Космические двигатели будущего: 7 космических двигателей будущего

Содержание

Настоящее и будущее ракетных двигателей

Еще основоположники космонавтики понимали, что ракетные двигатели на химическом топливе имеют предел и не смогут обеспечить быстрые перелеты между планетами Солнечной системы. Поэтому, когда были открыты реакции радиоактивного распада, идея использовать атомную энергию для разгона космических аппаратов возникла почти сразу. Однако ядерные корабли не появились до сих пор, а первый полет назначен лишь на 2030 год.

Антон Кадман

Урановая машина

В 1905 году Эйнштейн вывел знаменитую формулу эквивалентности массы и энергии. Именно на нее опирался Константин Циолковский, когда в 1911–1912 годах в «Исследовании мировых пространств реактивными приборами» указал, что для выхода космического корабля за пределы Солнечной системы потребуется всего лишь «щепотка радия». Калужский изобретатель описал систему, которую позже назовут «атомной псевдоракетой»: она разгонялась, выбрасывая продукты ядерного распада. В то время еще не понимали, что построить «псевдоракету» малореально, поскольку такие частицы создают температуры в миллионы градусов и стенка любой камеры сгорания просто расплавится.

Следующий шаг сделал итальянский аэродинамик Гаэтано Крокко. В 1923 году он выступил с докладом «Замечания о технике воздухоплавания», заявив: такой «прямой» способ разгона достижим только при использовании мощнейших электромагнитных полей, которые могли бы заменить стенки камеры сгорания, что технически невероятно сложно. Куда разумнее применить «непрямой» способ – превращение атомной энергии в тепловую нагревом инертного рабочего тела, которое направляется в реактивное сопло.

Первые намеки на переход от теории к практике появились в годы Второй мировой войны, когда ракетный конструктор Вернер фон Браун узнал об «урановой машине», которую разрабатывал Гейзенберг. Ядерное устройство создавалось для подводных лодок, но

его в принципе можно было использовать и как реактор, расщепляющий воду на водород и кислород для подачи в камеру сгорания. В 1944 году фон Браун провел несколько консультаций с Гейзенбергом, однако стало ясно: создание компактного реактора – слишком далекая перспектива.

После войны немецкие ракетчики были перевезены в США, и плодотворная идея вновь стала востребованной. Фон Браун активно популяризировал свой Marsprojekt, предусматривавший отправку к соседней планете шести кораблей с ядерными двигателями. Некоторые его расчеты использовали при конструировании сверхтяжелой ракеты Nova для доставки на Луну кораблей Apollo: среди прочих рассматривался вариант установки на верхнюю ступень водородного двигателя с реактором. Однако в 1964 году проект Nova был заморожен, корабли запускали с помощью ракеты Saturn V на обычном топливе.

На советской скорости

В СССР работы над двигателями, использующими атомную энергию, начались во второй половине 1950-х при участии крупнейших ученых того времени – Мстислава Келдыша, Игоря Курчатова, Сергея Королева, Валентина Глушко. В конце 1959 года был утвержден проект двухступенчатой ракеты с реактором, разогревающим аммиак, который выбрасывался через четыре сопла. По расчетам, такой носитель мог вывести в космос 150 т – целый межпланетный корабль! Затем, однако, концепция изменилась: специалисты предпочли твердофазный вариант, при котором жидкий водород сперва охлаждает корпус реактора и тепловыделяющие сборки снаружи, а затем поступает внутрь, нагревается до 3000 К и выбрасывается через сопло.

Разработкой реактора ИР-100 для такой двигательной установки (РД-0410) занимался НИИ № 1, будущий Центр им. Келдыша. Для испытаний на Семипалатинском полигоне построили две шахты, и на рубеже 1970–1980 годов краны опустили экспериментальные установки на глубину. Раскаленный водород огненной струей вырывался наружу, и, хотя истекающие газы имели слабую радиоактивность, приближаться к шахте запрещалось еще месяц. Эксперименты подтвердили работоспособность ИР-100: советский атомный двигатель для космоса был создан. К сожалению, он так и остался невостребованным, поскольку планируемые межпланетные экспедиции отменили, а использовать РД-0410 на околоземной орбите оказалось невыгодно и опасно.

