В дальний космос без топлива: двигатель на микроволнах. Двигатель на космос


Российский физик предложил новый космический двигатель. На воде!

Михаил Кокорич, основатель стартапа Momentus, который при поддержке Y Combinator разрабатывает новую технологию космического двигателя, не сразу понял, что собирается на Луну. Он выпустился из Новосибирского университета и стал серийным предпринимателем, заработав первые деньги сразу после распада Советского Союза. Технология Momentus — это новая силовая установка, которая использует воду вместо химических веществ в качестве пропеллента.

По мнению Кокорича, вода хороша по нескольким причинам. Во-первых, ее много в космосе. Во-вторых, она более эффективное и лучшее топливо для полета за пределы низкой околоземной орбиты. «Химическая тяга хороша, когда вам нужно развить высокую тягу», говорит Кокорич. Но как только судно выходит за пределы силы тяжести, вода просто лучше и всё.

«Мы можем вывести десятки тонн на геостационарную орбиту намного быстрее», чем многие компании, которые используют ионные двигатели, например, потому что разгон последних занимает месяцы.

Компания уже заключила соглашение с европейским летным оператором ECM Space, который поможет ей осуществить первые испытания двигательной системы на микроспутнике в начале 2019 года.

Первый продукт будет выдавать импульсы в 150-180 секунд и иметь мощность до 30 Вт.

Сейчас Кокорич живет в США. Его первая компания, Dauria Aerospace, привлекла 30 миллионов долларов для работы, но жесткая конкуренция со стороны фирм США и крымские санкции, направленные против России, сказываются на бизнесе предпринимателя.

«Это была чисто политическая иммиграция. У меня нет никакой возможности вести бизнес, потому что приходится работать с правительством, а правительству я бы не понравился», говорит предприниматель.

Вместе со стартапом Momentus Кокорич попробует решить проблему космической транспортировки. «Когда стоимость транспортировки снижается, возникают новые бизнес-модели», говорит он. Технология Momentus, по его мнению, может снизить стоимость путешествий в глубокий космос и откроет возможности для новых предприятий, вроде разработки астероидов и лунного транзита.

hi-news.ru

В дальний космос на Z-двигателе » Военное обозрение

Полвека назад, еще до начала космической эры, ученые ведущих стран пришли к выводу об отсутствии серьезных перспектив у существующих типов ракетных двигателей. Удельная мощность жидкостных и твердотопливных двигателей достаточна для имеющихся целей, однако слишком мала для отдаленной перспективы. Выходом из сложившегося «тупика» стали ядерные ракетные двигатели (ЯРД). Однако, несмотря на множество исследований, обе концепции таких двигателей так и не дошли до практического применения. Все закончилось несколькими испытаниями.

Некоторое время назад появились новости о возобновлении работ в этом направлении, как в России, так и в Соединенных Штатах. В США этой программой занимаются одновременно ученые Университета Алабамы, NASA, Boeing, а также лаборатория Oak Ridge. Новый ракетный двигатель планируется делать по т.н. импульсной системе. Это значит, что во время работы из специального сопла будут выбрасываться небольшие порции радиоактивного вещества. После выброса порция урана, плутония или другого материала с подходящими свойствами взрывается и придает космическому кораблю импульс, ударяя в специальную плиту, окружающую выбрасывающее сопло. Поскольку при ядерном взрыве выделяется огромное количество энергии, импульсный ЯРД в настоящее время считается наиболее перспективным классом в отношении удельной мощности и соотношения расхода топлива к тяге. Однако такая система имеет ряд характерных недостатков: необходимость обеспечения должной прочности плиты, принимающей на себя импульс взрыва, выброс радиоактивных продуктов деления, а также правильный расчет мощности ядерного заряда и времени его подрыва. В связи с этим все работы по импульсным ЯРД пока ограничились исключительно теоретическими расчетами.

