Космические двигатели нового поколения. Двигатели космического корабля


Военно-космический привод России СОНАР-2050

На каких принципах работают новые российские двигатели для ракет и где ещё их могут использовать.

Немало шума в СМИ и соцсетях наделали заявления Владимира Путина о том, что в России идут испытания крылатой ракеты нового поколения, обладающей почти неограниченным запасом хода и являющейся благодаря этому практически неуязвимой для всех существующих и проектируемых систем противоракетной обороны.

«В конце 2017 года на центральном полигоне Российской Федерации состоялся успешный пуск новейшей российской крылатой ракеты с ядерной энергетической установкой. В ходе полёта энергоустановка вышла на заданную мощность, обеспечила должный уровень тяги», — заявил Путин во время традиционного послания Федеральному собранию.

О ракете говорилось в контексте иных передовых российских разработок в сфере вооружений, наряду с новой межконтинентальной баллистической ракетой «Сармат», гиперзвуковой ракетой «Кинжал» и т. п. Поэтому совершенно неудивительно, что заявления Путина анализируют преимущественно в военно-политическом ключе.

Однако на самом деле вопрос стоит гораздо шире: похоже, что Россия стоит на пороге освоения настоящей технологии будущего, способной принести революционные изменения в ракетно-космическую технику и не только.  Но обо всём по порядку…

Реактивные технологии: «химический» тупик

Вот уже без малого сто лет, говоря о реактивном двигателе, мы чаще всего имеем в виду химический реактивный двигатель. И реактивные самолёты, и космические ракеты приводятся в движение за счёт энергии, получаемой при сгорании находящегося на их борту топлива.

В общих чертах работает это так: топливо поступает в камеру сгорания, где смешивается с окислителем (атмосферным воздухом в воздушно-реактивном двигателе или кислородом из находящихся на борту запасов в ракетном). Затем смесь воспламеняется, в результате чего быстро выделяется значительное количество энергии в виде тепла, которое передаётся газообразным продуктам сгорания. При нагревании газ стремительно расширяется и как бы выдавливает себя через сопло двигателя со значительной скоростью. Возникает реактивная струя и создаётся реактивная тяга, толкающая летательный аппарат в сторону, противоположную направлению течения струи.

He 178 и Falcon Heavy — изделия и двигатели разные, но сути это не меняет.

Реактивные и ракетные двигатели во всём их многообразии (от первого реактивного самолёта «Хейнкель 178» до Falcon Heavy Илона Маска) используют именно этот принцип — меняются лишь подходы к его применению.

И все конструкторы ракетной техники вынуждены так или иначе мириться с фундаментальным недостатком этого принципа: необходимостью возить на борту летательного аппарата значительное количество быстро расходуемого топлива. Чем большую работу предстоит совершить двигателю, тем больше топлива должно быть на борту и тем меньше полезного груза сможет взять с собой в полёт летательный аппарат.

К примеру, максимальная взлётная масса авиалайнера Boeing 747-200 составляет порядка 380 тонн. Из них 170 тонн приходится на сам самолёт, порядка 70 тонн — на полезную нагрузку (вес груза и пассажиров), а 140 тонн, или примерно 35%, весит топливо, которое в полёте сгорает со скоростью порядка 15 тонн в час. То есть на каждую тонну груза приходится 2,5 тонны топлива.

А ракета «Протон-М» для вывода на низкую опорную орбиту 22 тонн груза расходует порядка 630 тонн топлива, т. е. почти 30 тонн топлива на тонну полезной нагрузки. Как видно, «коэффициент полезного действия» более чем скромный.

Если говорить о действительно дальних полётах, например, к другим планетам Солнечной системы, то соотношение «топливо — нагрузка» становится просто убийственным. К примеру, американская ракета «Сатурн-5» могла доставить к Луне 45 тонн груза, сжигая при этом свыше 2000 тонн топлива. А Falcon Heavy Илона Маска при стартовой массе в полторы тысячи тонн на орбиту Марса способна вывести лишь 15 тонн груза, то есть 0,1% от своей начальной массы.

Именно поэтому пилотируемый полёт на Луну до сих пор остаётся задачей на пределе технологических возможностей человечества, а полёт на Марс выходит за эти пределы. Хуже того: существенно расширить эти возможности, продолжая и дальше совершенствовать химические ракеты, уже не представляется возможным. В их развитии человечество «упёрлось» в потолок, определяемый законами природы. Для того чтобы идти дальше, нужен принципиально иной подход.

«Атомная» тяга

Сжигание химического топлива уже давно перестало быть наиболее эффективным из известных способов получения энергии.

Из 1 килограмма каменного угля можно получить около 7 киловатт-часов энергии, тогда как 1 килограмм урана содержит около 620 тысяч киловатт-часов.

И если создать двигатель, который будет получать энергию от ядерных, а не от химических процессов, то такому двигателю потребуется в десятки тысяч (!) раз меньше топлива для совершения той же работы. Ключевой недостаток реактивных двигателей таким образом можно будет устранить.

Однако от идеи до реализации огромный путь, на котором предстоит решить массу сложных проблем. Во-первых, требовалось создать достаточно лёгкий и компактный ядерный реактор для того, чтобы его можно было установить на летательный аппарат. Во-вторых, надо было придумать, как именно использовать энергию распада атомного ядра для нагрева газа в двигателе и создания реактивной струи.