Однако полученный опыт побудил инженеров искать новые пути применения. В 1987 году РКК «Энергия» предложила проект тяжелого межпланетного корабля (ТМК), оснащенного двумя связками электроракетных двигателей, работающих на ксеноне, с ядерным источником энергии. Согласно расчетам, пилотируемая экспедиция к Марсу и обратно на таком корабле заняла бы 716 суток. Технически проект был вполне осуществим: в то время СССР располагал ракетой «Энергия», которая могла вывести модули корабля на орбиту. Но после аварии на Чернобыльской АЭС развилась массовая радиофобия, и конструкторы отказались от реакторов, заменив их массивными солнечными батареями. Вскоре и проект ТМК ушел в никуда.

Рабочие лошадки

О нем заговорили снова лишь в нулевые, когда в РКК «Энергия» родилась необычная идея по упрощению и удешевлению полетов на геостационарные орбиты высотой 35–37 тыс. км. Как известно, именно здесь выгоднее всего размещать телекоммуникационные спутники, поэтому такие орбиты обладают наибольшим коммерческим потенциалом. Буксир мог бы поднимать туда новые аппараты и сводить вниз старые. Для такой работы требуется высокая мощность, и в «Энергии» взялись за разработку ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) на основе советского ТМК.

Так появился проект транспортной системы из трех унифицированных буксиров: тральщика, постоянно находящегося на геостационарной высоте и собирающего устаревшие аппараты; транспорта дальнего действия, который перемещается между геостационарной и средней (800 км) орбитами; и транспорта ближнего действия, выводящего спутники на высоту 800 км. Буксиры планировалось снабдить одинаковыми ЯЭДУ с реакторами мощностью по 150 кВт и термоэмиссионными преобразователями тепла в электричество (нагреванием катода, который в процессе излучает электроны).

В дальнейшем специалисты РКК планировали построить установки с реакторами мощностью от 0,6 до 2,1 МВт для доставки грузов на Луну, Марс и даже к поясу астероидов, причем каждый буксир мог бы совершать до шести рейсов. Замысел поддержало правительство, и в 2010 году началось проектирование транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) с ЯЭДУ мегаваттного класса, позднее получившего название «Нуклон». Головным разработчиком стал Исследовательский центр им. Келдыша.

«Зевс» впрягается в лямку

Конструкторам пришлось постараться, чтобы создать мощный и компактный реактор. Революционным для космоса нововведением стало применение для преобразования тепла в электричество не термоэмиссионной системы, а турбины – как на земных станциях. Другая оригинальная идея – сброс избыточного тепла через капельный холодильник-излучатель: нагретое вещество пропускается через открытый космос и снова собирается уже охлажденным. Сама установка вырабатывает только электричество, а его, в свою очередь, использует ионный двигатель ИД-ВМ, где ксеноновая плазма ускоряется, создавая тягу.Эскизное проектирование было завершено в 2013 году, хотя столь нестандартные решения потребовали дополнительных исследований. Однако срыв заданных сроков вызвал недовольство правительства, и через пять лет Роскосмос передал проект системы в КБ «Арсенал», который продолжает эту работу до сих пор. В прошлом году стало известно, что конструкцию космического буксира, которому присвоили имя «Зевс», опять модифицируют, а турбину снова заменит термоэмиссионный преобразователь. В 2021-м был назван срок отправки первого изделия на орбиту – по заявлению руководства Роскосмоса, его планируется запустить в 2030 году ракетой «Ангара-А5» с космодрома Восточный в Амурской области.

Ожидается, что экспериментальная миссия продлится 50 месяцев. После старта аппарат достигнет Луны, далее совершит гравитационный маневр около Венеры и в конце концов окажется в системе Юпитера. Кроме того, глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин сообщил, что «Зевс» может быть включен в состав Российской орбитальной служебной станции (РОСС), сборка которой начнется в конце 2025 года. Озвучен и военный вариант применения: буксир способен нести на себе локационный комплекс, который будет отслеживать летательные аппараты в интересах противовоздушной обороны.

