Ракетный термоядерный двигатель: Через термояд к звёздам

Содержание

Курс на Альфа Центавра. В США создадут ракетный двигатель для быстрых полетов к Марсу и дальше

В США представили концепт ракетного двигателя будущего, который позволит добраться до Марса за три месяца.

Космическая тяга: сможет ли Россия создать ядерный двигатель для ракет | Статьи

В России провели испытания системы охлаждения ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) — одного из ключевых элементов космического аппарата будущего, на котором можно будет совершать межпланетные полеты. Зачем в космосе нужен ядерный двигатель, как он работает и почему «Роскосмос» считает эту разработку главным российским космическим козырем, рассказывают «Известия».

История атома

Если положить руку на сердце, то со времен Королева ракеты-носители, используемые для полетов в космос, кардинальных изменений не претерпели. Общий принцип работы — химический, основанный на сгорании топлива с окислителем, остается прежним. Меняются двигатели, система управления, виды топлива. Основа путешествий в космосе остается неизменной — реактивная тяга толкает ракету или космический аппарат вперед.

Очень часто можно услышать, что нужен серьезный прорыв, разработка, способная заменить реактивный двигатель, чтобы повысить эффективность и сделать полеты к Луне и Марсу более реалистичными. Дело в том, что в настоящее время едва ли не большая часть массы межпланетных космических аппаратов, — это топливо и окислитель. А что если отказаться от химического двигателя вообще и начать использовать энергию ядерного двигателя?

двигатель

Сергей Павлович Королев, советский ученый, конструктор и главный организатор производства ракетно-космической техники и ракетного оружия СССР, основоположник практической космонавтики

Фото: РИА Новости

Идея создания ядерной двигательной установки не нова. В СССР развернутое постановление правительства по проблеме создания ЯРД было подписано еще в далеком 1958 году. Уже тогда были проведены исследования, показавшие, что, используя ядерный ракетный двигатель достаточной мощности, можно добраться до Плутона (еще не утратившего свой планетный статус) и обратно за шесть месяцев (два туда и четыре обратно), потратив на путешествие 75 т топлива.

Занимались в СССР разработкой ядерного ракетного двигателя, однако приближаться к реальному прототипу ученые стали только сейчас. Дело не в деньгах, тема оказалась настолько сложной, что ни одна из стран не смогла до сих пор создать работающий прототип, а в большинстве случаев всё заканчивалось планами и чертежами. В США проводились испытания двигательной установки для полета на Марс в январе 1965 года. Но дальше тестов KIWI проект NERVA по покорению Марса на ядерном двигателе не сдвинулся, да и был он значительно проще, чем нынешняя российская разработка. Китай поставил в свои планы космического развития создание ядерного двигателя поближе к 2045 году, что тоже очень и очень не скоро.

В России же новый виток работы над проектом ядерной электродвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса для космических транспортных систем начался в 2010 году. Проект создается силами «Роскосмоса» и «Росатома» совместно, и его можно назвать одним из самых серьезных и амбициозных космических проектов последнего времени. Головным исполнителем по ЯЭДУ является Исследовательский центр им. М.В. Келдыша.

Ядерное движение

На протяжении всего времени разработки в прессу просачиваются новости о готовности то одной, то другой части будущего ядерного двигателя. При этом в целом, кроме специалистов, мало кто представляет себе, как и за счет чего он будет работать. Собственно, суть космического ядерного двигателя примерно такая же, как и на Земле. Энергия ядерной реакции используется для нагрева и работы турбогенератора-компрессора. Если говорить проще, то ядерная реакция используется для получения электричества, практически точно так же, как и на обычной атомной электростанции. А уже при помощи электричества работают электроракетные двигатели. В данной установке это ионные двигатели высокой мощности.

двигатель

Испытание ионного двигателя

Фото: commons.wikimedia.org/Общественное достояние

В ионных двигателях тяга создается путем создания реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле. Ионные двигатели есть и сейчас, они испытываются в космосе. Пока у них только одна проблема — практически все они имеют очень небольшую тягу, хоть и расходуют очень мало топлива. Для космических путешествий такие двигатели — прекрасный вариант, особенно если решить проблему получения электричества в космосе, что и сделает ядерная установка. К тому же работать ионные двигатели могут достаточно долго, максимальный срок непрерывной работы самых современных образцов ионных двигателей составляет более трех лет.

Если посмотреть на схему, можно заметить, что ядерная энергия начинает свою полезную работу совсем не сразу. Сначала нагревается теплообменник, затем вырабатывается электричество, оно уже используется для создания тяги ионного двигателя. Увы, более простым и эффективным образом использовать ядерные установки для движения человечество пока не научилось.

В СССР запускались спутники с ядерной установкой в составе комплекса целеуказания «Легенда» для морской ракетоносной авиации, но это были совсем маленькие реакторы, а их работы хватало только на выработку электричества для повешенных на спутник приборов. Советские космические аппараты имели мощность установки в три киловатта, сейчас же российские специалисты работают над созданием установки с мощностью более мегаватта.

Проблемы космического масштаба

Естественно, что проблем у ядерной установки в космосе гораздо больше, чем на Земле, и самая главная из них — это охлаждение. В обычных условиях для этого используется вода, очень эффективно поглощающая тепло двигателя. В космосе же сделать это нельзя, и ядерным двигателям требуется эффективная система охлаждения — причем тепло от них нужно отводить во внешнее космическое пространство, то есть делать это можно только в виде излучения. Обычно для этого в космических кораблях используются панельные радиаторы — из металла, с циркулирующей по ним жидкостью теплоносителем. Увы, такие радиаторы, как правило, имеют большой вес и габариты, кроме того, они никак не защищены от попадания метеоритов.

В августе 2015 года на авиасалоне МАКС была показана модель капельного охлаждения ядерных энергодвигательных систем. В ней жидкость, рассеянная в виде капель, пролетает в открытом космическом пространстве, охлаждается, а затем снова собирается в установку. Только представьте себе огромный космический корабль, в центре которого гигантская душевая установка, из которой вырываются наружу миллиарды микроскопических капель воды, летят в космосе, а затем засасываются в огромный раструб космического пылесоса.

Совсем недавно стало известно, что капельная система охлаждения ядерной двигательной установки была испытана в земных условиях. При этом система охлаждения — это важнейший этап в создании установки.

Фото: mipt. ru

Схема капельной системы охлаждения для ядерных энергодвигательных систем

Теперь дело за тем, чтобы испытать ее работоспособность в условиях невесомости и уже только после этого систему охлаждения можно будет пробовать создать в размерах, требуемых для установки. Каждое такое успешное испытание по чуть-чуть приближает российских специалистов к созданию ядерной установки. Ученые спешат изо всех сил, ведь считается, что вывод ядерного двигателя в космос сможет России помочь вернуть лидерские позиции в космосе.

Ядерная космическая эра

Допустим, это получится, и уже через несколько лет в космосе начнет свою работу ядерный двигатель. Чем это поможет, как это можно будет использовать? Для начала стоит уточнить, что в том виде, в котором ядерная двигательная установка существует сегодня, она может работать только в космическом пространстве. Взлетать с Земли и садиться в таком виде она не может никак, тут пока без традиционных химических ракет не обойтись.

А зачем в космосе? Ну слетает человечество до Марса и Луны быстро, и всё? Не совсем так. В настоящее время все проекты орбитальных заводов и фабрик, работающих на орбите Земли, стопорятся из-за отсутствия сырья для работы. Нет смысла строить что-либо в космосе до тех пор, пока не найден способ выводить на орбиту большое количество требуемого сырья, например металлической руды.

Но зачем поднимать их с Земли, если можно, наоборот, привезти из космоса. В том же поясе астероидов в Солнечной системе есть просто огромные запасы различных металлов, в том числе и драгоценных. И вот в таком случае создание ядерного буксира станет просто палочкой-выручалочкой.

двигатель

Астероид Психея является одним из самых загадочных объектов в Солнечной системе, содержит огромные запасы различных металлов

Фото: Global Look Press/Ferrari

Привезти на орбиту огромный платино- или золотосодержащий астероид и начать его разделывать прямо в космосе. По расчетам специалистов такая добыча с учетом объема может оказаться одной из наиболее выгодных.

А есть ли менее фантастическое применение ядерному буксиру? Например, с его помощью можно развозить по нужным орбитам спутники или привозить в нужную точку пространства космические аппараты, например на лунную орбиту. В настоящее время для этого используются разгонные блоки, например российский «Фрегат». Они дорогие, сложные и одноразовые. Ядерный буксир сможет подхватывать их на низкой околоземной орбите и доставлять куда необходимо.

Аналогично и с межпланетными путешествиями. Без быстрого способа доставлять грузы и людей на орбиту Марса шансов начать колонизацию просто нет. Ракеты-носители нынешнего поколения будут делать это очень дорого и долго. До сих пор длительность полета остается одной из самых серьезных проблем при полете к другим планетам. Выдержать месяцы полета на Марс и обратно в закрытой капсуле космического корабля — задача не из простых. Ядерный буксир сможет помочь и тут, существенно сократив это время.

Необходимо и достаточно

В настоящее время всё это выглядит фантастикой, но до тестирования прототипа, как утверждают ученые, остаются считаные годы. Главное, что требуется, это не только завершить разработку, но и сохранить в стране необходимый уровень космонавтики. Даже при падении финансирования должны продолжать взлетать ракеты, строиться космические аппараты, работать ценнейшие специалисты.

двигатель

Фото: Global Look Press/Roscosmos

Иначе один атомный двигатель без соответствующей инфраструктуры делу не поможет, для максимальной эффективности разработку будет очень важно не просто продать, но использовать самостоятельно, показав все возможности нового космического транспортного средства.

Пока же всем жителям страны, не завязанным на работе, остается только посматривать на небо и надеяться, что у российской космонавтики всё получится. И ядерный буксир, и сохранение нынешних возможностей. В другие исходы и верить не хочется.

Американцы приступили к разработке космического аппарата на ядерной тяге

Космонавтика
Оружие

15:09
15 Апр. 2021

Сложность
2.7

DARPA

Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) приступило к реализации программы DRACO. Ранее известная как ROAR, она подразумевает разработку и испытание космического аппарата с тепловым ядерным ракетным двигателем к 2025 году. О выборе исполнителей для программы рассказывается на сайте DARPA.

Конструкторам космических аппаратов при выборе способа передвижения приходится выбирать из двух вариантов — химических и электрических ракетных двигателей. Первые обладают высокой тягой, что позволяет быстро выполнять маневры, но сравнительно низкой скоростью истечения газов рабочего тела. Это означает, что они очень быстро и неэкономично расходуют топливо. Поэтому космическому аппарату с химическими ракетными двигателями приходится брать в полет много топлива, чтобы запаса характерестической скорости (то есть максимальной скорости, которую космический аппарат сможет достичь, израсходовав все топливо) хватало для перелета к цели. Вторые обладают превосходными показателями скорости истечения рабочего тела (в профессиональной среде вместо этого используется удельный импульс, то есть отношение создаваемого двигателем импульса к секундному расходу рабочего тела), но настолько малой тягой, что космическому аппарату с электрическими ракетными двигателями на выполнение маневра требуются недели и месяцы.

Тепловые ядерные ракетные двигатели выглядят как золотая середина. Теоретически не уступая в тяге химическим ракетам, они обладают большей скоростью истечения рабочего тела, хотя и уступают по этому показателю электрическим. Ядерные ракетные двигатели позволяет гораздо эффективнее выполнять быстрые орбитальные маневры и отправлять в межпланетные перелеты намного более массивные корабли, при этом используя меньшие по массе запасы топлива.