Наиболее очевидным вариантом было просто пропускать газ через раскалённую активную зону реактора. Однако, взаимодействуя напрямую с топливными сборками, этот газ становился бы весьма радиоактивным. Покидая двигатель в виде реактивной струи, он бы сильно заражал всё вокруг, так что использовать подобный двигатель в атмосфере было бы неприемлемо. Значит, тепло из активной зоны нужно передавать как-то иначе, но как именно? И где взять материалы, способные много часов сохранять свои конструктивные свойства при столь высоких температурах?

Сообщение о том, что российским учёным удалось найти решение этих и других проблем, вплотную подойдя к созданию ядерного ракетного двигателя, многим показалось неожиданным и сенсационным. Однако сюрпризом эта новость стала лишь для тех, кто совсем не следит за российской наукой, ведь работы в этом направлении активно идут уже много лет.

Мини-реактор: маленький, да удаленький

Опыт создания компактных ядерных реакторов у российских учёных есть. Первые установки такого рода были созданы ещё в советское время: так, в 1977 году на околоземную орбиту вывели спутник «Космос-954» с ядерным реактором БЭС-5 «Бук». При весе примерно в 1 тонну «Бук» был способен производить 3 киловатта электроэнергии, от которой питался бортовой радиолокатор. В 1987 году был выведен на орбиту спутник «Космос-1818» с реактором «Тополь» («Топаз-1») мощностью в 6,6 киловатта.

Макет реактора «Топаз»

С распадом СССР работы по созданию космических ядерных установок по понятным причинам прекратились. Две установки «Енисей» («Топаз-2») за 13 миллионов долларов уже после распада СССР приобрели американцы, изрядно отстававшие от Советов в этой области. Разработка установки «Енисей-3», мощность которой должна была составлять до 100 киловатт, была заморожена.

В 2009 году было заявлено о том, что Россия начинает разрабатывать новое поколение компактных реакторов для космической техники — соответствующее решение приняла комиссия по модернизации и технологическому развитию экономики России при президенте РФ. Ядерная установка мегаваттной мощности должна была стать «сердцем» космического корабля принципиально нового типа, так называемого транспортно-энергетического модуля (ТЭМ).

В 2012 году было завершено эскизное проектирование установки. В 2014-м Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники (НИКИЭТ) им. Н. А. Доллежаля сообщил о завершении испытаний системы управления реактором. В 2015-м стало известно об испытаниях корпуса реактора и макетов систем антирадиационной защиты. В марте 2016 года была изготовлена опытная партия топливных элементов, в декабре проведены испытания макета активной зоны. В ноябре 2017 года было сообщено о создании стендового макета установки, полностью готового для рабочих испытаний.

Кое-что об устройстве нового реактора известно из статьи директора НИКИЭТ Юрия Драгунова. Он пишет, что новый реактор будет обладать тепловой мощностью в 3,5 мегаватта и иметь ресурс работы до 10 лет. В конструкции активной зоны реактора используются новейшие тугоплавкие материалы и сплавы на основе молибдена (разработка НПО «Луч»). Топливом будет служить карбонитрид урана с на 20% более высокой, чем в обычных реакторах, степенью обогащения изотопом U-235. В качестве теплоносителя выступает гелий-ксеноновая смесь, нагревающаяся в ходе работы до полутора тысяч градусов (в наиболее распространённых «стационарных» реакторах ВВЭР-1000 эту роль играет обычная вода, нагревающаяся до 200–300 градусов).

Завершение работ изначально было запланировано на 2018 год, однако сейчас чаще говорят о планах сдать проект в 2019-м.

Как мы уже говорили выше, изначально реактор (официально — ядерная энергетическая установка мегаваттного класса, ЯЭУ) разрабатывался для космоса. Однако нельзя исключать, что уже «по ходу пьесы» могли возникнуть альтернативные варианты использования устройства на Земле, в том числе и в военной сфере.

Ракеты, торпеды, но не только!

ЯЭУ, подобная описанной выше, вполне может стать «сердцем» реактивных двигателей на ядерной тяге без существенных доработок. К примеру, высокая температура теплоносителя этой установки позволяет использовать её в качестве «нагревательного элемента» в турбореактивных двигателях различных конструкций.

В используемых сегодня химических турбореактивных двигателях наружный воздух всасывается внутрь двигателя и под давлением подаётся в камеру сгорания. Там он смешивается с топливом, после чего смесь воспламеняется, нагреваясь до температуры в 1000 градусов. Расширившийся из-за резкого нагревания газ направляется в сопло, создавая реактивную тягу.

Ядерный турбореактивный двигатель будет работать почти так же, только вместо камеры сгорания у него будет «камера нагрева», где воздух будет вступать в контакт с радиатором, внутри которого будет циркулировать раскалённая до полутора тысяч градусов гелий-ксеноновая смесь системы охлаждения. В целом этого должно быть вполне достаточно для того, чтобы создать необходимую тягу и заставить двигатель работать. При этом не расходуется никакое горючее: для нагрева используется энергия атомного распада, и поэтому подобный двигатель может работать неделями без остановки, лишь бы выдержали все конструктивные элементы.