Если к 2030 году создание модуля с реактором мегаваттной мощности действительно будет завершено, это полностью изменит мировую космонавтику. Например, космический корабль в связке с «Зевсом» сможет добираться до Марса всего за 40–50 дней вместо примерно 200, необходимых при движении по оптимальной инерционной траектории. Человечество получит средство транспорта, которое по своим характеристикам превзойдет все, созданное ранее. Будем надеяться, что ракетно-космическая отрасль сумеет воспользоваться такими перспективами и российские вымпелы наконец-то появятся на соседних планетах.

Александр Дмитриев ★ Космические двигатели будущего читать книгу онлайн бесплатно

Здесь есть возможность читать онлайн «Александр Дмитриев: Космические двигатели будущего» весь текст электронной книги совершенно бесплатно (целиком полную версию). В некоторых случаях присутствует краткое содержание. Город: М., год выпуска: 1982, категория: Прочая научная литература / на русском языке. Описание произведения, (предисловие) а так же отзывы посетителей доступны на портале. Библиотека «Либ Кат» — LibCat.ru создана для любителей полистать хорошую книжку и предлагает широкий выбор жанров:

любовные романы фантастика и фэнтези приключения детективы и триллеры эротика документальные научные юмористические анекдоты о бизнесе проза детские сказки о религиии новинки православные старинные про компьютеры программирование на английском домоводство поэзия

Выбрав категорию по душе Вы сможете найти действительно стоящие книги и насладиться погружением в мир воображения, прочувствовать переживания героев или узнать для себя что-то новое, совершить внутреннее открытие. Подробная информация для ознакомления по текущему запросу представлена ниже:

Описание
Другие книги автора
Правообладателям
Похожие книги

Космические двигатели будущего: краткое содержание, описание и аннотация

Предлагаем к чтению аннотацию, описание, краткое содержание или предисловие (зависит от того, что написал сам автор книги «Космические двигатели будущего»). Если вы не нашли необходимую информацию о книге — напишите в комментариях, мы постараемся отыскать её.

В брошюре сделана попытка представить себе возможные пути развития космических двигательных систем завтрашнего дня. Рассматривается ряд традиционных и новых идей и проектов в области космических двигателей, их возможности и соответствие тем — задачам, которые по сегодняшним представлениям станут наиболее актуальными в не очень отдаленной перспективе. Брошюра рассчитана на широкий круг читателей.

Александр Дмитриев: другие книги автора

Кто написал Космические двигатели будущего? Узнайте фамилию, как зовут автора книги и список всех его произведений по сериям.

Уважаемые правообладатели!

Возможность размещать книги на на нашем сайте есть у любого зарегистрированного пользователя. Если Ваша книга была опубликована без Вашего на то согласия, пожалуйста, направьте Вашу жалобу на [email protected] или заполните форму обратной связи.

В течение 24 часов мы закроем доступ к нелегально размещенному контенту.

Космические двигатели будущего — читать онлайн бесплатно полную книгу (весь текст) целиком

Ниже представлен текст книги, разбитый по страницам. Система сохранения места последней прочитанной страницы, позволяет с удобством читать онлайн бесплатно книгу «Космические двигатели будущего», без необходимости каждый раз заново искать на чём Вы остановились. Поставьте закладку, и сможете в любой момент перейти на страницу, на которой закончили чтение.

Шрифт:

↓

↑

GeorgiaGeorgiaTahomaArialVerdanaSymbol

Интервал:

↓

↑

Закладка:

Сделать

1234567…30

А. С. Дмитриев, кандидат физико-математических наук

В. А. Кошелев

КОСМИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ БУДУЩЕГО

ВВЕДЕНИЕ

Два с половиной десятка лет отделяют нас от 4 октября 1957 г., которому суждено было разделить историю человечества на две эпохи: докосмическую и космическую. За это время родилось и выросло поколение, которое первичные знания о космосе приобрело не из романа Жюль Верна, а из почти ежедневных сообщений телеграфных агентств, телерепортажей и кинохроники. Космосом сегодня в той или иной степени «занимаются» сотни тысяч людей в лабораториях, научных центрах, конструкторских бюро, заводах и фабриках. Он давно перестал быть сенсацией, но стал очень нужным. Пилотируемые аппараты, космические средства связи, метеорологические спутники и навигационные системы в значительной степени определяют облик нашего времени.