Новое предложение сотрудников лаборатории «Оак-Ридж» способно решить, как минимум, одну проблему ядерных ракетных двигателей – обеспечение правильной дистанции подрыва заряда и, как следствие, эффективное расходование топлива. Предложенная технология получила название Z-pinch (Z-сжатие). Ее суть заключается в создании плазменного «кокона», внутри которого и будет происходить взрыв топлива. Для этого предлагается оснастить «сопло» двигателя системой создания плазмы, а также рядом сопутствующего оборудование. Благодаря ему, сразу после выброса ядерного или термоядерного заряда системы двигателя пропускают через образовавшуюся плазму электрический разряд особо большой мощности. Разряд вызывает образование мощнейшего магнитного поля, которое захватывает заряд топлива. Последний, попав под такое воздействие, сжимается и достигает критической плотности. К моменту окончания подачи электричества, согласно расчетам, происходит взрыв. В качестве топлива для Z-двигателя в настоящее время предлагается использовать смесь дейтерия и литиевого изотопа Li6. Таким образом, предлагаемый двигатель имеет в своей основе термоядерные реакции.

Стоит отметить, что приведенное описание относится только к одному циклу работы перспективного ЯРД на Z-сжатии. В ходе работы двигателя такие циклы должны повторяться непрерывно, частота зависит от необходимой мощности. Нынешние расчеты показывают, что максимальная скорость космического корабля с Z-двигателем может достичь отметки в сто тысяч километров в час и даже перевалить через нее. Правда, для этого потребуется достаточно большое количество дейтериево-литиевого топлива. В защиту проекта стоит привести довод о меньших затратах топлива в весовом отношении: традиционные химические ракетные двигатели, способные разогнать аппарат до таких скоростей, имели бы совершенно неприемлемые размеры и расход топлива. Двигатель на Z-сжатии не имеет таких проблем, но, как это всегда бывает, не обошелся без собственных недостатков. В первую очередь, это сложность конструкции. На первый взгляд кажется, что такой ЯРД сравнительно прост, однако даже создание плиты, принимающей удар взрывов, само по себе является достаточно сложной задачей, ведь этой детали придется выдерживать сотни и тысячи взрывов достаточно высокой мощности. Кроме того, Z-сжатие требует колоссальных затрат энергии, которую космический корабль тоже должен откуда-то брать. Таким образом, экономия на непосредственном топливе оборачивается сложностями с другими элементами системы.

Тем не менее, сразу несколько американских научных организаций взялись за этот проект и, похоже, не собираются от него отказываться. Как минимум, до тех пор, пока не будет собран максимум информации, из которой можно будет вывести облик перспективного двигателя и список его плюсов и минусов технологического характера. Естественно, новые технологии требуют новой и уникальной научной аппаратуры. Основной площадкой для исследования Z-сжатия выбрана установка Z-machine. Собственно говоря, именно в честь этого аппарата и был назван принцип, лежащий в основе перспективной концепции ядерного двигателя. Импульсный энергетический ускоритель под названием «Z-машина» располагается на территории Национальной лаборатории Сандия (штат Нью-Мексико). Фактически он представляет собой комплекс из большого количества мощных конденсаторов, которые могут накапливать энергию и отдавать ее по команде. Подобные устройства давно существуют и используются учеными, но в проекте Z-двигателя будет использоваться именно ускоритель из Сандии. Причина этого – его мощность. Для удержания и сжатия порции термоядерного топлива требуются колоссальные энергии, которые попросту не под силу прочим ускорителям. Z-machine способен в течение одной наносекунды (миллиардная доля секунды) выдать электрический импульс мощностью в 210 тераватт. Ожидается, что Z-сжатия можно будет добиться и на меньших мощностях, но запас не повредит.

Энергетический ускоритель Z-machine, даже в отрыве от проекта нового ЯРД, представляет большой интерес. На данный момент он является самым мощным устройством этого класса. Кроме того, агрегат из лаборатории Сандия имеет приемлемые характеристики: зарядка конденсаторов системы длится несколько часов и не использует имеющиеся «общие» сети электропередачи. При этом Z-машина выдает рекордные значения мощности сверхкоротких импульсов. Целью создания импульсного ускорителя было изучение процесса термоядерного синтеза и, в будущем, исследование возможностей управления им. Именно по этой причине авторы проекта установки предусмотрели возможность накопления огромных зарядов. Примечательно, что во время разрядки конденсаторов вокруг проводников ускорителя образуются молнии.