Предполагаемый облик подводного беспилотника, анонсированного Владимиром Путиным

Ещё проще представить себе применение ЯЭУ в «беспилотных глубоководных аппаратах», также упомянутых Путиным в том же послании. Фактически это будет что-то вроде суперторпеды, которая будет всасывать забортную воду, превращать её в разогретый пар, который и будет формировать реактивную струю. Такая торпеда сможет преодолевать тысячи километров под водой, перемещаясь на любых глубинах и будучи способной поразить любую цель в море или на побережье. При этом перехватить её по пути к цели будет практически невозможно.

В настоящий момент готовых к постановке на вооружение образцов подобных устройств у России, похоже, пока нет. Что касается крылатой ракеты с ядерным приводом, о котором говорил Путин, то здесь речь, по всей видимости, идёт о тестовом запуске «массогабаритной модели» такой ракеты с электрическим нагревателем вместо атомного.

Именно это и могут означать слова Путина о «выходе на заданную мощность» и «должном уровне тяги» — проверке того, может ли двигатель такого устройства работать с такими «входящими параметрами». Конечно, в отличие от образца на атомной тяге, «макетное» изделие не способно пролететь сколь угодно значительное расстояние, но ведь этого от него и не требуется.

На таком образце можно отработать технологические решения, связанные с чисто «двигательной» частью, — пока на стенде идёт доработка и обкатка реактора. Отделять этот этап от сдачи готового изделия может совсем немного времени — год или два.

Ну а если подобный двигатель может быть использован в крылатых ракетах, то что помешает применять его в авиации? Представьте себе авиалайнер на ядерной тяге, способный без посадки и дозаправки преодолевать десятки тысяч километров, не пожирая при этом сотни тонн дорогостоящего авиационного топлива! В общем, мы говорим об открытии, способном в перспективе совершить настоящую революцию в транспортной сфере…

Впереди Марс?

Однако куда более волнующим представляется всё-таки основное предназначение ЯЭУ — стать ядерным сердцем космических кораблей нового поколения, которые сделают возможным надёжное транспортное сообщение с другими планетами Солнечной системы.

Конечно, в безвоздушном космическом пространстве нельзя использовать турбореактивные двигатели, использующие забортный воздух. Вещество для создания реактивной струи здесь, как ни крути, придётся везти с собой. Задача состоит в том, чтобы в ходе работы расходовать его гораздо более экономно, а для этого скорость истечения вещества из сопла двигателя должна быть как можно более высокой. В химических ракетных двигателях эта скорость составляет до 5 тысяч метров в секунду (обычно 2–3 тысячи), и существенно увеличить её не представляется возможным.

Куда больших скоростей можно добиться, используя иной принцип создания реактивной струи — разгон заряженных частиц (ионов) электрическим полем. Скорость струи в ионном двигателе может достигать 70 тысяч метров в секунду, то есть на получение одного и того же количества движения потребуется потратить в 20–30 раз меньше вещества. Правда, такой двигатель будет потреблять довольно много электроэнергии. И вот для производства этой энергии и понадобится ядерный реактор.

Кадр с испытаний американского плазменного двигателя

Электрические (ионные и плазменные) ракетные двигатели уже существуют, например, ещё в 1971 году на орбиту Земли СССР вывел на орбиту космический аппарат «Метеор» со стационарным плазменным двигателем СПД-60 разработки ОКБ «Факел». Сегодня аналогичные двигатели активно используются для коррекции орбиты искусственных спутников Земли, но их мощность не превосходит 3–4 киловатт (5 с половиной лошадиных сил).

Однако в 2015 году Исследовательский центр им. Келдыша заявил о создании опытного образца ионного двигателя с мощностью порядка 35 киловатт (48 л. с.). Звучит не слишком впечатляюще, однако нескольких таких двигателей вполне достаточно для того, чтобы приводить в действие космический корабль, перемещающийся в пустоте и вдали от сильных гравитационных полей. Ускорение, которое будут придавать такие двигатели космическому кораблю, будет небольшим, но зато поддерживать его они смогут долгое время (существующие ионные двигатели обладают временем непрерывной работы до трёх лёт).

В современных космических кораблях ракетные двигатели работают лишь незначительное время, тогда как основную часть полёта корабль летит по инерции. Ионный двигатель, получающий энергию от ядерного реактора, будет работать всё время полёта — в первой его половине разгоняя корабль, во второй — тормозя его. Расчёты показывают, что подобный космолёт мог бы добраться до орбиты Марса за 30–40 дней, а не за год, как корабль с химическими двигателями, и к тому же перевезти с собой спускаемый аппарат, который сможет доставить человека на поверхность Красной планеты, а затем забрать его оттуда.

Ожидается, что первый такой корабль у «Роскосмоса» появится уже в 2022-2023 году.

Иными словами, будущее, возможно, уже совсем рядом…

www.sonar2050.org

Космические двигатели нового поколения

galspace.spb.ru

Из повседневной практики известно, что в двигателе внутреннего сгорания, топке парового котла - всюду, где происходит сгорание, самое активное участие принимает атмосферный кислород. Без него нет горения. В космическом пространстве воздуха нет, поэтому для работы ракетных двигателей необходимо иметь топливо, содержащее два компонента - горючее и окислитель.