Ядерный ракетный двигатель NERVA

NASA

Ядерный ракетный двигатель РД-0410

КБХА

Проекты тепловых ядерных ракетных двигателей уже создавались и испытывались в прошлом. Это американские NERVA и советские РД-0410, которые разрабатывались в 50-х — 80-х годах. Американский проект уже на стадии готовности к применению на космических кораблях был свернут в 1972 году решением администрации президента Никсона из-за сокращения финансирования космических программ. Разработка советского двигателя продолжалась на воронежском КБХА до 1988 года, когда тяжелая финансовая обстановка перестройки и последствия аварии на Чернобыльской АЭС привели к остановке всех работ по проекту. Единственный изготовленный РД-0410 до сих пор хранится на предприятии. Однако интерес к технологии не исчез.

В марте 2019 года в США объявили о планах разработки нового ядерного ракетного двигателя под названием ROAR (Reactor On A Rocket). В следующем году программа получила дополнительное финансирование, и была переименована в DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations). Интерес к ядерному ракетному двигателю проявляет американское Министерство обороны, которое намерено расширить свою деятельность за пределы околоземной орбиты.

DARPA рассказало 12 апреля о переходе проекта DRACO в стадию технического проектирования, которое продлится ближайшие 18 месяцев. За это время компания General Atomics должна разработать ядерный реактор для двигателя, а корпорации Blue Origin и Lockheed Martin — создать конкурирующие проекты демонстрационных и рабочих космических аппаратов, на которых будут использоваться новые двигатели. Победивший проект будет реализовываться на следующем этапе. Цель программы — продемонстрировать в 2025 году работоспособность теплового ядерного ракетного двигателя на космическом корабле.

Согласно техническому заданию, реактор двигателя будет работать на низкообогащенном урановом топливе с содержанием изотопа U-235 от пяти до 20 процентов. Схожее обогащение предполагается использовать и в аналогичном проекте, который разрабатывает NASA. В сравнении, топливо для легководных реакторов АЭС содержит от трех до пяти процентов изотопа U-235, а у энергетических установок, которые используются на американском флоте — до 90 процентов.

В прошлом году сообщалось, что в США стартовали работы над мобильным ядерным реактором для нужд Министерства обороны. Подробнее узнать о способах генерации электричества в космосе можно в нашем материале «Энергетика в космосе».

Дмитрий Логинов

Термоядерный ракетный двигатель

Википедия

Август 20, 2021

Термоядерный ракетный двигатель (ТЯРД) — перспективный ракетный двигатель для космических полётов, в котором для создания тяги предполагается использовать истечение продуктов управляемой термоядерной реакции или рабочего тела, нагретого за счёт энергии термоядерной реакции.

Содержание

1Принцип работы и устройство ТЯРД
- 1.1ТЯРД на основе термоядерного реактора с магнитным удержанием плазмы
- 1.2ТЯРД на основе систем инерционного синтеза (импульсный термоядерный реактор)
2Типы реакций и термоядерное топливо
- 2.1Реакция дейтерий + тритий (Топливо D-T)
- 2. 2Реакция дейтерий + гелий-3
- 2.3Другие виды реакций
3История, современное состояние и перспективы разработок ТЯРД
4См. также
5Ссылки

В настоящее время предложены 2 варианта конструкции ТЯРД:

ТЯРД на основе термоядерного реактора с магнитным удержанием плазмы

В первом случае принцип действия и устройство ТЯРД выглядят следующим образом: основной частью двигателя является реактор, в котором происходит управляемая реакция термоядерного синтеза. Реактор представляет собой полую «камеру» цилиндрической формы, открытую с одной стороны, т. н. установку термоядерного синтеза схемы «открытая ловушка» (также именуемую «магнитная бутылка» или пробкотрон). «Камера» реактора вовсе не обязательно (и даже нежелательно) должна быть цельно-герметичной, скорее всего она будет представлять собой легкую размеростабильную ферму, несущую катушки магнитной системы. В настоящее время наиболее перспективной считается схема т. н. «амбиполярного удержания» или «магнитных зеркал» (англ. tandem mirrors), хотя возможны и другие схемы удержания: газодинамические ловушки, центробежное удержание, обращенное магнитное поле (FRC). По современным оценкам, длина реакционной «камеры» составит от 100 до 300 м при диаметре 1-3 м. В камере реактора создаются условия, достаточные для начала термоядерного слияния компонентов выбранной топливной пары (температуры порядка сотен миллионов градусов, факторы критерия Лоусона). Термоядерное топливо — предварительно нагретая плазма из смеси топливных компонентов — подаётся в камеру реактора, где и происходит постоянная реакция синтеза. Генераторы магнитных полей (магнитные катушки той или иной конструкции), окружающие активную зону, создают в камере реактора поля большой напряжённости и сложной конфигурации, которые удерживают высокотемпературную термоядерную плазму от соприкосновения с конструкцией реактора и стабилизируют происходящие в ней процессы. Зона термоядерного «горения» (плазменный факел) формируется по продольной оси реактора. Полученная плазма, направляемая магнитными управляющими системами, истекает из реактора через сопло, создавая реактивную тягу.

Следует отметить возможность многорежимности ТЯРД. Путём впрыска в струю плазменного факела относительно холодного вещества можно резко повысить общую тягу двигателя (за счет снижения удельного импульса), что позволит кораблю с ТЯРД эффективно маневрировать в гравитационных полях массивных небесных тел (например больших планет) где зачастую требуется большая общая тяга двигателя. По общим оценкам, ТЯРД такой схемы может развивать тягу от нескольких килограммов вплоть до десятков тонн при удельном импульсе от 10 тыс. сек до 4 млн. сек. Для сравнения, показатель удельного импульса наиболее совершенных химических ракетных двигателей — порядка 450 сек.

ТЯРД на основе систем инерционного синтеза (импульсный термоядерный реактор)

Двигатель второго типа — инерционный импульсный термоядерный двигатель. В реакторе такого двигателя управляемая термоядерная реакция проходит в импульсном режиме (доли мкс с частотой 1-10Гц), при периодическом обжатии и разогреве микромишеней (топливных «таблеток»), содержащих термоядерное топливо. Первоначально предполагалось использовать лазерно-термоядерный двигатель (ЛТЯРД). Такой ЛТЯРД предлагался, в частности, для межзвёздного автоматического зонда в проекте «Дедал». Его основой и был реактор, работающий в импульсном режиме. В сферическую камеру реактора подаётся топливная таблетка с термоядерным топливом (например, дейтерий и тритий) — сложная конструкция сфер из смеси замороженных топливных компонентов в оболочке диаметром несколько миллиметров. На внешней части камеры находятся мощные — порядка сотен тераватт — лазеры, наносекундный импульс излучения которых через оптически прозрачные окна в стенах камеры попадает на топливную таблетку. При этом на поверхности топливной таблетки создается зона с температурой более 100 млн. градусов при давлении в миллионы атмосфер — условия, достаточные для начала термоядерной реакции. Происходит термоядерный микровзрыв мощностью в несколько сотен килограммов в тротиловом эквиваленте. Частота таких взрывов в камере в проекте «Дедал» — порядка 250 в секунду, что требовало подачи топливных мишеней со скоростью более 10 км/с при помощи электромагнитной пушки. Расширяющаяся плазма вытекает из открытой части камеры реактора через сопло соответствующей конструкции, создавая реактивную тягу. На сегодняшний день уже теоретически и практически доказано, что лазерный метод обжатия и разогрева топливных таблеток — тупиковый путь: невозможно построить лазеры такой мощности с достаточным ресурсом. Поэтому в настоящее время для инерциального синтеза рассматривается вариант с ионно-пучковым обжатием и нагревом топливных таблеток, как более эффективный, компактный и с гораздо большим физическим ресурсом. Тем не менее, в Ливерморской национальной лаборатории имени Эрнеста Лоуренса с 2013 года более четырёх раз в процессе экспериментов на 192 лазерной установке National Ignition Facility получили энергии больше, чем было затрачено для инициации реакции .

Однако есть мнение, что инерционно-импульсный ТЯРД получится слишком громоздким из-за очень больших циркулирующих в нём мощностей при худших, чем у ТЯРД с магнитным удержанием, удельном импульсе и тяге, что вызвано импульсно-периодическим характером его действия. Идеологически к ТЯРД на инерционно-импульсном принципе примыкают взрыволёты на термоядерных зарядах типа проекта «Орион».

ТЯРД может использовать различные виды термоядерных реакций в зависимости от вида применяемого топлива. В частности, на настоящее время принципиально осуществимы следующие типы реакций:

Реакция дейтерий + тритий (Топливо D-T)

²H + ³H = ⁴He + n при энергетическом выходе 17,6 МэВ

Такая реакция наиболее легко осуществима с точки зрения современных технологий, даёт значительный выход энергии, топливные компоненты относительно дёшевы. Недостаток её — весьма большой выход нежелательной (и бесполезной для прямого создания тяги) нейтронной радиации, уносящей большую часть выходной энергии реакции и, как следствие, резко снижающей КПД двигателя. Тритий радиоактивен, период его полураспада — около 12 лет. То есть долговременное хранение трития невозможно. В то же время, возможно окружить дейтериево-тритиевый реактор оболочкой, содержащей литий: последний, облучаясь нейтронным потоком, превращается в тритий, что в известной степени замыкает топливный цикл, поскольку реактор работает в режиме размножителя (бридера). Таким образом, топливом для D-T-реактора фактически служат дейтерий и литий.

Реакция дейтерий + гелий-3

²H + ³He = ⁴He + p. при энергетическом выходе 18,3 МэВ

Условия её достижения значительно сложнее. Гелий-3, кроме того, редкий и чрезвычайно дорогой изотоп. В промышленных масштабах на настоящее время не производится. Кроме того, что энергетический выход этой реакции выше, чем у D-T-реакции, она имеет следующие дополнительные преимущества:

Сниженный нейтронный поток (реакцию можно отнести к «безнейтронным»),
Меньшая масса радиационной защиты,
Меньшая масса магнитных катушек реактора.

При реакции D-³He в форме нейтронов выделяется всего около 5% мощности (против 80% для D-T). Около 20% выделяется в форме рентгеновского излучения. Вся остальная энергия может быть непосредственно использована для создания реактивной тяги. Таким образом, реакция D-3He намного более перспективна для применения в реакторе ТЯРД.

Другие виды реакций

Реакция между ядрами дейтерия (D-D, монотопливо) D + D —> ³He + n при энергетическом выходе 3,3 МэВ, и

D + D —> T + p+ при энергетическом выходе 4 МэВ. Нейтронный выход в этой реакции весьма значителен.

Возможны и некоторые другие типы реакций:

p + ⁶Li → ⁴He (1,7 MeV) + ³He (2,3 MeV)

³He + ⁶Li → 2 ⁴He + p + 16,9 MeV

p + ¹¹B → 3 ⁴He + 8,7 MeV

Нейтронный выход в указанных выше реакциях отсутствует.

Выбор топлива зависит от многих факторов — его доступность и дешевизна, энергетический выход, лёгкость достижения потребных для реакции термоядерного синтеза условий (в первую очередь, температуры), необходимых конструктивных характеристик реактора и прочее. Наиболее перспективны для осуществления ТЯРД так называемые «безнейтронные» реакции, так как порождаемый термоядерным синтезом нейтронный поток (например, в реакции дейтерий-тритий) уносит значительную часть мощности и не может быть использован для создания тяги. Кроме того, нейтронная радиация порождает наведённую радиоактивность в конструкции реактора и корабля, создавая ещё одну опасность для экипажа. Реакция дейтерий-гелий-3 является перспективной в том числе и по причине отсутствия нейтронного выхода.
В настоящее время предложена ещё одна концепция ТЯРД — с использованием малых количеств антиматерии в качестве катализатора термоядерной реакции.