Вместе с тем не зря дороги космоса называют крутыми. Не все на них происходит так, как этого бы хотелось. Радикально изменились за прошедшие два с половиной десятилетия представления о первоочередных задачах освоения космического пространства. Почти очевидная не только для любителей, фантастов, но и для специалистов «магистральная» линия развития космонавтики «Луна — Марс — далее везде» значительно трансформировалась с учетом потребностей и возможностей общества. Ряд проектов, как, например, полет человека на Марс, оказались на грани технически реализуемых при современном уровне развития космической техники и в то же время за гранью экономически допустимых на эти цели затрат.[1]

Сам факт отказа от дальнейшего следования по «магистральному» пути показывает, что космос и космическая индустрия превратились в весьма существенный не только эмоциональный и политический, но и экономический фактор. Дальнейшее увеличение затрат становится оправданным только в том случае, если от вложенных средств можно будет ожидать отдачи, покрывающей значительную часть вложений. Требование экономической окупаемости космических программ на этом новом этапе в значительной степени определяет пути развития космонавтики в целом.

В данной брошюре сделана попытка представить себе возможные пути развития космических двигательных систем завтрашнего дня. Естественно, в таком сложном и трудном деле, как создание космических средств, всегда существуют многочисленные варианты решения одной и той же задачи. Кроме того, арсенал технических идей и возможностей постоянно пополняется, и многие из новых могут оказаться в чем-то лучше тех, которые известны сегодня. Поэтому тех из читателей, которые хотели бы получить ясный ответ на вопрос, какими же двигателями будут оснащены космические аппараты, скажем, через 30–50 лет, возможно ждет разочарование. В брошюре не содержится однозначного ответа на этот вопрос, да и вряд ли он вообще возможен. Здесь рассматривается ряд традиционных и новых идей и проектов в области космических двигателей, их возможности и соответствие тем задачам, которые по сегодняшним представлениям станут наиболее актуальными в не очень отдаленной перспективе.

С точки зрения перспектив космического двигателестроения основные направления развития космической техники условно можно разбить на четыре группы.

1. Организация больших грузопотоков (десятки и сотни тысяч тонн в год) с поверхности Земли на низкие орбиты. В настоящее время эти грузопотоки примерно в 10 раз меньше. Значительное увеличение грузопотоков необходимо как для решения принципиально новых задач (в частности, для создания космических технологических производств и энергетических систем), так и для обеспечения продолжения исследований в дальнем космосе.

2. Транспортировка крупногабаритных грузов с низких орбит на высокие и обратно, транспортировка аналогичных грузов с околоземной орбиты к Луне. Для большинства задач вывод космического аппарата на опорную орбиту является промежуточным этапом. Спутники связи, упомянутые энергетические системы и многие другие космические средства должны располагаться на высоких орбитах. Поэтому растет потребность в экономичных средствах для межорбитальных перелетов.

3. Быстрые межпланетные перелеты.

4. Создание космических аппаратов для полетов вне Солнечной системы, запуск космических аппаратов к ближайшим звездам.

1234567…30

Шрифт:

↓

↑

GeorgiaGeorgiaTahomaArialVerdanaSymbol

Интервал:

↓

↑

Закладка:

Сделать

Планы НАСА по движению в дальнем космосе

Ионные двигатели, солнечные паруса, деление и термоядерный синтез… некоторые идеи по питанию космических кораблей следующего поколения имеют ауру научной фантастики, поэтому увидеть НАСА может быть головокружительным сюрпризом тоже относится к ним серьезно.

В феврале, выступая перед Американским астронавтическим обществом, инженер НАСА Рональд Литчфорд изложил стратегию развития космических кораблей, направленных на самые дальние края Солнечной системы — и за ее пределы.

Литчфорд рекомендовал исследования для улучшения обычных систем, таких как химические ракеты, электротермические двигатели и ионные двигатели. Но он также рекомендовал «скромные» инвестиции для исследования более спекулятивных, далеко идущих технологий.

Вот краткое изложение видов технологий, которые НАСА изучает, чтобы продвигать космические корабли следующего поколения через космос, примерно от наименее до наиболее спекулятивных.