В жидкостных термохимических ракетных двигателях в качестве горючего используется спирт, керосин, бензин, анилин, гидразин, димстилгидразин, жидкий водород, а в качестве окислителя - жидкий кислород, пероксид водорода, азотная кислота, жидкий фтор. Горючее и окислитель для ЖРД хранятся раздельно, в специальных баках и под давлением или с помощью насосов подаются в камеру сгорания, где при их соединении развивается температура 3000 - 4500 °С.

Продукты сгорания, расширяясь, приобретают скорость 2500-4500 м/с, создавая реактивную тягу. Чем больше масса и скорость истечения газов, тем больше сила тяги двигателя. Насосы подают топливо к головке двигателя, в которой смонтировано большое число форсунок. Через одни из них в камеру впрыскивается окислитель, через другие - горючее. В любой машине при сгорании топлива образуются большие тепловые потоки, нагревающие стенки двигателя. Если не охлаждать стенки камеры, то она быстро прогорит, из какого материала ни была бы сделана. ЖРД, как правило, охлаждают одним из компонентов топлива. Для этого камеру делают двухстеночной. В зазоре между стенками протекает компонент топлива.

Большой удельный импульс тяги создает двигатель, работающий на жидком кислороде и жидком водороде. В реактивной струе этого двигателя газы мчатся со скоростью немногим больше 4 км/с. Температура струи около 3000°С, и состоит она из перегретого водяного пара, который образуется при сгорании водорода в кислороде. Основные данные типичных топлив для ЖРД приведены в таблице.

Испытан рекордный ионный двигатель

Европейское космическое агентство и Австралийский национальный университет успешно провели испытания нового поколения космических ионных двигателей, достигнув рекордных показателей. Двигатели, в которых заряженные частицы ускоряются в электрическом поле — давно известны. Они применяются для ориентации, коррекции орбиты на некоторых спутниках и межпланетных аппаратах, а в ряде космических проектов — даже в качестве маршевых.

С ними специалисты связывают дальнейшее освоение Солнечной системы. И хотя все разновидности так называемых электроракетных двигателей сильно уступают химическим в максимальной тяге , зато кардинально превосходят их в экономичности . А эта экономичность прямо пропорционально зависит от скорости выбрасываемой реактивной струи.

Так вот, в опытном двигателе, названном «Двухступенчатый с четырьмя решётками» , построенном по контракту ESA в Австралии, скорость эта достигла рекордных 210 километров в секунду.

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

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

Данный образец DS4G ещё не готов лететь в космос, но двигатели, созданные на его основе, позволят в будущем автоматическим аппаратам летать по всей Солнечной системе, используя необычайно малый запас топлива, что позволило авторам этого устройства обозвать его даже «ультраионным двигателем».

Вы просматриваете мобильную версию сайта.

Ионный двигатель NASA Evolutionary Xenon Thruster установил новый мировой рекорд, проработав непрерывно в течение 43 тысяч часов во время испытаний, проводимых в Лаборатории электрических двигательных установок Исследовательского центра НАСА имени Гленна. Этот семикиловаттный двигатель предназначен для того, чтобы приводить в движение будущие космические аппараты, предназначенные для миссий в дальнем космическом пространстве и в миссиях, где использование двигателей на химической реактивной тяге неприемлемо по многим причинам.

Развитие технологии ионных двигателей проделало большой путь, начиная с 1960-х годов, с момента, когда был создан первый такой двигатель. Вместо энергии горящего топлива, ионный двигатель использует электрическую энергию, получаемую от солнечных батарей или от ядерного источника. Электрическая энергия используется для ионизации газа, в большинстве случаев, ксенона, который является рабочим телом, топливом ионного двигателя. Ионы газа, имеющие электрический заряд, ускоряются и приобретают кинетическую энергию за счет электрического потенциала, приложенного к разгонному электроду. После этого поток высокоэнергетических ионов выпускается за пределы двигателя в открытое пространство, что создает тягу двигателя.

Схема ионного двигателя весьма проста и его конструкция проста в реализации, но количество тяги, вырабатываемой таким двигателем просто мизерно, двигатель вырабатывает тягу, эквивалентную силе давления лежащей монеты на поверхность стола. Но где ионный двигатель дает сто очков вперед обычному реактивному двигателю, так это в эффективности. Эффективность использования топлива ионным двигателем в 10-12 раз выше, чем у реактивного. Помимо этого, ионный двигатель может работать непрерывно в течение очень долгого времени, а время работы обычных двигателей исчисляется десятками секунд и минутами. Таким образом, ионный двигатель со своей крошечной тягой может в течение долгого времени разогнать любой космический корабль до скоростей, приемлемых для выполнения миссий в дальнем космосе.

Двигатель NEXT является двигателем следующего поколения НАСА. Его выходная мощность, равная семи киловаттам в два раза превышает мощность двигателя, установленного на космическом аппарате Dawn. благодаря которому этот космический аппарат стал самым быстрым космическим аппаратом в мире. Конструкция двигателя NEXT более проста, а сам двигатель очень легок, эффективен, обладает огромным ресурсом и запасом надежности.