Идея создания ТЯРД появилась практически сразу после осуществления первых термоядерных реакций (испытаний термоядерных зарядов). Одной из первых публикаций по теме разработки ТЯРД явилась изданная в 1958 году статья Дж. Росса. В настоящее время ведутся теоретические разработки таких видов двигателей (в частности, на основе лазерного термоядерного синтеза) и в целом — широкие практические исследования в области управляемого термоядерного синтеза. Существуют твёрдые теоретические и инженерные предпосылки для осуществления такого типа двигателя в обозримом будущем. Исходя из расчетных характеристик ТЯРД, такие двигатели смогут обеспечить создание скоростного и эффективного межпланетного транспорта для освоения Солнечной системы. Однако реальные образцы ТЯРД на момент 2020 года ещё не созданы.

Ядерный реактивный двигатель
Плазменный ракетный двигатель
Фотонный двигатель
Ионный двигатель
Электрический ракетный двигатель
Межзвёздный прямоточный двигатель Бассарда

// газета Московского физико-технического института «За науку», 2003
Д. Д. Рютов
(англ.)
Физическая энциклопедия, т.4, статья «термоядерные реакции», на стр. 102, Москва, «Большая Российская энциклопедия», 1994 г, 704 c.

Термоядерный, ракетный, двигатель, Язык, Следить, Править, ТЯРД, перспективный, ракетный, двигатель, для, космических, полётов, котором, для, создания, тяги, предполагается, использовать, истечение, продуктов, управляемой, термоядерной, реакции, или, рабочего,. Termoyadernyj raketnyj dvigatel Yazyk Sledit Pravit Termoyadernyj raketnyj dvigatel TYaRD perspektivnyj raketnyj dvigatel dlya kosmicheskih polyotov v kotorom dlya sozdaniya tyagi predpolagaetsya ispolzovat istechenie produktov upravlyaemoj termoyadernoj reakcii ili rabochego tela nagretogo za schyot energii termoyadernoj reakcii Soderzhanie 1 Princip raboty i ustrojstvo TYaRD 1 1 TYaRD na osnove termoyadernogo reaktora s magnitnym uderzhaniem plazmy 1 2 TYaRD na osnove sistem inercionnogo sinteza impulsnyj termoyadernyj reaktor 2 Tipy reakcij i termoyadernoe toplivo 2 1 Reakciya dejterij tritij Toplivo D T 2 2 Reakciya dejterij gelij 3 2 3 Drugie vidy reakcij 3 Istoriya sovremennoe sostoyanie i perspektivy razrabotok TYaRD 4 Sm takzhe 5 SsylkiPrincip raboty i ustrojstvo TYaRD PravitV nastoyashee vremya predlozheny 2 varianta konstrukcii TYaRD TYaRD na osnove termoyadernogo reaktora s magnitnym uderzhaniem plazmy Pravit V pervom sluchae princip dejstviya i ustrojstvo TYaRD vyglyadyat sleduyushim obrazom osnovnoj chastyu dvigatelya yavlyaetsya reaktor v kotorom proishodit upravlyaemaya reakciya termoyadernogo sinteza Reaktor predstavlyaet soboj poluyu kameru cilindricheskoj formy otkrytuyu s odnoj storony t n ustanovku termoyadernogo sinteza shemy otkrytaya lovushka takzhe imenuemuyu magnitnaya butylka ili probkotron Kamera reaktora vovse ne obyazatelno i dazhe nezhelatelno dolzhna byt celno germetichnoj skoree vsego ona budet predstavlyat soboj legkuyu razmerostabilnuyu fermu nesushuyu katushki magnitnoj sistemy V nastoyashee vremya naibolee perspektivnoj schitaetsya shema t n ambipolyarnogo uderzhaniya ili magnitnyh zerkal angl tandem mirrors hotya vozmozhny i drugie shemy uderzhaniya gazodinamicheskie lovushki centrobezhnoe uderzhanie obrashennoe magnitnoe pole FRC Po sovremennym ocenkam dlina reakcionnoj kamery sostavit ot 100 do 300 m pri diametre 1 3 m V kamere reaktora sozdayutsya usloviya dostatochnye dlya nachala termoyadernogo sliyaniya komponentov vybrannoj toplivnoj pary temperatury poryadka soten millionov gradusov faktory kriteriya Lousona Termoyadernoe toplivo predvaritelno nagretaya plazma iz smesi toplivnyh komponentov podayotsya v kameru reaktora gde i proishodit postoyannaya reakciya sinteza Generatory magnitnyh polej magnitnye katushki toj ili inoj konstrukcii okruzhayushie aktivnuyu zonu sozdayut v kamere reaktora polya bolshoj napryazhyonnosti i slozhnoj konfiguracii kotorye uderzhivayut vysokotemperaturnuyu termoyadernuyu plazmu ot soprikosnoveniya s konstrukciej reaktora i stabiliziruyut proishodyashie v nej processy Zona termoyadernogo goreniya plazmennyj fakel formiruetsya po prodolnoj osi reaktora Poluchennaya plazma napravlyaemaya magnitnymi upravlyayushimi sistemami istekaet iz reaktora cherez soplo sozdavaya reaktivnuyu tyagu Sleduet otmetit vozmozhnost mnogorezhimnosti TYaRD Putyom vpryska v struyu plazmennogo fakela otnositelno holodnogo veshestva mozhno rezko povysit obshuyu tyagu dvigatelya za schet snizheniya udelnogo impulsa chto pozvolit korablyu s TYaRD effektivno manevrirovat v gravitacionnyh polyah massivnyh nebesnyh tel naprimer bolshih planet gde zachastuyu trebuetsya bolshaya obshaya tyaga dvigatelya Po obshim ocenkam TYaRD takoj shemy mozhet razvivat tyagu ot neskolkih kilogrammov vplot do desyatkov tonn pri udelnom impulse ot 10 tys sek do 4 mln sek Dlya sravneniya pokazatel udelnogo impulsa naibolee sovershennyh himicheskih raketnyh dvigatelej poryadka 450 sek TYaRD na osnove sistem inercionnogo sinteza impulsnyj termoyadernyj reaktor Pravit Dvigatel vtorogo tipa inercionnyj impulsnyj termoyadernyj dvigatel V reaktore takogo dvigatelya upravlyaemaya termoyadernaya reakciya prohodit v impulsnom rezhime doli mks s chastotoj 1 10Gc pri periodicheskom obzhatii i razogreve mikromishenej toplivnyh tabletok soderzhashih termoyadernoe toplivo Pervonachalno predpolagalos ispolzovat lazerno termoyadernyj dvigatel LTYaRD Takoj LTYaRD predlagalsya v chastnosti dlya mezhzvyozdnogo avtomaticheskogo zonda v proekte Dedal Ego osnovoj i byl reaktor rabotayushij v impulsnom rezhime V sfericheskuyu kameru reaktora podayotsya toplivnaya tabletka s termoyadernym toplivom naprimer dejterij i tritij slozhnaya konstrukciya sfer iz smesi zamorozhennyh toplivnyh komponentov v obolochke diametrom neskolko millimetrov Na vneshnej chasti kamery nahodyatsya moshnye poryadka soten teravatt lazery nanosekundnyj impuls izlucheniya kotoryh cherez opticheski prozrachnye okna v stenah kamery popadaet na toplivnuyu tabletku Pri etom na poverhnosti toplivnoj tabletki sozdaetsya zona s temperaturoj bolee 100 mln gradusov pri davlenii v milliony atmosfer usloviya dostatochnye dlya nachala termoyadernoj reakcii Proishodit termoyadernyj mikrovzryv moshnostyu v neskolko soten kilogrammov v trotilovom ekvivalente Chastota takih vzryvov v kamere v proekte Dedal poryadka 250 v sekundu chto trebovalo podachi toplivnyh mishenej so skorostyu bolee 10 km s pri pomoshi elektromagnitnoj pushki Rasshiryayushayasya plazma vytekaet iz otkrytoj chasti kamery reaktora cherez soplo sootvetstvuyushej konstrukcii sozdavaya reaktivnuyu tyagu Na segodnyashnij den uzhe teoreticheski i prakticheski dokazano chto lazernyj metod obzhatiya i razogreva toplivnyh tabletok tupikovyj put nevozmozhno postroit lazery takoj moshnosti s dostatochnym resursom Poetomu v nastoyashee vremya dlya inercialnogo sinteza rassmatrivaetsya variant s ionno puchkovym obzhatiem i nagrevom toplivnyh tabletok kak bolee effektivnyj kompaktnyj i s gorazdo bolshim fizicheskim resursom Tem ne menee v Livermorskoj nacionalnoj laboratorii imeni Ernesta Lourensa s 2013 goda bolee chetyryoh raz v processe eksperimentov na 192 lazernoj ustanovke National Ignition Facility poluchili energii bolshe chem bylo zatracheno dlya iniciacii reakcii 1 Odnako est mnenie chto inercionno impulsnyj TYaRD poluchitsya slishkom gromozdkim iz za ochen bolshih cirkuliruyushih v nyom moshnostej pri hudshih chem u TYaRD s magnitnym uderzhaniem udelnom impulse i tyage chto vyzvano impulsno periodicheskim harakterom ego dejstviya Ideologicheski k TYaRD na inercionno impulsnom principe primykayut vzryvolyoty na termoyadernyh zaryadah tipa proekta Orion Tipy reakcij i termoyadernoe toplivo PravitTYaRD mozhet ispolzovat razlichnye vidy termoyadernyh reakcij v zavisimosti ot vida primenyaemogo topliva V chastnosti na nastoyashee vremya principialno osushestvimy sleduyushie tipy reakcij Reakciya dejterij tritij Toplivo D T Pravit 2H 3H 4He n pri energeticheskom vyhode 17 6 MeV Takaya reakciya naibolee legko osushestvima s tochki zreniya sovremennyh tehnologij dayot znachitelnyj vyhod energii toplivnye komponenty otnositelno dyoshevy Nedostatok eyo vesma bolshoj vyhod nezhelatelnoj i bespoleznoj dlya pryamogo sozdaniya tyagi nejtronnoj radiacii unosyashej bolshuyu chast vyhodnoj energii reakcii i kak sledstvie rezko snizhayushej KPD dvigatelya Tritij radioaktiven period ego poluraspada okolo 12 let To est dolgovremennoe hranenie tritiya nevozmozhno V to zhe vremya vozmozhno okruzhit dejterievo tritievyj reaktor obolochkoj soderzhashej litij poslednij obluchayas nejtronnym potokom prevrashaetsya v tritij chto v izvestnoj stepeni zamykaet toplivnyj cikl poskolku reaktor rabotaet v rezhime razmnozhitelya bridera Takim obrazom toplivom dlya D T reaktora fakticheski sluzhat dejterij i litij Reakciya dejterij gelij 3 Pravit 2H 3He 4He p pri energeticheskom vyhode 18 3 MeV Usloviya eyo dostizheniya znachitelno slozhnee Gelij 3 krome togo redkij i chrezvychajno dorogoj izotop V promyshlennyh masshtabah na nastoyashee vremya ne proizvoditsya Krome togo chto energeticheskij vyhod etoj reakcii vyshe chem u D T reakcii ona imeet sleduyushie dopolnitelnye preimushestva Snizhennyj nejtronnyj potok reakciyu mozhno otnesti k beznejtronnym Menshaya massa radiacionnoj zashity Menshaya massa magnitnyh katushek reaktora Pri reakcii D 3He v forme nejtronov vydelyaetsya vsego okolo 5 moshnosti protiv 80 dlya D T Okolo 20 vydelyaetsya v forme rentgenovskogo izlucheniya Vsya ostalnaya energiya mozhet byt neposredstvenno ispolzovana dlya sozdaniya reaktivnoj tyagi Takim obrazom reakciya D 3He namnogo bolee perspektivna dlya primeneniya v reaktore TYaRD Drugie vidy reakcij Pravit Reakciya mezhdu yadrami dejteriya D D monotoplivo D D gt 3He n pri energeticheskom vyhode 3 3 MeV i D D gt T p pri energeticheskom vyhode 4 MeV Nejtronnyj vyhod v etoj reakcii vesma znachitelen Vozmozhny i nekotorye drugie tipy reakcij p 6Li 4He 1 7 MeV 3He 2 3 MeV 3He 6Li 2 4He p 16 9 MeV p 11B 3 4He 8 7 MeV Nejtronnyj vyhod v ukazannyh vyshe reakciyah otsutstvuet Vybor topliva zavisit ot mnogih faktorov ego dostupnost i deshevizna energeticheskij vyhod lyogkost dostizheniya potrebnyh dlya reakcii termoyadernogo sinteza uslovij v pervuyu ochered temperatury neobhodimyh konstruktivnyh harakteristik reaktora i prochee Naibolee perspektivny dlya osushestvleniya TYaRD tak nazyvaemye beznejtronnye reakcii tak kak porozhdaemyj termoyadernym sintezom nejtronnyj potok naprimer v reakcii dejterij tritij unosit znachitelnuyu chast moshnosti i ne mozhet byt ispolzovan dlya sozdaniya tyagi Krome togo nejtronnaya radiaciya porozhdaet navedyonnuyu radioaktivnost v konstrukcii reaktora i korablya sozdavaya eshyo odnu opasnost dlya ekipazha Reakciya dejterij gelij 3 yavlyaetsya perspektivnoj v tom chisle i po prichine otsutstviya nejtronnogo vyhoda V nastoyashee vremya predlozhena eshyo odna koncepciya TYaRD s ispolzovaniem malyh kolichestv antimaterii v kachestve katalizatora termoyadernoj reakcii Istoriya sovremennoe sostoyanie i perspektivy razrabotok TYaRD PravitIdeya sozdaniya TYaRD poyavilas prakticheski srazu posle osushestvleniya pervyh termoyadernyh reakcij ispytanij termoyadernyh zaryadov Odnoj iz pervyh publikacij po teme razrabotki TYaRD yavilas izdannaya v 1958 godu statya Dzh Rossa V nastoyashee vremya vedutsya teoreticheskie razrabotki takih vidov dvigatelej v chastnosti na osnove lazernogo termoyadernogo sinteza i v celom shirokie prakticheskie issledovaniya v oblasti upravlyaemogo termoyadernogo sinteza Sushestvuyut tvyordye teoreticheskie i inzhenernye predposylki dlya osushestvleniya takogo tipa dvigatelya v obozrimom budushem Ishodya iz raschetnyh harakteristik TYaRD takie dvigateli smogut obespechit sozdanie skorostnogo i effektivnogo mezhplanetnogo transporta dlya osvoeniya Solnechnoj sistemy Odnako realnye obrazcy TYaRD na moment 2020 goda eshyo ne sozdany Sm takzhe PravitYadernyj reaktivnyj dvigatel Plazmennyj raketnyj dvigatel Fotonnyj dvigatel Ionnyj dvigatel Elektricheskij raketnyj dvigatel Mezhzvyozdnyj pryamotochnyj dvigatel BassardaSsylki PravitKosmonavtika XXI veka termoyadernye dvigateli gazeta Moskovskogo fiziko tehnicheskogo instituta Za nauku 2003 D D Ryutov Otkrytye lovushki UFN I Moiseev Proekt Dedal New Scientist Space 23 01 2003 Nuclear fusion could power NASA spacecraft angl Fizicheskaya enciklopediya t 4 statya termoyadernye reakcii na str 102 Moskva Bolshaya Rossijskaya enciklopediya 1994 g 704 c Mezhzvezdnye dvigateli u Semenova Mezhzvezdnye proekty u MoiseevaIstochnik https ru wikipedia org w index php title Termoyadernyj raketnyj dvigatel amp oldid 108055447, Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите,