1. Химические ракеты

Химические ракеты были электростанциями космической эры. Но после 90 лет разработки, ожидается, что дальнейшие усовершенствования двигателя не приведут к значительным улучшениям с точки зрения тяги (эти ракеты фундаментально ограничены энергией, содержащейся в химических связях).

Личфилд утверждает, что исследования в области химической ракетной техники по-прежнему должны составлять основную часть исследований НАСА, особенно в отношении производства топлива на планете назначения, а не нести все это на борту. Например, те, кто находится на Марсе, могут расщепить лед из полярных шапок на водород и кислород, чтобы использовать их в качестве ракетного топлива.

2. Электротермические

Эти двигатели используют электрическую энергию для создания перегретой плазмы и запускают ее через сверхзвуковое сопло для создания тяги.

Двигатели такого типа используются на российских спутниках с 1970-х годов, а также на спутниках Lockheed Martin A2100, использующих в качестве топлива гидразин. Эти двигатели эффективны, но генерируемая ими тяга чрезвычайно мала, а это означает, что их единственное возможное использование будет заключаться в ориентации спутников на орбите.

Эволюционный ксеноновый двигатель НАСА (NEXT) Семикиловаттный ионный двигатель проекта. Предоставлено: НАСА

3. Ионный привод

Теперь мы переходим к футуристическим вещам. Ионный двигатель представляет собой двигатель, в котором молекулы нереакционноспособного топлива, такого как ксенон, приобретают положительный или отрицательный заряд («ионизируются») и ускоряются электрическим полем, чтобы выстрелить в спину.

Тяга невероятно мала, эквивалентна давлению листа бумаги на ладонь, поэтому ионный двигатель очень медленно набирает скорость. Но в дальней миссии он может обеспечить в 10 раз большую тягу на килограмм топлива, чем химическая ракета.

Космический зонд Dawn, в настоящее время находящийся на орбите карликовой планеты Церера (и ответственный за первые поразительные фотографии загадочных ярких пятен), использовал свой ионный двигатель, чтобы стать первым космическим кораблем, который вышел на орбиты нескольких небесных тел и покинул их.

4. Солнечная паруса

Частицы света (называемые фотонами) несут импульс, как шарики для пинг-понга, отскакивающие от стены. Идея солнечного паруса состоит в том, чтобы поймать их достаточно, чтобы получить значительную тягу.

Космический корабль с достаточно большим парусом может достичь невероятной скорости без топлива.

Эта концепция была подтверждена в 2010 году, когда японский проект «Межпланетный воздушный змей, ускоренный радиацией Солнца» (IKAROS) развернул парус площадью 196 квадратных метров для миссии на Венеру.

В прошлом году проект LightSail показал, что эта конструкция может работать при ограниченном бюджете.

Но по мере того, как солнечный парус удаляется от Солнца, солнечный свет становится слабее, и доступная тяга уменьшается. Более амбициозные проекты предполагают путешествие к ближайшим звездам с помощью мощного лазера, заполняющего парус, чтобы привести его в действие через межзвездную депрессию.

Ранний плазменный двигатель из Исследовательского центра Льюиса в Кливленде, штат Огайо, 1961 год. Фото: НАСА

5. Плазменный двигатель

Эти двигатели похожи на высокооктановые версии ионного двигателя. Вместо нереактивного топлива магнитные токи и электрические потенциалы ускоряют ионы в плазме для создания тяги. Этой идее полвека, но она еще не добралась до космоса.

Самой мощной плазменной ракетой в мире в настоящее время является магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом (VASIMR), разрабатываемая компанией Ad Astra Rocket Company в Техасе. Ad Astra подсчитала, что космический корабль сможет добраться до Марса через 39 лет.дней.

1 декабря 1967 года: первый наземный экспериментальный ядерный ракетный двигатель в Джекасс-Флэтс, штат Невада. Авторы и права: НАСА

6. Термическое деление

Обычный ядерный реактор может нагревать топливо до чрезвычайно высоких температур для создания тяги.

Хотя еще не было запущено ни одной ядерной тепловой ракеты, эта концепция была близка к воплощению в 1960-х и 1970-х годах, когда в США было построено и испытано несколько проектов.