Рекорд времени непрерывной работы двигателя NEXT составляет 43 тысячи часов, что эквивалентно почти пяти годам работы. За это все время двигатель потратил всего 770 кг топлива, ксенона. Работая в космосе, двигатель NEXT на 43 тысячи часов смог бы обеспечить 30 миллионов ньютон-секунд импульса, что может заставить космический корабль достаточно приличных размеров полететь с весьма высокой скоростью и очень далеко в космос.

Российскими учеными создан двигатель для космического корабля нового поколения

Начальник отдела электрофизики Исследовательского центра имени м. В. Келдыша, профессор Олег Горшков обнародовал некоторые результаты большой исследовательской работы по созданию будущих космических кораблей. По мнению ученого, применение мощных плазменных двигателей в составе ядерной энергетической двигательной установки позволит создать космический корабль нового поколения.

— В ионном двигателе поступающее в него рабочее тело сначала ионизируется, затем положительно заряженные частицы ускоряются в электростатическом поле до заданной скорости и создают тягу, покидая двигатель, — завил Горшков. — Использовать ЯЭДУ с ионными двигателями можно на межорбитальном многоразовом буксире. К примеру, возить грузы между низкими и высокими орбитами, осуществлять полеты к астероидам. Можно создать многоразовый лунный буксир или отправить экспедицию на марс.

О применении ядерной энергии в космосе говорили еще в 60-е годы. Сегодня ученые космических держав вновь возвращаются к этой тематике. И одним из возможных кандидатов из числа плазменных двигателей, пригодных для использования в составе ЯЭДУ, является ионный двигатель, опытный образец которого уже создан в Центре им. Келдыша. Заданный ресурс ионного двигателя — 50 тысяч часов, что составляет более пяти лет непрерывной работы.

Плазменные двигатели нового поколения успешно начали штатную работу в космосе

galspace.spb.ruВ октябре успешно начали штатную работу на орбите в составе космического аппарата разработки ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва" блоки коррекции на основе плазменных двигателей холловского типа нового поколения, которые были разработаны, испытаны и изготовлены специалистами ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша».

Созданием плазменных двигателей руководил профессор Олег Анатольевич Горшков во время его работы в ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша», являясь руководителем подразделения-разработчика и главным конструктором изделия .

Поздравляем коллектив разработчиков с успешным завершением многолетней ОКР —началом работы новых плазменных двигателей в космосе. Желаем дальнейших успехов в создании перспективных образцов космической техники.Плазменные двигатели холловского типа относятся к классу электромагнитных двигателей с внешним магнитным полем, в которых замкнутый дрейф электронов играет ключевую роль. В основе действия холловского двигателя лежит создание сильного электрического поля в плазме. Впервые идея о формировании заметного перепада потенциала в плазме была высказана советским физиком А.В. Жариновым в ходе исследований распределения потенциала по радиусу в цилиндрической магнитной ловушке с магнитными «пробками» при магнетронном способе создания плазмы, содержащей быстрые ионы. Позднее на базе этой идеи были разработаны две схемы холловских двигателей — двигатель с анодным слоем и стационарный плазменный двигатель .

Принято считать, что размер зоны ускорения в осевом направлении в стационарном плазменном двигателе больше, чем в двигателе с анодным слоем. Тем не менее, эти двигатели близки по принципу действия и достигаемым параметрам. С более подробным описанием результатов современных исследований проблем создания холловских двигателей можно ознакомиться в монографии «Холловские и ионные плазменные двигатели для космических аппаратов» .

Россия занимала и занимает лидирующие позиции в области разработки холловских двигателей. В нашей стране накоплен уникальный опыт их практического применения. Основная область использования таких двигателей — поддержание орбиты геостационарных спутников связи в направлениях «север-юг» и «запад-восток».

С 2004 года российские холловские двигатели начали применяться на борту зарубежных космических аппаратов ведущих фирм США и Европы. В настоящее время 3 из 5 мировых лидеров по производству спутников , Thales Alenia Space и Space Systems/Loral ) используют холловские двигатели, сделанные в России.Таким образом, плазменные двигатели холловского типа — пример советской/российской технологии мирового уровня, активно использующейся не только в России, но и за рубежом.

Российская космическая промышленность ведет интенсивные работы по созданию новых космических двигателей для перспективных средств выведения на орбиту, заявил во вторник глава «Роскосмоса» Игорь Комаров.

Он отметил, что Россия также планирует разработать новое поколение двигателей РД-180, несмотря на то, что они отличаются уникальной надежностью и соотношением цена-качество. По мнению Комарова, РД-180 еще несколько лет будут пользоваться большим спросом на мировом рынке и оставаться конкурентоспособными.

Ионный двигатель нового поколения устанавливает мировой рекорд

Ионный двигатель нового поколения NASA Evolutionary Xenon Thruster сокращено NEXT поставил мировой рекорд - непрерывно работав на протяжении 43 тысяч часов в течении испытания. Испытания проводились в лаборатории электрических двигательных установок имени Гленна Исследовательского центра НАСА. Главное предназначения данного двигателя мощностью семь киловатт - заключается в обеспечении быстрого перемещения будущих космических кораблей, для преодоления длинных космических расстояний, а так же для целей в которых применение двигателей на химической реактивной тяге неприемлемо или не целесообразно.