истории

, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, секс, порно, скачать, скачать, sex, seks, porn, porno, скачать, бесплатно, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры

Термоядерный ракетный двигатель «Вивернджет» 2.

0: engineering_ru — LiveJournal

Если вы постоянно спотыкаетесь о неточности и ошибки в научной фантастике и не даете насладиться соседу-гуманитарию “Интерстелларом”, то самое время заняться расчетом своего звездолета. Тема довольно увлекательная, и в ней придумано множество невероятных конструкций — от миллиграммовых звездолетов-саморепликаторов, запускаемых из электромагнитного ускорителя, через лазерные паруса, для которых понадобится лазер мощностью в петаватт до звездолетов-астероидов, разгоняемых взрывами атомных бомб и передвигающихся на скорости 300 км/с, как изображенный на картинке выше.

Квинтэссенцией бумажного звездолетостроения является проектирование его двигательной установки. Существует былинный тред на Астрофоруме, где последовательно были разобраны (и похоронены) множество концепций таких двигательных установок. Одной из немногих палочек-выручалочек остается термоядерный двигатель на амбиполярной ловушке, называемый Вивернджет, по нику автора.

Амбиполярная ловушка Амбал-М (впринципе все в кардре — это она) и ее создатели в 1997 году.

Пришло время хоронить и его 🙂 К сожалению, я не владею физикой термоядерной плазмы в достаточной степени, что бы спорить с термоядерной основой Вивернджета — проектом реактора Г.И. Димова и И.Н. Головина на базе открытой ловушкой с амбиполярным удержанием. И хотя сегодня, очевидно, для АЛ пришла некая осень — новых не строится, имеющиеся аппараты (например Gamma-10) не позволяют уверенно делать скейлинг на гигаваттные размеры, мы оставим в покое базисные положения, и будем использовать их как пробу для инженерных прикидок. Мы будем брать широкие инженерные наработки в рамках ITER и DEMO и кувалдой забивать их в Вивернджет. Очень позитивные допущения по термоядерной части означают, что если инженерия Вивернджета 2.0 окажется неподъемной, это будет означать и конец реальных термоядерных ДУ на данной концепции.

Упрощенная схема такой ловушки. Правое окончание заменяется магнитным соплом. Тонкие кольца посередине — главный соленоид, с рассмотрения которого мы начнем сегодня.

Двигатель VASIMR не подразумевает термоядерного источника энергии, но тоже создает тягу, выбрасывая горячую плазму, чем-то подобным должен оканчиваться Вивернджет.

Итак, поехали.

Исходный двигатель, представляющий собой открытую ловушку (упрощенно можно сравнить открытые ловушки с надутым шариком с маленьким отверстием, через которое постоянно вытекает плазма, а термоядерная реакция получается при достаточном соотношении «объема ловушки» и «сечения дырочки») имеет все элементы магнитной ловушки — систему нагрева плазмы, магнитную систему и ее питание, топливную подсистему, тепловую защиту и охлаждение. Конкретнее можно разбить двигатель на следующие элементы:

Электрическая подсистема, отвечающая за питание магнитов, инжекторов, выдающая питание в ПН

Система теплосъема и криосистема

Система нагрева плазмы и обеспечения тока плазмы: инжекторы нейтралов и электронно-циклотронный радиочастотный нагрев.

Сильнопольные магнитные системы — концевые пробкотроны, каспы и магнитные сопла.

Главный соленоид

Механическая конструкция.

Остальные подсистемы (например питания) для нашего рассмотрения можно отбросить, как не столь значительные.

Длинна главного соленоида (ГС), м	100
Длинна концевых пробкотронов (КП), м	10
Радиус плотной плазмы, м	1
Радиус (внутренний) соленоида, м	1,25
Магнитное поле (вакуумное) в ГС, Т	6
Магнитное поле (вакуумное) в центре КП, Т	5
Магнитное поле в пробках, Т	20
Плотность плазмыi , частиц 1014см-3	1,75
Температура плазмыi, кэВ	70
Суммарная	~ 0,9
Энергия инжектируемых ионов, кэВ	500
Погонная термоядерная мощность, МВт/м	34
Объемная термоядерная мощность, МВт/м3	10,8
Термоядерная мощность, МВт	3400
Мощность (суммарная х2) ионных инжекторов КП, МВт	200
Q	~15

Что ж, начнем с “проектирования” главного соленоида.

В Вивернджете 1.0 он состоит из 100 магнитов кольцевой формы с внутренним диаметром 2500 мм. Магниты создают поле на оси ловушки 5.5 Т. Расчет в пакете OpenField показывает, что нам нужно создать ток в 7.5 мегаампер-витка, что бы получить заданные параметры. При этом поле на внутреннем краю катушки достигнет 8,5 Т. (а не 6,6, как у Виверна, пошли первые подвижки).

Вивернджет 1.0 предусматривает, что катушки сечением 100х300 мм с корпусом из бериллия будут заполнены внутри ВТСП лентой в ванне из хладогента. Такая конструкция неработоспособна минимум по трем причинам. Во-первых механические усилия в проводнике, стремящиеся его разорвать будут достигать ~20000 тонн силы, поэтому нам надо разгружать проводник на механическую основу, и не допускать подвижности ленты. Во-вторых в случае квенча (аварийной потери сверхпроводимости) межвитковое напряжение может достигнуть многих киловольт, что приведет к пробою, дуговому разряду и выходу катушки из строя. 2 ленты.

Реальный ВТСП кабель, испытанный на 20 Т и токе 7 кА.

И результаты повреждения пондемоторными силами (6,8 тонн на метр). Очень серьезная проблема для сильноточных магнитов.

Базируясь на вот этой презентации CERN, “спроектируем” кабель на 40 кА: 100 лент REBCO шириной 12 мм и толщиной 0.1 спаянных в пакет между двумя миллиметровыми полосками стабилизирующей меди. Полученный квадрат 12х12 мм скручивается с шагом 200-300 мм и укладывается в круглый канал титанового кондуита внутренним диаметром 18 мм и внешним размером квадрат 23х23 мм, работающим силовой оболочкой.. В промежутке между титаном и сверхпроводником прокачивается хладогент и расположена спиральная конструкция обеспечивающая его перемешивание и передачу усилий с проводника на кондуит. Такой кабель видится слишком простым и оптимистичным, но для прикидок сойдет и такой.

Разные альтернативные кабели ВСТП. Плотности тока, к сожалению от 4.2 К до 30 К довольно сильно деградируют. 3, вес кабеля 577 кг при длине 1750 метров. Добавляя 10% веса на соединения кабеля, систему датчиков, систему вводов и выводов хладогента, получаем окончательный вес магнита в 634 кг.

Разрез по катушке с 192 витками кабеля.

И общий вид секции главного соленоида с тремя катушками и плазмой.

Квенч-коммутация

Индуктивность вышеописанной катушки составит 56 mH, а запасаемая энергия при рабочем токе — 45 Мегаджоулей. Несмотря на небольшую, по меркам магнитных систем, величину, эта энергия в ВТСП кабеле при потере им сверхпроводимости вполне может выделяться довольно локально, пережигая кабель. Для вывода этой энергии из кабеля требуется коммутационное оборудование.

В оригинальном проекте в случае квенча предлагалось, что по мере возрастания сопротивления, ток будет переходить на бериллиевый корпус катушки. Однако есть три соображения в пользу сброса тока с отказавшей катушки на специальный поглотитель:

Во-1 вес бериллиевого корпуса для варианта с реалистичным сечением будет просто больше, чем вес коммутации. Если же это не так — всегда можно вернуться к сбросу тепла в корпус.

