости системы более дорогие топлива будут составлять значительную долю от общей стоимости системы.
• Высокое содержание элементов с низкой атомной массой, что необходимо для использования в качестве эффективного материала для защиты от радиации, чтобы обеспечить синергию в конструкции конструкции за счет использования резервуара для хранения топлива как конструкции, так и защиты, и
• Доступно на астероидах и поверхностях планет в виде формы будущей защиты от возможной технологии использования ресурсов на месте и как способ обеспечения пополнения запасов в космосе из местных ресурсов.

Основываясь на этих критериях, вода является предлагаемым идеальным топливом, поэтому компания Momentus решила сосредоточиться на MET на водной основе в качестве своей основной технологии.

Продукты и услуги

Как показано на следующей схеме дорожной карты, первый демонстрационный орбитальный полет Momentus должен быть готов к запуску в 2019 году. Дорожная карта технологии Momentus начинается с технологий Zeal™ и Vigor™, которые они адаптируют для полета. Momentus будет готов начать принимать заказы на транспортные услуги малых спутников на околоземной орбите для запуска в 2020 году или позднее с помощью космических буксиров Ardoride™ и Vigoride™ SmallSat. К 2021 году компания Momentus планирует подготовить Fervoride™ — высокопроизводительный космический буксир, предназначенный для доставки спутников GEO нового поколения. Дорожная карта Momentus включает в себя крупномасштабный космический буксир Valoride™, предназначенный для поддержки космического производства, добычи на астероидах и пополнения запасов для космических отелей. Valoride™ — это предлагаемая компанией Momentus служба транспортировки рабочей лошадки, которая переправляет оборудование и припасы в окололунное пространство, а также между LEO, GEO и астероидами.

Текущая дорожная карта развития двигательной установки Momentus и орбитального транспортного средства (OTV), а также возможные применения.

Хронология

1 апреля 2020 г.

Импульс для запуска IRIS-A, миссии космической лаборатории NCKU.

26 июля 2019 г.

Momentus получает награду NASA iTech Award.

Июль 2019 г.

Momentus Space привлекает $25 500 000 от ACE & Company, Drake Management, Lerner Enterprises, Liquid 2 Ventures, Mountain Nazca, Prime Movers Lab, Quiet Capital, Фонда Университета Вайоминга и Y Combinator.

14 ноября 2018 г.

Momentus объявляет о начальном финансировании на сумму 8,3 млн долларов.

Ноябрь 2018 г.

Momentus Space привлекает начальный раунд на сумму 8 300 000 долларов США от Энди Атертона, Бена Дэвенпорта, Бенджамина Макканна, Fort Ventures, Kingsley Advani, Liquid 2 Ventures, Mountain Nazca, One Way Ventures, Prime Movers Lab и Y Combinator.

Плазменная ракета НАСА приближается к 100-часовой стрельбе

Наука —

Эрик Бергер
— 10 августа 2017 г. 13:56 UTC

Увеличить / Имея 200 кВт солнечной энергии, двигатель VASIMR можно использовать в качестве буксира к Луне.

Ad Astra Rocket Company

Почти все признают, что если люди действительно хотят углубиться в Солнечную систему, нам нужны более быстрые и эффективные двигательные установки, чем обычные химические ракеты. Ракетные двигатели, работающие на химическом топливе, отлично подходят для разрыва цепей земного притяжения, но они потребляют слишком много топлива при использовании в космосе и не обеспечивают оптимального управления тягой космического корабля.

НАСА тоже признает это. Итак, в 2015 году космическое агентство заключило три разных контракта на разработку передовых двигательных установок. Из них, пожалуй, наиболее интригующей является ракета на основе плазмы, которая работает на аргоновом топливе, генерирует плазму, возбуждает ее, а затем выталкивает ее через сопло на высокой скорости. Это решение может сократить время в пути между Землей и Марсом до недель, а не месяцев.