Технологическое развитие ионных двигателей проделало уже достаточно длинный путь, оно берет свое начало 60 годах ХХ века, собственно с момента создания первого подобного двигателя. Энергия горящего топлива в ионном двигателе заменяется электроэнергией, обычно получаемой в таких случаях либо то солнечных батарей или источника ядерной энергии. Главная задача электроэнергии в данном двигателе заключается ионизации газа, в качестве которого как правило используется газ ксенон. Этот газ по сути и является основным топливом двигателя. Ионы газа, под воздействием электрического заряда - ускоряется и создает кинетическую энергию за счет электрического потенциала, приложенного к разгонному электроду. Затем высокоэнергетические ионы потоком выпускаются из двигателя в открытое пространство, что в конечном итоге создает тягу двигателя.

Схема строения ионного двигателя относительно проста, плюс он не сложен в изготовлении, но мощность тяги данного двигателя очень незначительна, двигатель производит тягу равную силе давления лежащей монеты на поверхность. Но с другой стороны ионный двигатель на много эффективнее обычного реактивного двигателя с точки зрения использования топлива, в данном аспекте его эффективность 10-12 раз выше чем у реактивного двигателя. Так же, если обычный двигатель непрерывно работает в течении десятков секунд или минут, то ионный двигатель может работать непрерывно в течении очень длительного периода времени. В итоге, несмотря на свою мизерную тягу, ионный двигатель в течении долгого периода времени может разогнать любой космический корабль до скорости, необходимой для выполнения задач в дальнем космосе.

Двигатель NEXT - это двигатель нового поколения двигателей НАСА. Входная мощность данного двигателя равна семи киловаттам, что в два раза превышает мощность двигателя, который был установлен на космическом аппарате Dawn - за счет чего этот космический аппарат был признан самым быстрым космическим аппаратом в мире. По мимо мощности конструкция ионного двигателя NEXT более проста в изготовлении, а двигатель получился очень легки с очень большим ресурсом и запасом надежности.

Рекордные 43 тысячи часов работы двигателя NEXT, это время эквивалентно почти пяти годам работы. За это время двигателем было израсходовано 770 кг. топлива - ксенона. При эквивалентном времени работы в космосе, двигатель смог бы произвести импульс в размере 30 миллионов ньютон-секунд, что могло бы дать возможность достаточно приличному космическому кораблю полететь на очень далекие расстояния с весьма высокой скоростью.

Источники: galspace.spb.ru, www.membrana.ru, www.dailytechinfo.org, oko-planet.su, sdelanounas.ru, rusfact.ru, consolp.com

Это интересно

Ленин кто он

Ни какой другой видный политический деятель не оставил в истории столь глубокого следа на нее страницах как Ленин. ...

Древнегреческий театр - история

Основное представление о мире у греков сводилось к тому, что мир — это театральная сцена, а люди ...

Какие знания дает болезнь

Болеть всегда неприятно и мучительно. Но как бы человек ни старался оградить себя, это не всегда спасает. ...

Как достичь успеха в бизнесе

Каждый человек стремится стать успешным, но очень часто теряется суть поиска. Как же добиться успеха в бизнесе. ...

Европейская лунная база

Показательно, что почти после четырех десятилетий забвения у ведущих космических держав вернулся интерес к нашему естественному ...

Анатомия человека будущего – мрачный прогноз футурологов

Среди многочисленных футурологических прогнозов особое место занимает анатомия человека будущого. Предсказания на данную тему появились достаточно давно – достаточно ...

Роспись стен с помощью трафарета

Главным составляющим в доме являются стены и в ваших интересах сделать их красивыми, оригинальными. Особую индивидуальность им ...

  • Осирис - бог Египта

    КРОНОС - в древнегреческой мифологии великий бог Времени, один из титанов, сын Урана и Геи. Мать уговорила Кроноса оскопить отца с тем, чтобы прекратить его бесконечную...

  • Красс и Спартак

    Аполлоний Родосский в Аргонавтике рассказывает о прибытии аргонавтов во главе с Ясоном в сад Гесперид, который только что покинул Геракл. убивший стража яблок...

objective-news.ru

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ  ДВИГАТЕЛИ КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ. Путешествия в космос

Всю жизнь искал К. Э. Циолковский наиболее энергоемкие топлива для космического корабля, которые бы, занимая мало места, содержали большое количество энергии. Лучшими из известных ему топлив были водород в качестве горючего и кислород в качестве окислителя. Именно на этом топливе и испытывались самые первые образцы жидкостных ракет.

Последователь К. Э. Циолковского Ю. В. Кондратюк предложил заменить обычный кислород трехатомным — так называемым озоном. По сравнению с кислородом озон может обеспечить большую энергоемкость. Кондратюк же предложил добавлять к жидким горючим твердые, сжигать в камере реактивного двигателя металлы. Но все эти горючие не обеспечивали окончательного решения задачи.

Теперь топливо, которое сможет обеспечить взлет ракеты с Земли, ее посадку на соседней планете и возвращение на Землю без заправок в пути и не особенно перегружая космический корабль, есть. Это — атомное горючее.