Во-2 на этом бериллиевом корпусе без отключения катушки из последовательного соединения с остальными клавного соленоида выделится не 45 мегаджоулей данной, а 4,5 гигаджоуля всех катушек.

Ну и наконец, в случае внутреннего выделения тепла в криогенную массу мы будем вынуждены делать криокулеры в десяток раз более мощными, что драматически скажется на массе.

Силовой тиристор ABB на 5 кА и 2 кВ. В жидком дейтерии ток можно увеличить до 15 кА.

Для сравнения, можно представить себе тиристоры, работающие при температуре 23К, пропускающие полный ток — такие параметры будут где-то в 2-3 раза выше ныне существующих. Пусть вес их будет 10 кг, всего нам понадобится 5 тиристоров, вместе с шинами, управлением и криостатом положим массу модуля коммутации в 90 кг.

Кстати, к вышесказанному. Важным аспектом является теплоизоляция катушки от нагретой поверхности экрана, которым окружена плазма (об этом ниже). 2. Берилий, медный теплотвод с текущей водой, силовая коробка из нержавеющей стали.

Итак, представим себе сплошную бериллиевую трубу, закрывающую всю плазму. Всю плазму необходимо закрывать, потому что у нашего соленоида есть боковые поверхности, которые тоже нуждаются в теплозащите и нейтронной защите , и сделать сплошную цилиндрическую поверхность оказывается самым “легким” решением. Толщина стенки 12 мм, на внешней поверхности есть мощное оребрение высотой 50 мм, через которое идет теплоноситель. Снаружи к оребрению присоединена обечайка из карбида бора толщиной 20 мм. Еще дальше выполнен второй гелиевый промежуток высотой 40 мм, организованный ребрами из нержавеющей стали, и наконец внешняя, замыкающая оболочка из B4C снова толщиной 20 мм.

Иллюстрация к вышесказанному, разрез вдоль оси трубы.

Карбид бора тут нужен для того что бы замедлять и поглащать нейтроны. Остальные материалы тоже являются хорошими замедлителями, но их слишком мало, что бы как-то снизить нейтронный поток. 2 или 125,6 тонны для всей системы. И это еще очень неплохо по сравнению с 1600 тоннами теплозащиты ИТЭР!

Элемент первой стенки ИТЭР. Обратите внимания на прорези, нужные для снижения токов фуко и центральную конструкцию с водяными манифолдами и упорными элементами (серые шайбы), через которые замыкаются электромагнитные силы.

Итак, мы получили первый результат на сегодня — ГС потяжелел с 10 до 205 тонн, но стал на один световой год ближе к реальной конструкции.

Продолжение следует…

Ядерные ракетные двигатели | История космонавтики

Жидкостные ракетные двигатели дали возможность выйти человеку в космос — на околоземные орбиты. Но скорость истечения реактивной струи в ЖРД не превышает 4,5 км/с, а для полетов на другие планеты нужны десятки километров в секунду. Возможным выходом является использование энергии ядерных реакций.

Практическое создание ядерных ракетных двигателей (ЯРД) вели только СССР и США. В 1955 году в США началась реализация программы «Rover» по разработке ядерного ракетного двигателя для космических кораблей. Через три года, в 1958 году, проектом стало заниматься НАСА, которое поставило конкретную задачу для кораблей с ЯРД — полет на Луну и Марс. С этого времени программа стала называться NERVA, что расшифровывается как — «ядерный двигатель для установки на ракеты».

К середине 70-х годов в рамках этой программы предполагалось спроектировать ЯРД с тягой около 30 тонн (для сравнения у ЖРД этого времени характерная тяга была примерно 700 тонн), но со скоростью истечения газов — 8,1 км/с. Однако, в 1973 году программа была закрыта из-за смещения интересов США в сторону космических челноков.

В СССР проектирование первых ЯРД велось во второй половине 50-х годов. При этом советские конструкторы, вместо создания полномасштабной модели, стали делать отдельные части ЯРД. А потом эти наработки испытывались во взаимодействии со специально разработанным импульсным графитовым реактором (ИГР).

В 70—80-е годы прошлого века в КБ «Салют», КБ «Химавтоматики» и НПО «Луч» были созданы проекты космических ЯРД РД-0411 и РД-0410 с тягой 40 и 3,6 т соответственно. В течение процесса проектирования были изготовлены реактор, «холодный» двигатель и стендовый прототип для проведения испытаний.

Принципиальная и конструктивная схемы взрыволета А. Д. Сахарова

В июле 1961 года советский академик Андрей Сахаров сообщил о проекте ядерного взрыволета на совещании ведущих атомщиков в Кремле. Взрыволет имел обычные жидкостные ракетные двигатели для взлета, в космосе же предполагалось взрывать небольшие ядерные заряды. Возникающие при взрыве продукты деления передавали свой импульс кораблю, заставляя его лететь. Однако 5 августа 1963 года в Москве был подписан договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой. Это послужило причиной закрытия программы ядерных взрыволетов.

ракетный двигатель РД-0410

Возможно, что разработки ЯРД опережали свое время. Однако они не были слишком преждевременными. Ведь подготовка пилотируемого полета к другим планетам длится несколько десятилетий, и двигательные установки для него должны готовиться заранее.

Конструкция ядерного ракетного двигателя

Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) — реактивный двигатель, в котором энергия, возникающая при ядерной реакции распада или синтеза, нагревает рабочее тело (чаще всего, водород или аммиак).

Существует три типа ЯРД по виду топлива для реактора:

твердофазный;
жидкофазный;
газофазный.

Наиболее законченным является твердофазный вариант двигателя. На рисунке изображена схема простейшего ЯРД с реактором на твердом ядерном горючем. Рабочее тело располагается во внешнем баке. С помощью насоса оно подается в камеру двигателя. В камере рабочее тело распыляется с помощью форсунок и вступает в контакт с тепловыделяющим ядерным топливом. Нагреваясь, оно расширяется и с огромной скоростью вылетает из камеры через сопло.

Жидкофазный — ядерное топливо в активной зоне реактора такого двигателя находится в жидком виде. Тяговые параметры таких двигателей выше, чем у твердофазных, за счет более высокой температуры реакторе.

В газофазных ЯРД топливо (например, уран) и рабочее тело находится в газообразном состоянии (в виде плазмы) и удерживается в рабочей зоне электромагнитным полем. Нагретая до десятков тысяч градусов урановая плазма передает тепло рабочему телу (например, водороду), которое, в свою очередь, будучи нагретым до высоких температур и образует реактивную струю.

Принцип действия ЯРД

По типу ядерной реакции различают радиоизотопный ракетный двигатель, термоядерный ракетный двигатель и собственно ядерный двигатель (используется энергия деления ядер).

Интересным вариантом также является импульсный ЯРД — в качестве источника энергии (горючего) предлагается использовать ядерный заряд. Такие установки могут быть внутреннего и внешнего типов.

Основными преимуществами ЯРД являются:

высокий удельный импульс;
значительный энергозапас;
компактность двигательной установки;
возможность получения очень большой тяги — десятки, сотни и тысячи тонн в вакууме.

Основным недостатком является высокая радиоционная опасность двигательной установки:

потоки проникающей радиации (гамма-излучение, нейтроны) при ядерных реакциях;
вынос высокорадиоактивных соединений урана и его сплавов;
истечение радиоактивных газов с рабочим телом.

Поэтому запуск ядерного двигателя неприемлем для стартов с поверхности Земли из-за риска радиоактивного загрязнения.

Купить поддоны Дмитров, mail. На сайте tureckie-serialy.online последнее лето онлайн турецкий сериал на русском.

Полеты на Fusion Power — как будет работать Fusion Propulsion

Реакции термоядерного синтеза высвобождают огромное количество энергии, поэтому исследователи разрабатывают способы использования этой энергии в двигательной установке. Космический корабль с термоядерным двигателем может ускорить график пилотируемой миссии НАСА на Марс. Этот тип космического корабля может сократить время полета к Марсу более чем на 50 процентов, тем самым уменьшив вредное воздействие радиации и невесомости.

Создание космического корабля на термоядерном топливе было бы эквивалентно разработке автомобиля на Земле, который может двигаться в два раза быстрее, чем любой другой автомобиль, с топливной эффективностью 7000 миль на галлон. В ракетостроении топливная экономичность ракетного двигателя измеряется его удельный импульс . Удельный импульс относится к единицам тяги на единицу топлива, израсходованного с течением времени.

Термоядерный двигатель может иметь удельный импульс примерно в 300 раз больше, чем обычные химические ракетные двигатели. Типичный химический ракетный двигатель имеет удельный импульс около 450 секунд, что означает, что двигатель может производить 1 фунт тяги из 1 фунта топлива в течение 450 секунд. Термоядерная ракета может иметь расчетный удельный импульс 130 000 секунд. Кроме того, ракеты с термоядерным двигателем будут использовать водород в качестве топлива, что означает, что он сможет пополнять себя во время путешествия в космосе. Водород присутствует в атмосфере многих планет, поэтому все, что нужно сделать космическому кораблю, — это опуститься в атмосферу и всосать немного водорода для дозаправки.

Ракеты с термоядерным двигателем также могут обеспечить большую тягу, чем химические ракеты, которые быстро сжигают свое топливо. Считается, что термоядерный двигатель позволит быстро перемещаться в любую точку нашей Солнечной системы, а также сможет совершить кругосветное путешествие с Земли на Юпитер всего за два года. Давайте взглянем на два проекта НАСА по созданию термоядерных двигателей.

Магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом

VASIMR на самом деле представляет собой плазменную ракету, которая является предшественником термоядерного двигателя. Но поскольку ракета с термоядерным двигателем будет использовать плазму, исследователи многому научатся на этом типе ракет. Двигатель VASIMR уникален тем, что он создает плазму в чрезвычайно жарких условиях, а затем выбрасывает эту плазму для обеспечения тяги. В движке VASIMR есть три основные ячейки.

Переадресация ячейки — Газ-вытеснитель, обычно водород, впрыскивается в эту ячейку и ионизируется для создания плазмы.
Центральная ячейка . Эта ячейка действует как усилитель для дальнейшего нагрева плазмы с помощью электромагнитной энергии. Радиоволны используются для добавления энергии в плазму, подобно тому, как работает микроволновая печь.
Кормовая камера — Магнитное сопло преобразует энергию плазмы в скорость выхлопа струи. Магнитное поле, которое используется для выброса плазмы, также защищает космический корабль, поскольку не дает плазме соприкасаться с оболочкой космического корабля. Плазма, скорее всего, уничтожит любой материал, с которым соприкоснется. Температура плазмы, выходящей из сопла, достигает 180 миллионов градусов по Фаренгейту (100 миллионов градусов по Цельсию). Это в 25 000 раз горячее, чем газы, выбрасываемые космическим кораблем.

Во время миссии на Марс двигатель VASIMR непрерывно ускорялся в течение первой половины пути, затем менял направление и замедлялся во второй половине. Плазменная ракета с изменяемым выхлопом также может использоваться для позиционирования спутников на околоземной орбите.

Газодинамическое зеркало Fusion Propulsion

Одновременно с VASIMR разрабатывается газодинамическое зеркало ( GDM ) Fusion Propulsion. В этом двигателе длинная тонкая катушка с током, действующая как магнит, окружает вакуумную камеру, содержащую плазму. Плазма захватывается магнитными полями, создаваемыми в центральной части системы. На каждом конце двигателя расположены зеркальные магниты, которые предотвращают слишком быстрый выход плазмы из концов двигателя. Конечно, вы хотите, чтобы часть плазмы просочилась, чтобы обеспечить тягу.