Но чтобы реализовать этот потенциал, хьюстонская ракетная компания Ad Astra должна сначала продемонстрировать, что ее плазменная ракета VASIMR может работать непрерывно в течение длительного периода времени. Трехлетний, 9 долларов.миллионный контракт от НАСА требовал, чтобы к 2018 году компания запускала свою плазменную ракету мощностью 100 киловатт в течение 100 часов. Компания завершила успешную проверку производительности с НАСА после второго года контракта, и теперь она запускала двигатель в общей сложности 10 часов, внося значительные изменения в свою большую вакуумную камеру, чтобы выдерживать тепловую нагрузку, создаваемую ракетным двигателем.

Рекламное объявление

Когда Арс посетил Ad Astra в начале 2017 года, его ракета пульсировала примерно по 30 секунд за раз. Теперь компания запускает VASIMR примерно по пять минут за раз, сообщил Ars основатель Франклин Чанг-Диас. «Сейчас ограничением является выделение влаги из всего нового оборудования как в ракете, так и в вакуумной камере», — сказал он. «Это перегружает насосы, поэтому приходится много заниматься кондиционированием, которое нужно делать понемногу».

• Вид на плазменный шлейф во время пробного пуска.

  Ракетная компания Ад Астра

• arstechnica.net/wp-content/uploads/2017/02/LoadingVASIMRr-engine-to-vacuum-chamber-150×150.jpg» data-src=»https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2017/02/LoadingVASIMRr-engine-to-vacuum-chamber.jpg» data-responsive=»https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2017/02/LoadingVASIMRr-engine-to-vacuum-chamber-980×656.jpg 1080, https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2017/02/LoadingVASIMRr-engine-to-vacuum-chamber-1440×964.jpg 2560″ data-sub-html=»#caption-1037759″>

  Загрузка двигателя VASIMR в вакуумную камеру.

  Ракетная компания Ад Астра

• jpg 1080, https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2017/02/Plasma-exhaust-side-1440×964.jpg 2560″ data-sub-html=»#caption-1037763″>

  Там, где из ракетного двигателя выходит плазма.

  Ракетная компания Ад Астра

• Двигатель VASIMR и внешний вид вакуумной камеры.

  Ракетная компания Ад Астра

• arstechnica.net/wp-content/uploads/2017/02/vacuum-150×150.jpg» data-src=»https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2017/02/vacuum.jpg» data-responsive=»https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2017/02/vacuum-980×656.jpg 1080, https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2017/02/vacuum.jpg 2560″ data-sub-html=»#caption-1043005″>

  Внешний вид вакуумной камеры.

  Ракетная компания Ад Астра

• Установка крионасосов внутри вакуумной камеры.

  Ракетная компания Ад Астра

• 900:02 Франклин Чанг-Диас заглядывает в вакуумную камеру во время пробного выстрела.

  Ракетная компания Ад Астра

• arstechnica.net/wp-content/uploads/2017/02/Copy-of-Screen-Shot-2013-12-27-at-3.37.27-PM-150×150.png» data-src=»https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2017/02/Copy-of-Screen-Shot-2013-12-27-at-3.37.27-PM.png» data-responsive=»https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2017/02/Copy-of-Screen-Shot-2013-12-27-at-3.37.27-PM-980×549.png 1080, https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2017/02/Copy-of-Screen-Shot-2013-12-27-at-3.37.27-PM-1440×806.png 2560″ data-sub-html=»#caption-1037755″>

  Франклин Чанг-Диас.

  Ракетная компания Ад Астра

• jpg 1080, https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2017/02/vacuum-chamber-setup.jpg 2560″ data-sub-html=»#caption-1042995″>

  Настройка двигателя VASIMR (VX 200SS) внутри вакуумной камеры во время испытаний. Ракета слева, область шлейфа показана фиолетовым контуром.

  Ракетная компания Ад Астра

По мере того, как компания продолжает тестировать новое оборудование, оно постепенно переходит к все более и более длинным импульсам с проверками между ними. По словам Чанг-Диаса, Ad Astra планирует провести 100-часовые испытания в конце лета или начале осени 2018 года.

Изначально компания рассматривает плазменную ракету как средство доставки грузов между Землей и Луной или на Марс. С панелями на солнечных батареях ракета будет иметь относительно низкую тягу и, следовательно, будет перемещать грузы медленно, но эффективно.