Однако атомное горючее обладает целым рядом специфических особенностей. Применять его для ракетного двигателя не так-то просто.

При расщеплении ядра атома урана во все стороны излучаются так называемые гамма-лучи, обладающие большой проникающей способностью, разрушительно действующие на организм человека. Мы еще не знаем никаких средств защиты от этих лучей, кроме как экранироваться от них толстым слоем бетона. Вес такого экрана составляет несколько тонн на квадратный метр его площади. Найти эффективные способы защиты от этих лучей — одна из важнейших нерешенных задач, без которых невозможно рождение атомной ракеты.

Настанет время, и в небо поднимутся сверхскоростные ракетные самолеты, работающие на атомном горючем. Вот одна из возможных схем работы такого двигателя. Воздух поступает в компрессор 1, и в него вводится урановая пыль. Из компрессора эта смесь поступает в реактор 2, состоящий из ряда графитовых сопел. В распыленном уране начинается ядерная реакция, температура смеси резко повышается, и она устремляется в циклон 3, где выделяется направляемая для дальнейшего использования по трубе 4 урановая пыль. А сжатый, нагретый до высокой температуры, воздух проходит газовую турбину 6 и попадает в сопло 5, создавая реактивную тягу.

При расщеплении ядра атома урана осколки его движутся в разные стороны со скоростями в несколько десятков тысяч километров в секунду. Кинетическая энергия этих осколков переходит в тепловую, и металл в реакторе — так называют устройства, в которых искусственно осуществляются реакции распада ядер — нагревается до высокой температуры. Реактор приходится постоянно интенсивно охлаждать. Тепло, уносимое с охлаждающим реактор веществом, и является в настоящее время единственным, которое мы научились полезно использовать. Ни лучистой энергии, выделяющейся при расщеплении атомного ядра, ни кинетической энергии осколков ядра мы непосредственно ни улавливать, ни превращать в другие виды энергии для полезного использования еще не умеем.

Проекты атомных реактивных двигателей, уже опубликованные в печати, исходят из возможности использовать только тепловую энергию распада ядра атома. При этом во всех этих проектах предусматривается необходимость иметь на борту корабля, кроме атомного горючего, большой запас теплоносителя — вещества, которое, будучи нагрето до высокой температуры в атомном реакторе, разгоняется потом в сопле и выбрасывается наружу, как газы горения в жидкостной ракете.

Согласно одному из таких проектов, атомный космический корабль будет иметь в головной части помещение для пассажиров, а вся средняя его часть будет заполнена рабочим веществом — теплоносителем. В качестве этого вещества предполагается использовать водород, обладающий большой теплопроводностью, в связи с чем его, видимо, можно будет легко и быстро нагреть до высокой температуры.

В задней части ракеты находится атомный реактор. Баки с теплоносителями являются заслонкой, защитой от излучаемых им вредоносных гамма-лучей.

Здесь же, рядом с атомным реактором, находится теплообменник, заменяющий камеру сгорания. В нем тепло, вырабатываемое в атомном реакторе, передается водороду, раскаленная струя которого, так же как и в обычном жидкостном реактивном двигателе, выбрасывается в расширяющееся сопло.

Теплообмен между атомным реактором и рабочим телом — водородом — один из наименее разработанных и наиболее сложных элементов этого проекта.

Ведь от реактора водороду надо передать огромные количества тепла, чтобы струю его разогреть за те краткие мгновения, что она проходит теплообменник, до 8000-10 000°. И при этом надо обеспечить интенсивное охлаждение всех элементов двигателя, которые, конечно, не смогут выдерживать такой температуры. А для того, чтобы нагреть до этой температуры водород, надо, повидимому, иметь еще более высокую температуру в самом реакторе. Задача эта, с точки зрения сегодняшней техники, почти неразрешима.

Представляет интерес такая схема теплообменника. Уран, нагретый в реакторе до температуры, при которой он переходит в газообразное состояние (однако, так как он занимает прежний объем, реакции ядерного расщепления в нем не прекращаются ни на минуту), тонкой струйкой впрыскивается в теплообменник, представляющий собой нечто вроде обычной камеры сгорания. В эту же камеру вбрызгивается жидкий водород. Парообразный уран, имеющий чрезвычайно высокую температуру, передает свое тепло водороду и конденсируется в крохотные капельки жидкого металла, которые подхватываются током водорода и уносятся в расширяющееся сопло двигателя.

При движении по соплу все увеличивается скорость водородной струи, которая при этом охлаждается. Но по мере ее охлаждения все больше тепла передает ей уран, который во время этого движения из жидкого превращается в твердый, металлический. Крохотные пылинки этого урана, несколько отставая от потока водорода, продолжают двигаться к выходу из сопла. Но уран слишком дорог, чтобы выбрасывать его в качестве рабочего вещества.