Как правило, плазма нестабильна и ее нелегко удерживать, что затрудняло ранние эксперименты с машинами для зеркального синтеза. Газодинамическое зеркало способно избежать проблем с нестабильностью, поскольку оно имеет длинную и тонкую конструкцию, поэтому силовые линии магнитного поля во всей системе прямые. Нестабильность также контролируется за счет утечки определенного количества плазмы через узкую часть зеркала.

В 1998 году в ходе эксперимента НАСА по ядерному движению GDM была получена плазма во время испытаний системы инжектора плазмы, которая работает аналогично передней ячейке VASIMR. Он впрыскивает газ в ГДМ и нагревает его с Электронный циклотронный резонансный нагрев (ECRH), индуцированный микроволновой антенной, работающей на частоте 2,45 ГГц. В настоящее время эксперимент предназначен для подтверждения осуществимости концепции GDM. Исследователи также работают над многими эксплуатационными характеристиками полноразмерного двигателя.

В то время как до реализации многих передовых концепций НАСА в области двигателей еще несколько десятков лет, фундамент термоядерных двигателей уже заложен. Когда появятся другие технологии, делающие возможной миссию на Марс, это может быть космический корабль с термоядерным двигателем, который доставит нас туда. К середине 21 века полеты на Марс могут стать такими же обыденными, как полеты на Международную космическую станцию.

Для получения дополнительной информации о термоядерных двигателях и других передовых концепциях двигателей перейдите по ссылкам ниже.

Статьи по теме HowStuffWorks

Другие полезные ссылки

NASA Breakthrough Propulsion Physics Program
Advanced Propulsion Concepts
NASA Breakthrough Propulsion Physics (BPP) Technology Project
Gas Dynamic Mirror Mars New Rocket Cut002 Experiment 9 Engine Propulsion Engine 9 Время в пути
Открытие границы Солнечной системы: термоядерный двигатель
Термоядерный синтез
Производство энергии на Солнце

Процитируйте это!

Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks.com:

Кевин Бонсор
«Как будет работать Fusion Propulsion»
12 марта 2001 г.
HowStuffWorks.com.
30 сентября 2022 г.

Космический двигатель | Есть сплав, будем путешествовать

ИНФОРМАЦИОННАЯ ЛИНИЯ ИТЭР
—

Космический двигатель

Р.А.

В идее запуска ракет и космических кораблей с помощью энергии атома нет ничего нового: Манхэттенский проект в середине 1940-х годов, а также бесчисленные попытки НАСА в последующие десятилетия исследовали возможность использования реакций деления для обеспечивают отрывную тягу. Сегодня прогресс, достигнутый в области управляемого ядерного синтеза, открыл новый мир возможностей.

В настоящее время термоядерные реакторы рассматриваются как источник тепла, который может доводить ракетное топливо до чрезвычайно высокой температуры (и, следовательно, выхлоп с высокой скоростью) или выбрасывать сверхгорячую плазму для обеспечения тяги.

Fusion, целью которого является «принесение силы звезд на Землю», также может в недалеком будущем помочь людям добраться до звезд с Земли.

В космических агентствах по всему миру, в университетских лабораториях и в стартап-компаниях на повестке дня стоит ядерный синтез. В Соединенных Штатах Конгресс утвердил в мае финансирование в размере 125 миллионов долларов США для разработки ракет с ядерной силовой установкой и призвал НАСА «разработать многолетний план, который позволит продемонстрировать ядерную тепловую двигательную установку» как на основе деления, так и синтеза. Российское космическое агентство «Роскосмос» работает над «плазменным ракетным двигателем» в сотрудничестве с Курчатовским институтом — проект «стал возможным благодаря успехам, достигнутым в изучении процессов синтеза плазмы». Группа перспективных концепций Европейского космического агентства (ЕКА), в сотрудничестве с европейскими университетами проводит исследование о возможности реализации термоядерных двигателей с открытым магнитным удержанием, а Китай намерен к середине 2040-х годов разработать целый «флот» ядерных ракет-носителей (без уточнения, будут ли они ядерными или термоядерными). самоходный)

Ракеты взлетают со стартовой площадки, а корабли устремляются в дальний космос благодаря простому принципу действия и противодействия: нагретый выхлопной газ выбрасывается с высокой скоростью через сопло, и в ответ на корабль действует сила тяги.

Обычные ракеты приводятся в движение химическим сгоранием, для которого требуется значительное количество топлива — жидкого водорода и жидкого кислорода или керосиноподобного топлива, — которое воспламеняется на разных этапах подъема в космос.

Академия и технологические компании объединяются для разработки инновационных термоядерных двигателей. Здесь, в Принстонской лаборатории физики плазмы, PFRC-2 — модернизация оригинальной реверсивной конфигурации Принстонского поля, разработанная в начале 2000-х годов, которую можно экстраполировать на двигатель с прямым термоядерным приводом для исследования космоса.

Выброс горячего газа — не единственный способ обеспечить тягу: отец современной ракетной техники Роберт Годдард (в честь которого был назван Космический центр Годдарда НАСА) предложил в 19В 2000-х годах ракеты могли использовать электричество для выбрасывания электронов или заряженных ионов со скоростью порядка 10 километров в секунду, что в два раза превышает скорость обычных выхлопных газов.

В какой-то момент предполагалось запускать ракеты с помощью атомных бомб, взрываемых через очень короткие промежутки времени в задней части ракеты. С 1958 по 1963 год проект «Орион», финансируемый Агентством перспективных исследовательских проектов США (ARPA, сегодня DARPA), ВВС США, Комиссией по атомной энергии и, в меньшей степени, НАСА, был нацелен именно на это.

Запрет на ядерные испытания в атмосфере в 1963 году положил конец проекту. Однако пять лет спустя в статье Physics Today под названием «Межзвездный транспорт» главный научный сотрудник проекта «Орион» Фриман Дайсон предположил, что «взрывы синтеза дейтерия» придадут ракете и космическому кораблю с бомбовым двигателем еще большую тягу и скорость.

Пятьдесят лет спустя термоядерный синтез по-прежнему остается серьезным претендентом на космическое движение, хотя и не в его «взрывных» применениях. Термоядерные реакторы в настоящее время рассматриваются как источник тепла, который доводит топливо до чрезвычайно высокой температуры (и, следовательно, выхлоп с высокой скоростью) или выбрасывает сверхгорячую плазму для обеспечения тяги.

В зависимости от концепции скорость истечения ракеты с термоядерным двигателем будет находиться в диапазоне 150-350 километров в секунду. До планеты Марс можно добраться за 90 дней или даже меньше, по сравнению с восемью месяцами с обычной двигательной установкой. Интригующие спутники Юпитера и Сатурна будут доступны в разумные сроки, и путь к экзопланетам откроется для исследования.

Использование энергии ядерного синтеза для разгона ракет до скоростей, недостижимых в противном случае, и, следовательно, резкое сокращение продолжительности космических путешествий, может звучать как научная фантастика. И буквально: в блокбастере 2014 года Interstellar , космический корабль, который перевозит пассажиров в поисках обитаемых планет, питается от «компактных токамаков», которые также обеспечивают судно электричеством.

Факультет аэронавтики и астронавтики Вашингтонского университета имеет давнюю программу, посвященную исследованиям в области термоядерных двигателей. Здесь: испытательная камера ракеты с термоядерным двигателем в Лаборатории плазменной динамики Департамента.

Одна из проблем заключается в том, что токамаки, наиболее перспективные из термоядерных устройств на современном уровне термоядерных технологий, почти компактны: при массе 23 000 тонн (не считая массы систем станции) ИТЭР будет трудно вывести на орбиту. .

Однако термоядерный реактор не обязательно является токамаком.

Совместное предприятие Вашингтонского университета в Сиэтле, финансируемое НАСА, и небольшой компании MSNW LLC, специализирующейся на разработке передовых космических двигательных установок, разработало небольшое импульсное термоядерное устройство с обращенным полем (похожее на концепцию spheromak ). 1980-1990-х годов) экстраполировать на «двигатель термоядерного двигателя». Сторонники проекта говорят, что они работают над созданием компонентов «ракеты с термоядерным двигателем, призванной устранить многие препятствия, мешающие путешествиям в дальний космос, включая длительное время в пути, непомерные затраты и риски для здоровья».

Аналогичным образом, Принстонская лаборатория физики плазмы (PPPL) начала сотрудничество с компанией Princeton Satellite Systems для работы над двигателем с прямым термоядерным двигателем для исследования космоса. Два года назад НАСА предоставило предприятию грант в полмиллиона долларов, которое также было отмечено премией Консорциума федеральных лабораторий США в октябре прошлого года.

В проектируемом двигателе с прямым термоядерным двигателем термоядерная энергия не будет производиться за счет реакций дейтерия и трития (DT) ИТЭР или будущих электростанций. Хотя DT-реакция является наиболее доступной при современном уровне техники, она имеет два существенных недостатка, особенно для пилотируемых космических исследований. Тритий является радиоактивным элементом, и реакции синтеза производят поток высокоэнергетических нейтронов, от которых люди и электронное оборудование должны быть надежно защищены.

Реакция дейтерия/гелия-3, запланированная для двигателя с прямым синтезом, не имеет ни одного из этих ограничений: оба элемента стабильны, как и продукты реакции, водород и гелий. Поскольку реакция является «анейтронной», для защиты не требуется мощного экранирования.

Есть, однако, одна большая загвоздка: температура, необходимая для синтеза ядер дейтерия и гелия-3, примерно в десять раз выше, чем необходимая для DT-синтеза, и ни одно устройство еще не достигло такого уровня энергии. (Настоящий рекорд принадлежит японскому токамаку JT-60U, достигшему температуры ионов в полмиллиарда градусов.)

Разработчики двигателя прямого синтеза утверждают, что их двигатель может быть запущен уже в 2028 году, что может показаться слишком оптимистичным прогнозом. Могут пройти десятилетия, прежде чем термоядерный двигатель покинет область научной фантастики и войдет в реальность космических путешествий.

Но среди космических держав в настоящее время существует консенсус, который четко сформулировал факультет аэронавтики и астронавтики Вашингтонского университета, одного из ведущих аэрокосмических учебных заведений Соединенных Штатов: «Энергия синтеза, в принципе, является единственной возможный источник энергии для быстрых и эффективных космических полетов на ракетах к Марсу, внешним планетам и ближайшим звездам».

вернуться к последним опубликованным статьям

Принстонское устройство обратной конфигурации поля, PFRC-2, в Принстонской лаборатории физики плазмы в Нью-Джерси.
(Изображение предоставлено: Элль Старкман/Управление коммуникаций PPPL)

Космический корабль, работающий на термоядерном синтезе, возможно, еще долго не будет просто фантастикой.

Двигатель Direct Fusion Drive (DFD) может впервые подняться в воздух примерно в 2028 году, если все пойдет по плану, заявили разработчики концепта.

Это будет большой новостью для любителей космоса. DFD размером с минивэн может весить 22 000 фунтов. (10 000 кг) автоматический космический корабль до Сатурна всего за два года или до Плутона в течение пяти лет после запуска, заявили члены проектной группы. (Для перспективы: миссия НАСА «Кассини» добралась до Сатурна за 6,75 года, а зонду «Новые горизонты» потребовалось 9,5 лет, чтобы добраться до Плутона.)

0098

Кроме того, двигатель служит мощным источником энергии, а это означает, что технология может найти широкое применение вне Земли.

Например, DFD мог бы обеспечить питание запланированной НАСА космической станции на орбите Луны, известной как Gateway , а также баз на Луне и Марсе, член группы проекта Стефани Томас, вице-президент Princeton Satellite Systems в Плейнсборо, Нью-Джерси, заявил в конце прошлого месяца во время презентации рабочей группы НАСА по будущим космическим операциям.