Ядерный двигатель для ракетных двигателей (NERVA) считался готовым к интеграции в космический корабль, прежде чем администрация Никсона отложила идею отправки людей на Марс и сократила финансирование проекта.

7. Непрерывный термоядерный синтез

Ракеты, работающие на термоядерном синтезе, эффективно пытаются воссоздать энергию Солнца путем перегрева топлива до сотен миллионов градусов до тех пор, пока атомные ядра не сольются и не выработают еще больше энергии.

Термоядерная ракета будет в сотни раз эффективнее самой лучшей химической ракеты. Но инженер непрерывного термоядерного синтеза зависит от достижения чистой мощности термоядерного реактора, чего до сих пор не удалось достичь за несколько десятилетий исследований и несколько миллиардов долларов финансирования исследований.

8. Импульсный термоядерный синтез

Возможно, более достижимым способом использования термоядерной энергии является управление детонацией миниатюрной термоядерной бомбы для питания корабля.

Одна конструкция, разрабатываемая в Университете Вашингтона, заключается в том, что шарик из двух изотопов водорода, окруженный металлическими кольцами из лития, сбрасывается в камеру сгорания.

В нужный момент огромное магнитное поле ударяет по металлическим кольцам, сомкнувшимся вокруг гранулы, сжимая топливо до невероятного давления, что приводит к синтезу. Это немного похоже на то, как двигатель вашего автомобиля использует контролируемые взрывы бензина.

Песчинка этого термоядерного материала будет иметь такую же энергетическую ценность, как четыре литра ракетного топлива. Но основная проблема с этим исследованием заключается в том, что фактические испытания, скорее всего, нарушат договоры о запрещении ядерных испытаний.

9. Нанокосмический корабль

Большинство стратегий транспортировки в дальний космос предполагают создание более крупных и мощных двигателей. А как насчет уменьшения размера космического корабля?

В 2009 году исследователи из Мичиганского университета разработали своего рода наноразмерный двигатель, который можно встроить в кремниевый чип. Он работает как крошечный ускоритель частиц, очень высокие скорости, используя простые электрические поля между заряженными пластинами. Каждый чип может содержать миллионы крошечных электрических пусковых установок.

Художественное изображение двигательной установки на антивеществе. Авторы и права: НАСА

10. Антиматерия

И вот мы здесь: в самом конце спектра осуществимости в фантастическое. Антивещество состоит из античастиц, которые имеют ту же массу, что и частицы обычного вещества, но противоположный заряд и спин.

Антивещество также имеет самую высокую плотность энергии среди всех известных веществ. И если его использовать в качестве топлива, он может обеспечить самую эффективную двигательную установку, при этом до 40% энергии массы топлива преобразуется непосредственно в тягу (по сравнению с 1% для термоядерного синтеза, следующего по эффективности).

В 2006 году Институт передовых концепций НАСА (NIAC) финансировал команду Джеральда Смита из Positronics Research, разработавшую космический корабль, работающий на антиматерии. Они подсчитали, что всего 10 тысячных грамма антиматерии хватит, чтобы отправить корабль на Марс за 45 дней.

Проблема с получением достаточного количества топлива.

Антиматерия создается в ускорителях частиц, но если бы вся антиматерия, когда-либо созданная на сегодняшний день, была уничтожена сразу, ее энергии не хватило бы даже на то, чтобы вскипятить чашку чая.

Если источник этого супертоплива не будет найден, двигатели на антивеществе, скорее всего, навсегда останутся в области научной фантастики.

Редактировать: В этой статье изначально говорилось, что VASIMR будет испытан на космической станции. Это неправильно; эти планы были отложены в прошлом году.

Получайте новости о научных новостях прямо на свой почтовый ящик.

Катал О’Коннелл

Катал О’Коннелл — научный писатель из Мельбурна.

Читайте научные факты, а не вымысел…

Никогда не было более важного времени, чтобы объяснять факты, ценить знания, основанные на фактических данных, и демонстрировать последние научные, технологические и инженерные достижения. Cosmos издается Королевским институтом Австралии, благотворительной организацией, призванной связывать людей с миром науки. Финансовые взносы, большие или малые, помогают нам предоставлять доступ к достоверной научной информации в то время, когда мир больше всего в ней нуждается. Пожалуйста, поддержите нас, сделав пожертвование или купив подписку сегодня.