Проект ядерного ракетного двигателя, работающего на принципе Z-сжатия достаточно интересен, но одновременно с этим фантастичен. До настоящего времени человечество еще не проводило каких-либо экспериментов с импульсными ЯРД, тем более с основанными на термоядерной реакции. Однако до готового двигателя еще далеко. Пока перед учеными стоит задача тщательнейшего изучения особенностей термоядерных реакций в небольшом количестве вещества, а также доказательства практической возможности Z-сжатия. Кроме того, нужно будет создать источник энергии, который справится с генерацией необходимого для работы двигателя электричества, а также спроектировать работоспособную и высокозащищенную систему подачи термоядерного топлива в рабочую часть двигателя. На данный момент все эти задачи смотрятся более чем сложными. Будем надеяться, американцы справятся с ними и человечество получит новую технологию, способную дать мощный толчок космонавтике и обеспечить массовые полеты к другим планетам.

По материалам сайтов:http://dailytechinfo.org/http://nasa.gov/http://ornl.gov/http://sandia.gov/http://astronautix.com/

topwar.ru

В дальний космос без топлива: двигатель на микроволнах

Реактивные двигатели имеют свои ограничения. С их помощью можно добраться лишь до ближайших планет Солнечной системы — Марса, Венеры, и то крайне медленно, но о достижении других систем даже в пределах нашей Галактики речи не идет. Тому причиной и бешеное количество топлива, необходимое для маневрирования, и износ, и сложность управления. Впрочем, есть другой путь. Очень спорный. Очень подозрительный. Но… вдруг?

Ионный двигатель на ксеноне во время испытаний выглядит очень красиво, но тягу создает чрезвычайно малую, из-за чего его практическое применение ограничено.Ионный двигатель на ксеноне во время испытаний выглядит очень красиво, но тягу создает чрезвычайно малую, из-за чего его практическое применение ограничено.Фантастический аппарат, предлагаемый Шоуэром в случае успешного создания электромагнитного двигателя достаточной мощности.

Новость, всколыхнувшая научную общественность, прозвучала в конце июля 2014 года. Как утверждали многочисленные таблоиды, NASA одобрило и по итогам испытаний признало работающим двигатель, который совсем не использовал топлива и создавал тягу за счет генерируемых магнетроном микроволн.

Тут же посыпались опровержения и пояснения. Споры о странном силовом агрегате не утихают до сих пор и, видимо, не утихнут до создания полностью рабочей модели или до появления доказательств того, что устройство является мошенничеством. Так или иначе, налицо два факта: нет, специалисты NASA не объявили «волновой» двигатель работающим и не подтвердили, что с его помощью человечество полетит в дальний космос; да, специалисты NASA протестировали устройство и назначили даты новых испытаний. Значит, есть о чем поговорить.

Двигатель на микроволнах

Двигатель EmDrive британский инженер Роджер Шоуэр задумал еще в начале 2000-х годов и создал под его разработку небольшую компанию. Первое явление странного аппарата миру произошло шестью годами позже.

EmDrive представляет собой конусообразный резонатор, на более узком конце которого установлен мощный магнетрон — электронная лампа, генерирующая микроволны. Когда магнетрон работает, микроволны, отражаясь от тщательно рассчитанной формы резонатора, усиливаются от одного конца устройства к другому. По утверждению создателя, благодаря этому возникает едва заметный дисбаланс давлений, который и создает тягу — пусть крошечную, но зато не требующую огромного количества топлива и совершенно безотходную. Иначе концепт называется «резонансным двигателем» (а не «релятивистским», конечно, как не слишком метко обозвала его пресса).

А вот дальше начинается фантастика. Шоуэр утверждает, что благодаря непосредственному преобразованию электричества в тягу не происходит потери момента импульса, каковая неизбежно имела бы место при наличии промежуточных звеньев. И при этом двигатель будто бы не нарушает законов Ньютона. Звучит странно. Вообще-то любые электромагнитные волны имеют момент, и построить на этом принципе ракету можно, только вот сделано это задолго до Шоуэра, и эффективность такой системы практически равна нулю.

Первый полноразмерный экземпляр EmDrive был изготовлен в мае 2010 года. Выглядит он как деталь парохода из романа в стиле стимпанк — эта ассоциация возникает из-за использования меди в качестве основного материала.