DFD — это вариант Принстонской конфигурации с обращенным полем (PFRC), концепции термоядерного реактора, изобретенной в начале 2000-х Сэмюэлем Коэном из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL). По сути, DFD представляет собой реактор PFRC с открытым концом, через который проходят выхлопные газы для создания тяги, пояснил Томас.

Внутри DFD будет содержаться горячая плазма с магнитным полем из гелия-3 и дейтерия, особого «тяжелого» типа водорода с одним нейтроном в ядре (в отличие от «нормального» водорода, в котором нейтронов нет). . По словам Томаса, атомы этих элементов будут сливаться в этой плазме, генерируя много энергии и очень мало опасного излучения.

Плазменная плазма нагревает холодное топливо, вытекающее за пределы области удержания. Это топливо направляется через сопло в задней части двигателя, создавая тягу.

Все это тепло превращается в большое количество энергии — вероятно, от 1 до 10 мегаватт, сказал Томас. DFD будет использовать эту мощность, используя двигатель «цикла Брайтона» для преобразования большей части тепла в электричество.

Это означает, что миссия DFD сможет выполнить большой объем научной работы после достижения пункта назначения. Например, орбитальный аппарат Плутона, оборудованный термоядерным синтезом, может передавать энергию на посадочный модуль на поверхности карликовой планеты, а также отправлять на Землю видео высокой четкости, сказал Томас.

Ядерный синтез легендарно трудно использовать; никому еще не удалось продемонстрировать полномасштабный коммерчески жизнеспособный термоядерный реактор. (Как гласит старая шутка: «Слияние — это источник энергии будущего, и так будет всегда». ) Но Томас и ее команда считают, что у их концепции есть вполне реальный шанс на успех.

«DFD отличается от других концепций термоядерных реакторов», — сказала она, сославшись на небольшой размер концепции, чистую работу, низкое излучение и уникальный метод нагрева плазмы (в котором используется радиоволновая антенна).

Команда DFD недавно получила финансирование от различных агентств для продолжения разработки концепции. Например, работе с 2016 по 2019 год способствовали два раунда финансирования в рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts, целью которой является развитие потенциально революционной технологии космических полетов .

В этом году компания DFD получила награду Агентства перспективных исследовательских проектов в области энергетики (ARPA-E), которая будет финансировать дальнейшее развитие в следующем году.

Команда уже продемонстрировала некоторые основные концепции эксперимента PFRC-1, который проводился в PPPL с 2008 по 2011 год, и эксперимента PFRC-2, который работает сейчас. Исследователи еще не достигли синтеза, но они надеются сделать это с PFRC-4 в середине 2020-х годов.

Вскоре после этого появится летный прототип. По словам Томаса, настоящая миссия может состояться сразу после успешного демонстрационного полета — возможно, уже в 2028 году.

Раскрыл ли этот стартап секрет термоядерной энергии?
Объяснение протонного синтеза, источника энергии Солнца (инфографика)
Быстрые полеты на Марс с использованием термоядерного синтеза Ученые говорят, что это не фантастика

Out There (открывается в новой вкладке) »(Grand Central Publishing, 2018; проиллюстрировано Карлом Тейтом ), уже в продаже. Подпишитесь на него в Твиттере @michaeldwall . Следите за нами в Твиттере @Spacedotcom или Facebook .

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: community@space. com.

Майкл Уолл — старший космический писатель Space.com (открывается в новой вкладке) , присоединился к команде в 2010 году. В основном он освещает экзопланеты, космические полеты и военный космос, но, как известно, увлекается космическим искусством. Его книга о поисках инопланетной жизни «Out There» была опубликована 13 ноября 2018 года. Прежде чем стать научным писателем, Майкл работал герпетологом и биологом дикой природы. У него есть докторская степень. по эволюционной биологии Сиднейского университета, Австралия, степень бакалавра Аризонского университета и диплом о высшем образовании в области научного письма Калифорнийского университета в Санта-Круз. Чтобы узнать, какой у него последний проект, вы можете подписаться на Майкла в Твиттере.

Магнитный ракетный двигатель, который может отправить людей на Марс

Новый термоядерный двигатель может доставить людей на Марс в 10 раз быстрее, чем существующие идеи.
Магнитные поля соединяются и разъединяются, высвобождая огромное количество энергии.
Направление энергии наружу превращает термоядерный реактор в двигатель.

У физика Министерства энергетики (DoE) есть новая концепция ракеты с ядерным синтезом, которая использует магнитные поля для создания тяги. Это далекая идея, которая могла бы доставить астронавтов на Марс.

Тебе нравится ядерное оружие. И мы тоже. Давайте поболтаем над ядерным вместе.

Присоединяйтесь к нам.

Механизм уже работает в земных термоядерных реакторах, а также в солнечных вспышках на Солнце. Можем ли мы действительно использовать связывание и разъединение магнитных полей, чтобы совершить долгое путешествие на красную планету?

«Устройство будет применять магнитные поля, чтобы заставить частицы плазмы, электрически заряженного газа, также известного как четвертое состояние вещества, выстреливать из задней части ракеты и, благодаря сохранению импульса, толкать корабль вперед». Об этом говорится в заявлении Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США.

Представьте себе человека, сидящего в офисном кресле на колесиках и держащего в руках огромную римскую свечу. Когда вы зажигаете фейерверк, стул приводится в движение потоком направленной энергии.

Физик Фатима Эбрахими впервые пришла к этой идее после того, как услышала о скоростях, которых достигают частицы в национальном эксперименте PPPL со сферическим тором, токамак-реакторе. «Во время работы этот токамак производит магнитные пузыри, называемые плазмоидами, которые движутся со скоростью около 20 километров в секунду, что мне показалось очень похожим на тягу», — говорится в заявлении. Ее двигатель в основном работает как токамак с одной стороной, обрезанной для высвобождения энергии.

Основные части плазмоидного двигателя.

Fatima Ebrahimi/PPPL/arXiv

Эксперименты с термоядерными реакторами популярны на Земле как «следующее поколение» технологий ядерной энергетики, но ни один из них не произвел больше энергии, чем потребляет. .. пока. Космический полет является популярным дополнительным вариантом использования идей синтеза плазмы, потому что технология синтеза может, гипотетически, оставаться довольно легкой, создавая при этом тонну тяги. Высокотемпературные элементы в форме плазмы удерживаются и выборочно высвобождаются для приведения в движение космического корабля.

➡

То, что мы любим: Лучшие телескопы для наблюдения за звездами

Астрономический телескоп-рефрактор Gskyer AZ

ПРОВЕРИТЬ ЦЕНУ

С рейтингом более 19 000, почему это не 5, почему бы и нет. Телескоп Gskyer — фаворит фанатов. Эта опция имеет апертуру 70 мм и оптимальные линзы с полным просветлением, обеспечивающие четкое и четкое изображение ночного неба. Технически подкованные астрономы оценят беспроводной пульт дистанционного управления, адаптер для смартфона и дополнительную линзу Барлоу, которая увеличивает увеличение каждого окуляра в три раза. Благодаря регулируемому штативу из алюминиевого сплава этот телескоп подходит для каждого члена семьи.

HEXEUM Телескоп HEXEUM 70500

Скидка 23%

ПРОВЕРИТЬ ЦЕНУ

Кредит: Amazon

Если вы ищете телескоп для детей или если вы новичок, эта модель HEXEUM — высококачественный выбор. . Он поставляется с апертурой 70 мм, а также двумя окулярами на 10 мм и 25 мм каждый. Вам особенно понравится, что этот телескоп поставляется с телефонным адаптером, что означает, что вы можете подключить свой телефон к окуляру и, наконец, получить потрясающую фотографию ночного неба.

Астрономический рефрактор ECOOPRO 70 мм

Скидка 27%

ПРОВЕРИТЬ ЦЕНУ

Простой в установке и компактный, этот телескоп оснащен апертурой 70 мм, двумя окулярами, видоискателем и штативом. Идеально подходит для астрологии или даже наблюдения за птицами, вы можете установить его на столе со штативом, установленным на 15 дюймов, или выдвинуть ноги до 47 дюймов. Он также поставляется с картой Луны и звезд для удобства.

ESSLNB Детский телескоп ESSLNB

Сейчас скидка 26%

ПРОВЕРИТЬ ЦЕНУ

Кредит: Amazon 9Телескоп 0002 ESSLNB — отличный выбор для детей и начинающих. Он оснащен встроенным реверсивным объективом, что означает, что ни одно из изображений, которые вы видите, никогда не будет перевернутым. Его 70-миллиметровый объектив обеспечивает широкий угол обзора, а яркость телескопа позволяет легко увидеть все. Кроме того, вы можете подключить свой телефон и, наконец, сделать приличный снимок ночного неба.

Телескоп Эмарта

КОНТРОЛЬ ЦЕНЫ

Начинающие астрономы найдут много интересного в телескопе Эмарта. Пользоваться им легко: все, что вам нужно сделать, это направить трубку в направлении нужного объекта и осмотреть его. С двумя высококачественными окулярами (70 мм и 360 мм), которые позволяют просматривать небесные объекты с малым и большим увеличением, вы сможете с легкостью удовлетворить свои пожелания по наблюдению за звездами.

Лунный телескоп НАСА для детей

КОНТРОЛЬ ЦЕНЫ

Лунный телескоп НАСА — идеальный вариант для заядлых искателей приключений или детей, которые хотят спонтанно наблюдать за звездами. При весе чуть более двух фунтов этот вариант достаточно легкий, чтобы его можно было положить в багажник вашего автомобиля. Этот телескоп оснащен многослойным оптическим стеклом со сверхнизкой дисперсией, благодаря которому вы получите четкое изображение ночного неба с идеальной контрастностью.

Портативный телескоп Celestron 60 DX

КОНТРОЛЬ ЦЕНЫ

Этот вариант идеально подходит для начинающих (и по соответствующей цене). Благодаря широкой апертуре 60 мм звезды и созвездия выглядят ярко и четко. Два окуляра — от 8 мм до 20 мм — подходят для самых разных наблюдений за звездами. В довершение всего, телескоп поставляется со штативом, адаптером для смартфона, видоискателем и дорожным футляром.

Устройство Эбрахими имеет три ключевых отличия от других моделей, говорится в сообщении PPPL. Во-первых, он использует электромагниты для регулировки тяги, как магнитная педаль газа, которую астронавты могут использовать для увеличения или уменьшения скорости. Во-вторых, в этой конструкции используется как традиционная плазма, так и дополнительный материал, называемый плазмоидами, которые значительно увеличивают потенциал тяги.

И, наконец, конструкция устройства Эбрахими позволяет работать с любым газообразным элементом, то есть как с более легкими и мелкими атомами газа, так и с более крупными и тяжелыми. Это дает космическим группам возможность выбирать различные виды ожогов, например, для более длительных или коротких полетов.

Истории по теме

Этот термоядерный двигатель может ускорить межзвездные путешествия
Двигатель, который может доставить нас на Марс за 3 месяца
Ядерная энергия, которая вернет нас на Луну

«Компьютерное моделирование, выполненное на компьютерах PPPL […], показало, что новая концепция плазменного двигателя может генерировать выброс со скоростью сотни километров в секунду, что в 10 раз быстрее, чем у других двигателей», — говорится в сообщении PPPL. Это означает, что подруливающее устройство может сократить самое продолжительное время полета в 10 раз, в результате чего в поле нашего зрения появится гораздо больше направлений.

Это также поможет устранить главный фактор, стоящий между людьми и более длительными космическими полетами: космическое излучение, которое пронизывает почти любой космический корабль. Чем быстрее мы сможем путешествовать в опасной космической радиации, тем меньше астронавты будут подвергаться воздействию. Более быстрое путешествие уменьшит другие, менее ощутимые человеческие издержки, такие как психологические и физические потери от длительного пребывания в межпланетном пространстве.