Ядерные технологии, установленные для запуска и питания будущих космических миссий, по мнению экспертов МАГАТЭ

Ракеты, стартующие с Земли, в обозримом будущем будут зависеть от химического топлива. Однако, оказавшись на орбите, ядерные двигатели могут взять на себя управление и обеспечить движение для ускорения космического корабля в космосе.

«Межпланетные миссии с экипажем в будущем почти наверняка потребуют двигательных установок с уровнями производительности, значительно превышающими уровень производительности лучших современных химических двигателей», — сказал Уильям Эмрих, бывший ведущий инженер проекта в НАСА, добавив, что это надежный кандидат для использования в космических путешествиях. ядерная тепловая двигательная установка (НТП).

В NTP ядерный реактор деления нагревает жидкое топливо, такое как водород. Тепло превращает жидкость в газ, который расширяется через сопло, создавая тягу и приводя в движение космический корабль. Преимущества NTP заключаются в том, что космическим полетам потребуется доставлять в космос меньше топлива, а двигатели NTP сократят время полета, сократив время полета до Марса на 25% по сравнению с традиционными химическими ракетами. Сокращение времени пребывания в космосе также снижает воздействие космической радиации на астронавтов.

Ядерная электрическая двигательная установка (ЯЭР), с другой стороны, представляет собой вариант, в котором тяга обеспечивается за счет преобразования тепловой энергии ядерного реактора в электрическую энергию, что устраняет связанные с этим потребности в НТП и ограничения, связанные с хранением топлива на борту. В NEP тяга ниже, но непрерывна, а эффективность использования топлива намного выше, что приводит к более высокой скорости и потенциальному сокращению времени полета до Марса более чем на 60 процентов по сравнению с традиционными химическими ракетами.

«Для космических миссий, требующих высокой выходной мощности, таких как пилотируемая миссия на Марс или космические переправы, энергосистема на основе ядерного реактора может быть очень конкурентоспособным выбором», — сказал Хуэй Ду из Пекинского института космических систем. со ссылкой на исследование Китайской академии космических технологий, проведенное в 2015 году, которое показало, что пилотируемая миссия на Марс была бы невозможна без космических ядерных реакторов.

Система NEP, разрабатываемая компанией Ad Astra Rocket, магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом (VASIMR), представляет собой плазменную ракету, в которой электрические поля нагревают и ускоряют топливо, образуя плазму, а магнитные поля направляют плазму в правильном направлении. направлении, когда он выбрасывается из двигателя, создавая тягу для космического корабля. В отличие от традиционной NEP, конструкция VASIMR позволит обрабатывать большое количество энергии, сохраняя при этом высокую эффективность использования топлива, которая характеризует электрические ракеты.

«В ближайшем будущем мы предполагаем, что двигатель VASIMR будет поддерживать широкий спектр мощных приложений от солнечной энергии в окололунном пространстве до ядерной энергии в межпланетном пространстве», — сказал Франклин Чанг Диас, генеральный директор Ad Astra Rocket Company. «В долгосрочной перспективе VASIMR может стать предшественником будущих термоядерных ракет, которые все еще находятся на стадии разработки», — добавил он.

Термоядерные ракеты, такие как концепция реактора Принстонского поля с обратной конфигурацией, разрабатываемая в Принстонской лаборатории физики плазмы, будут иметь то преимущество, что будут создавать двигатель прямого синтеза (DFD), непосредственно преобразующий энергию заряженных частиц, образующихся в реакциях синтеза, в двигатель для космического корабля.

«DFD может производить удельную мощность на несколько порядков выше, чем другие системы, сокращая время в пути и увеличивая полезную нагрузку, что позволяет нам гораздо быстрее достигать пунктов назначения в дальнем космосе», — сказала Стефани Томас, вице-президент Princeton Satellite Systems, которая обсуждала возможные миссии с двигателем DFD в ближнее межзвездное пространство, пилотируемые миссии на Марс и наземную энергию лунной базы.

Космические двигатели будущего: 7 космических двигателей будущего | Паблико