Волны Шоуэра заперты внутри резонатора — как он может передавать энергию внешнему устройству? Представьте себе радиоуправляемый вертолетик, к которому прикреплена коробка. Он взлетит и поднимет коробку. А теперь закрепите его внутри коробки, запустите и закройте крышку. Никакого полета не будет. Или другой вариант: представьте, что вы толкаете автомобиль, сидя внутри. Примерно так выглядит идея Шоуэра. Но британский департамент торговли и промышленности выделил инженеру грант, а NASA провела испытания как EmDrive Шоуэра, так и аналогичной системы, разработанной американским инженером Гвидо Феттой. Происходит что-то странное, но что?

Подозрительные испытания

Первая «ласточка», обозначившая научный интерес к EmDrive, пролетела в 2012 году, когда китайская команда, заинтересовавшаяся разработкой Шоуэра, построила собственный двигатель по такому же принципу и объявила, что в ходе испытаний получена тяга порядка 72 г. Этого, к слову, достаточно, чтобы приводить в движение небольшой испытательный спутник.

Параллельно аналогичное устройство представил американский разработчик Гвидо Фетта. Но после тестирования обеих систем специалисты NASA во главе с Гарольдом Уайтом выпустили официальный документ — тот самый, что поверг мировую общественность в шок. Озаглавлен он так: «Аномальное создание тяги с помощью опытного резонансного устройства». Да, в заголовке действительно есть слово «аномальный». Испытания показали следующие результаты: для CannaeDrive при частоте микроволн примерно 935 МГц была получена тяга около 30−50 мН (3−5 г), а для EmDrive при частоте 1933 МГц и напряжении 17 В тяга составила 91 мН. Испытания заняли восемь дней, шесть из них ушли на настройку и проверку оборудования, а два — непосредственно на замеры. Прибором для измерения послужил крутильный маятник, точнейшее из возможных устройств для подобных исследований, а проводили замеры в вакуумной камере, в которой обычно рассчитывают тягу ионных двигателей. Теоретическая мощность космического двигателя, основанного на этой технологии, может составлять до 0,4 Н на 1 кВт. Это позволяет в будущем построить корабль для полета на Марс — при наличии 2-мегаваттного реактора двигатель может создавать тягу в 800 Н, приводя в движение 90-тонный космический корабль, причем вся миссия с учетом 70-дневного пребывания на Красной планете займет всего восемь месяцев.

Будущее уже здесь? Видимо, пока нет.

Здоровый скептицизм

Что же смущает скептиков в этих исследованиях? Во-первых, подозрительное научное обоснование. Трудно поверить, но и Шоуэр, и китайская группа, и лаборатория NASA объясняют наличие тяги совершенно по-разному! Причем ни одно объяснение толком не соотносится с современной наукой.

По утверждению Шоуэра, магнитные волны, попавшие в резонатор, создают внешнюю тягу. Ни доказать, ни опровергнуть это экспериментально пока не получается.

Да, с теорией плоховато. Но ведь результаты, показанные на серьезных тестах, казалось бы, налицо. Дело в том, что тут тоже не все просто. Говорить об «одобрении NASA» в полной мере нельзя, потому что в этой организации 18 000 сотрудников и сотни подразделений. Испытания же проводило подразделение Eagleworks Labs, состоящее из пяти человек и специализирующееся на нестандартных движителях, — то есть эта лаборатория в разное время испытывала даже вечные двигатели! Да и руководитель лаборатории Уайт известен своими неортодоксальными научными идеями и стремлением совершить прорыв в физике любой ценой. Поэтому корректной, а не «желтой» формулировкой была бы следующая: «Экспериментальная лаборатория провела предварительные исследования резонансного двигателя». Не более того.

Во-вторых, смущает и то, что даже в отчете NASA многовато белых пятен. Из отчета не очень понятно, какая часть исследований проводилась в вакууме, а какая — в атмосфере. Есть также и странные пассажи, например такой: «Тяга наблюдалась с обеих сторон устройства, в том числе и с той, где мы не ожидали ее зафиксировать». Это означает, что двигатель работает при правильной установке и… при неправильной тоже. А если его вверх ногами перевернуть, он тоже будет работать?