🎥

Теперь смотрите это:

Кэролайн Делберт

Кэролайн Делберт — писатель, заядлый читатель и пишущий редактор журнала Pop Mech. Она также энтузиаст практически всего. Ее любимые темы включают ядерную энергию, космологию, математику повседневных вещей и философию всего этого.

Испытательный запуск ядерного синтеза с запуском ракеты на пластиковых отходах

Космос

Просмотр 3 изображений

Посмотреть галерею — 3 изображения

Британская компания, стремящаяся к устойчивым космическим путешествиям, провела испытания ракетного двигателя, работающего частично на пластиковых отходах. Гибридный ракетный двигатель Pulsar Fusion является частью амбициозного проекта, который также включает в себя разработку технологии ядерного синтеза для высокоскоростных двигателей, которые могут вдвое сократить время полета к Марсу.

Идея включения переработанных пластиковых отходов в гибридное ракетное топливо уже обсуждалась ранее. Virgin Galactic заигрывала с этой идеей еще в 2014 году, используя ракету, работающую на топливе на основе класса термореактивных пластиков, хотя от нее быстро отказались после неудачного испытательного полета. Шотландская компания Skyrora — еще одна компания, работающая над такой технологией, которая успешно испытала свое топливо Ecosene, изготовленное из переработанных пластиковых отходов.

Pulsar Fusion представляет «зеленую» ракету, использующую гибридное топливо, состоящее из полиэтилена высокой плотности (HDPE) и окислителя закиси азота, которое подается в камеру сгорания под регулируемым давлением через регулирующий клапан. ПЭВП используется в ряде пластиковых изделий, включая бутылки, трубы и разделочные доски, что дает множество возможностей для получения и переработки этого ключевого ингредиента топлива.

Pulsar Fusion возлагает большие надежды на экологичные космические путешествия

Pulsar Fusion

На прошлой неделе на военной базе Министерства обороны Великобритании в Солсбери компания Pulsar Fusion завершила первые статические испытания своего гибридного ракетного двигателя. По словам компании, это привело к образованию сверхзвуковых ударных алмазов, которые вы можете увидеть в высокотемпературном выхлопе ракеты с большим массовым расходом, и привело к драматическому огненному шлейфу. На этой неделе компания планирует провести демонстрацию для потенциальных клиентов.

«Мы в восторге от тестовых стрельб в Великобритании на заводе COTEC. Это чрезвычайно важный момент, и мы гордимся тем, что эта ракета построена в Великобритании», — говорит генеральный директор Pulsar Fusion Ричард Динан. «Проведение испытаний британской ракеты на территории Великобритании — это новинка. Pulsar — одна из немногих компаний в мире, разработавших и протестировавших эти технологии. У нас есть команда замечательных ученых с богатым опытом, которым мы обязаны этими вехами.»

Гибридная ракета Pulsar Fusion в действии

Пульсар Фьюжн

Компания заявляет, что потенциальное применение «зеленого» ракетного двигателя включает в себя запуск людей и спутников в космос, но ее видение освоения космоса на этом не заканчивается: планируется разработать высокоскоростные двигательные установки на основе ядерного синтеза и запустить их в этом году. десятилетие. Идея этой технологии состоит в том, чтобы воссоздать процесс, происходящий внутри Солнца, где гравитационные силы в сочетании с экстремальной температурой и давлением сталкивают ядра друг с другом, высвобождая огромное количество энергии. Ученые добивались этого на протяжении десятилетий с помощью экспериментальных реакторов, и, несмотря на то, что были достигнуты некоторые впечатляющие успехи, эта технология все еще находится на расстоянии многих лет от того, чтобы обеспечить жизнеспособный источник энергии.

Из-за чего цели Pulsar Fusion в космосе кажутся очень амбициозными. Он работал над своей технологией ядерного синтеза в течение девяти лет и стремится использовать мощные электромагнетизмы для направления энергии, высвобождаемой в результате термоядерных реакций, в двигательную установку. Это не только избавит космические корабли от необходимости нести запасы тяжелого топлива, но и позволит им двигаться с невероятной скоростью — достаточно быстро, чтобы достичь Марса с Земли вдвое быстрее, чем сегодняшние космические корабли, согласно Pulsar Fusion.

Стоит отметить, что проблемы, присущие воссозданию термоядерного синтеза на Земле, преследовали ученых на протяжении десятилетий, поэтому включение еще не существовавшей технологии в двигательную установку космического корабля следующего поколения было бы действительно сложной задачей. Однако Pulsar Fusion не стесняется своих устремлений, стремясь продемонстрировать ядерный термоядерный двигатель для статических огневых испытаний в 2025 году, а затем запустить и испытать его на орбите в 2027 году. испытание ракеты ниже.

Pulsar Fusion UK Rocket Test — HYBRID HDPE/N2O

Источник: Pulsar Fusion

Посмотреть галерею — 3 изображения

Ник Лаварс

Ник пишет и редактирует в New Atlas уже более шести лет, где он освещал все, начиная от далеких космических зондов и заканчивая беспилотными автомобилями и странными науками о животных. Ранее он работал в The Conversation, Mashable и The Santiago Times, получив степень магистра в области коммуникаций в Мельбурнском университете RMIT.

Межпланетный космический транспорт с использованием инерционной термоядерной двигательной установки (Конференция)

Межпланетный космический транспорт с использованием инерционной термоядерной двигательной установки (Конференция) | ОСТИ.GOV

перейти к основному содержанию

Полная запись
Другое связанное исследование

В этой статье мы показываем, как большие преимущества, которые предлагает ICF для межпланетного движения, могут быть реализованы с помощью концепции космического корабля VISTA. Ожидается, что производительность VISTA превзойдет производительность других реалистичных технологий для миссий на Марс, если прирост энергии, достижимый для целей ICF, превысит несколько сотен. Основываясь на хороших характеристиках, ожидаемых от Национального предприятия по воспламенению США (NIF), требования к VISTA должны быть в пределах возможного, если можно будет разработать творческие концепции целей, такие как быстродействующий воспламенитель. Мы также указываем, что 6000-тонный VISTA может посетить любую планету в Солнечной системе и вернуться на Землю примерно через 7 лет или меньше без каких-либо значительных физиологических опасностей для астронавтов. В концепции VISTA предусмотрены такие кратковременные миссии, особенно на Марс, что опасность от космического излучения и невесомости может быть снижена до незначительного уровня. Поэтому VISTA представляет собой значительный шаг вперед для концепций космического движения.

Авторов:: Орт, CD

Дата публикации:: 1998-04-20

Исследовательская организация:: Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса. (LLNL), Ливермор, Калифорния (США)

Организация-спонсор:: USDOE, Вашингтон, округ Колумбия (США)

Идентификатор ОСТИ:: 324289

Номер(а) отчета:: UCRL-JC-129237; КОНФ-980659-
ПО: DE98058340; БР: DP0210000; CNN: W-7405-Eng-48; РНН: 99:003662

Номер контракта с Министерством энергетики:: W-7405-ENG-48

Тип ресурса:: Конференция

Отношение ресурсов:: Конференция: 9. международная конференция по новым ядерно-энергетическим системам (ICENES `98), Тель-Авив (Израиль), 28 июня — 2 июля 1998 г. ; Другая информация: PBD: 20 апреля 1998 г.

Страна публикации:: США

Язык:: Английский

Тема:: 70 ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И СТРОЕНИЕ; ИНЕРЦИОННОЕ УДЕРЖАНИЕ; КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ; ДВИГАТЕЛИ

Форматы цитирования

MLA
АПА
Чикаго
БибТекс

Орт, К. Д. Межпланетный космический транспорт с использованием инерционного термоядерного двигателя . США: Н. П., 1998. Веб.

Копировать в буфер обмена

Орт, CD Межпланетный космический транспорт с использованием инерционного термоядерного двигателя . Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

Орт, CD, 1998. «Межпланетный космический транспорт с использованием инерционного термоядерного двигателя». Соединенные Штаты. https://www.osti.gov/servlets/purl/324289.

Копировать в буфер обмена

@статья{osti_324289, title = {Межпланетный космический транспорт с использованием инерционного термоядерного двигателя}, автор = {Орт, CD}, abstractNote = {В этой статье мы показываем, как большие преимущества, которые ICF предлагает для межпланетного движения, могут быть реализованы с помощью концепции космического корабля VISTA. Ожидается, что производительность VISTA превзойдет производительность других реалистичных технологий для миссий на Марс, если прирост энергии, достижимый для целей ICF, превысит несколько сотен. Основываясь на хороших характеристиках, ожидаемых от Национального предприятия по воспламенению США (NIF), требования к VISTA должны быть в пределах возможного, если можно будет разработать творческие концепции целей, такие как быстродействующий воспламенитель. Мы также указываем, что 6000-тонный VISTA может посетить любую планету в Солнечной системе и вернуться на Землю примерно через 7 лет или меньше без каких-либо значительных физиологических опасностей для астронавтов. В концепции VISTA предусмотрены такие кратковременные миссии, особенно на Марс, что опасность от космического излучения и невесомости может быть снижена до незначительного уровня. Таким образом, VISTA представляет собой значительный шаг вперед для концепций космического движения.}, дои = {}, URL = {https://www.osti.gov/biblio/324289}, журнал = {}, номер =, объем = , место = {США}, год = {1998}, месяц = {4} }

Копировать в буфер обмена

Просмотр конференции (0,90 МБ)

Дополнительную информацию о получении полнотекстового документа см.

Курс на Альфа Центавра. В США создадут ракетный двигатель для быстрых полетов к Марсу и дальше

Космическая тяга: сможет ли Россия создать ядерный двигатель для ракет | Статьи

История атома

Ядерное движение

Проблемы космического масштаба

Ядерная космическая эра

Необходимо и достаточно

Американцы приступили к разработке космического аппарата на ядерной тяге

Термоядерный ракетный двигатель

Содержание

ТЯРД на основе термоядерного реактора с магнитным удержанием плазмы

ТЯРД на основе систем инерционного синтеза (импульсный термоядерный реактор)

Реакция дейтерий + тритий (Топливо D-T)

Реакция дейтерий + гелий-3

Другие виды реакций

истории

Термоядерный ракетный двигатель «Вивернджет» 2.

Ядерные ракетные двигатели | История космонавтики

Конструкция ядерного ракетного двигателя

Полеты на Fusion Power — как будет работать Fusion Propulsion

Магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом

Газодинамическое зеркало Fusion Propulsion

Статьи по теме HowStuffWorks

Другие полезные ссылки

Космический двигатель | Есть сплав, будем путешествовать

ИНФОРМАЦИОННАЯ ЛИНИЯ ИТЭР —

Магнитный ракетный двигатель, который может отправить людей на Марс

Тебе нравится ядерное оружие. И мы тоже. Давайте поболтаем над ядерным вместе.

Тебе нравится ядерное оружие. И мы тоже. Давайте поболтаем над ядерным вместе.

➡

Астрономический телескоп-рефрактор Gskyer AZ

HEXEUM Телескоп HEXEUM 70500

Астрономический рефрактор ECOOPRO 70 мм

ESSLNB Детский телескоп ESSLNB

Телескоп Эмарта

Лунный телескоп НАСА для детей

Портативный телескоп Celestron 60 DX

Истории по теме

🎥

Испытательный запуск ядерного синтеза с запуском ракеты на пластиковых отходах

Межпланетный космический транспорт с использованием инерционной термоядерной двигательной установки (Конференция)

Форматы цитирования

ИНФОРМАЦИОННАЯ ЛИНИЯ ИТЭР
—