Наконец, исследователи совершенно серьезно применяют термин «реактивная передача импульса через квантовый вакуум виртуальной плазмы», который не соотносится с современной физикой никоим образом. Потому что никакого «квантового вакуума виртуальной плазмы» не существует. В американских научных кругах применение такой терминологии называют эффектом «Стартрека», вспоминая легендарный научно-фантастический сериал «Звездный путь», сценарий которого пестрил псевдонаучными объяснениями различных технологий.

Борьба с лженаукой

От других подозрительных или откровенно псевдонаучных проектов и EmDrive Шоуэра, и CannaeDrive Фетты отличает одно: принцип работы озвучен, чертежи открыты, и любая лаборатория в мире может при желании построить аналог и испытать его (как и поступили китайцы). Зачем трем независимым и достаточно авторитетным группам исследователей в разное время объявлять об успехе проекта, если этот проект мошеннический?

На самом деле в современной теоретической физике множество белых пятен, и ученые этого не скрывают. Мы не знаем очень многого, в том числе связанного и с фундаментальными, основополагающими законами. Проблема в том, что «закрытие» этих пятен маленькими частными лабораториями маловероятно, зато информационная шумиха вокруг их работ может помешать более надежным научным изысканиям. Впрочем, наиболее вероятное объяснение полученных NASA результатов — это ошибка при исследованиях. Крутильный маятник — сверхчувствительный прибор, и он мог зафиксировать тягу, возникающую, например, при термальном расширении или сжатии устройства.Работа продолжается

В EmDrive слишком много неясного, чтобы списывать этот двигатель со счетов. Исследователи пока не смогли доказать ни его несостоятельности, ни его работоспособности. Истина, как говорится, где-то рядом.

В 2015—2017 годах проводятся независимые тесты системы в одном из крупнейших исследовательских центров NASA, кливлендском Glenn Research Center. Там систему будут испытывать по схожей с Eagleworks Labs методике. Затем последуют испытания в лаборатории реактивного движения NASA близ Лос-Анджелеса. Наконец, в очередь на исследование встала еще одна группа независимых экспертов — лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (Балтимор), причем они будут использовать не крутильный маятник, а крутильные весы Кавендиша, то есть другой прибор.

Все это говорит о том, что уже к концу следующего года мы будем точно знать, является ли идея Шоуэра космическим прорывом или очередным псевдонаучным безумием. Мы искренне болеем за первое. Но счет, кажется, в пользу второго.

Русская «гравицапа»

Попытки построить движитель без расходования рабочего тела, то есть, по сути, без топлива, предпринимались и раньше. Известной псевдонаучной историей было создание и испытание четыре года назад устройства, прозванного в научных кругах «гравицапой», а полуофициально называвшегося гравитационным двигателем. Инициатором его создания стал физик Спартак Поляков, а разработчиком — заместитель генерального директора ГКЦ имени М.В. Хруничева Валерий Меньшиков.

В прессе в связи с появлением «гравицапы» поднялся значительный шум, а Меньшиков получил средства не только на разработку бестопливного движителя (о принципе работы которого не распространялся вообще), но и на испытательный запуск его в космос. Испытания состоялись на борту спутника «Юбилейный» в 2010 году — планировалось включить «гравицапу» суммарно на 207 секунд и отклонить спутник на 1 км. Но результат, как и следовало ожидать, оказался отрицательным. Комиссия РАН по борьбе с лженаукой по итогам испытаний добилась остановки финансирования псевдонаучного проекта, и о «гравицапе» с тех пор ничего не слышно.

Варп-двигатели

Одно из основных направлений деятельности лаборатории Eagleworks — исследование возможности создания варп-двигателей. Варп-двигатель — это гипотетическое устройство, которое, основываясь на искривлениях пространства-времени, способно перемещать космический корабль со скоростью, превышающей световую. Наиболее известен эксперимент лаборатории с интерферометром Уайта-Джудея. В ходе эксперимента сравниваются фазы двух лазерных лучей, один из которых прямой, а второй теоретически проходит через область искривления пространства, созданную тороидальным устройством разработки того же Уайта. Правда, к варп-двигателям лаборатория пока не приблизилась ни на шаг.

Источник: Популярная механика

vybratpravilno.ru