Водородно-урановой струе в сопле придают вихревое движение. Центробежная сила отбрасывает тяжелые пылинки урана к периферии, где их уже не представляет труда собрать и направить обратно в атомный реактор. А струя водорода устремляется дальше, к выходу из сопла…

Американский ученый Е. Штудингер сообщил о другом интересном проекте ракеты, использующей свойства элементарных частиц. В качестве рабочего вещества он предлагает применить цезий или рубидий. Пары этих металлов ионизируются при столкновении с раскаленной платиновой сеткой, разделяются на положительно заряженные ионы и несущие отрицательный заряд электроны. Эти частицы в мощном электромагнитном поле отделяются друг от друга и разгоняются в обычных ускорителях элементарных частиц до чрезвычайно высоких скоростей в десятки и сотни километров в секунду. Оба потока элементарных частиц, доведенных до столь высокой скорости, направляются параллельными путями в реактивное сопло и там они соединяются, образуя струю быстро летящих молекул газа, которая и создает реактивную силу…

Все это только самые первые, ориентировочные, зачастую технически очень трудно выполнимые идеи. По всей вероятности, многие из них будут отброшены в ходе развития техники, многие будут так переработаны, что их и узнать будет невозможно. Разве мог себе представить первобытный человек, впервые открывший способ добывания огня, как его открытие будет использовано в топке парового котла и в цилиндре двигателя внутреннего сгорания? Открыв энергию атома, мы еще и в самой малой мере не можем себе представить всех грядущих применений этой могучей силы, всех последствий, которые она принесет человечеству, и даже конкретно того, как будет работать атомный двигатель.

Может быть, научатся направлять в одну сторону — в сторону сопла все осколки урановых ядер, производя взрыв его ядер слой за слоем, как производим сжигание в ракете обычного пороха. Этот поток обломков атомных ядер, движущихся со скоростью в десятки тысяч километров в секунду, и будет двигать ракету.

Может быть, научатся получать из уранового реактора очень экономично, с большим коэффициентом полезного действия, непосредственно не тепловую, а электр

librolife.ru

Двигатель - космический корабль - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Двигатель - космический корабль

Cтраница 1

Двигатели космического корабля прекращают работу где-то в районе Земли. Какую минимальную скорость должен набрать космический корабль, чтобы покинуть пределы Солнечной системы, имея на выходе скорость 16 км / сек относительно Солнца. Скорость Земли в ее орбитальном движении равна 30 км / сек.  [1]

Двигатели космического корабля прекращают работу где-то в районе Земли.  [2]

В двигателях космического корабля Шаттл сжигается как жидкое, так и твердое топливо.  [3]

В качестве возможного топлива для двигателей космических кораблей рассматриваются также атомарные вещества - атомы азота, кислорода и др. Для их получения в электрическом разряде необходимо затратить много энергии, тем больше, чем прочнее химическая связь, удерживающая атомы в молекуле. Если охладить полученные атомы до очень низкой температуры, всего на 4 выше абсолютного нуля ( - 269), то они с колоссальным запасом энергии могут сохраняться в устойчивом состоянии, а уже при слабом нагреве ( до - 240) в присутствии катализатора энергия будет освобождаться.  [4]

Структура очувствления роботизированного комплекса для сварки двигателя космического корабля Шаттл, разработанная совместно НАСА и компанией Rockwell International, показана на рис. 5.30. Для каждого двигателя ( который состоит из большого числа деталей, выполненных из различных жаропрочных сплавов и имеющих большой разброс по толщине, типам разделки кромок, отражательной способности) нужно сварить до 3 000 швов, многие из которых многопроходные. Эти факторы вместе с повышенными требованиями к качеству изделия не позволяют применять традиционные средства автоматизации сварки, и около 50 % сварочных операций приходится выполнять вручную.  [6]

В будущем, при определенных режимах работы двигателя космического корабля в окрестности какой-либо звезды ( или планеты, или крупного спутника планеты) его тяга может оказаться в течение некоторого времени направленной по прямой, соединяющей корабль с притягивающим центром.  [7]

Советского Союза; открывать большие возможности; жидкое вещество; двигатели космического корабля; космические станции с людьми на борту; космический полет; мировая общественность; успешно протекать; как известно.  [8]

Возможности увеличения силы ограничены - так, давление редко превышает 100 атмосфер, скорость же может в 2 - 3 раза превышать звуковую. Например, скорость поршня в цилиндре не бывает больше 20 м / с, скорость концов лопаток турбин достигает 3000 м / с, с еще большими скоростями летают реактивные аппараты различного назначения. Не удивительно, что мощность, например, двигателей космических кораблей достигает 20 и более млн. лошадиных сил.  [9]

Но антивещество отсутствует в природе по крайней мере в ближайшей к нам области космического пространства. Поэтому аннигиляция не может служить источником энергии в больших масштабах. Использование аннигиляционных источников возможно разве что в отдаленном будущем для двигателей сверхдальних космических кораблей.  [10]

Были проведены также исследования рабочего процесса двигателей малой тяги ( для целей управления), работающих в импульсном режиме. Создается уникальная испытательная станция, позволяющая получить необходимые разряжения с помощью газожидкостного эжектора, процесс управления которым осуществляется с помощью компьютера. Впервые при проведении исследования в реактивной системе управления использовались несамовоспламеняющиеся компоненты ( керосин-кислород), что нашло применение при разработке двигателей космического корабля многоразового использования Буран. Активно ведутся теоретические и экспериментальные исследования по использованию металлов в качестве горючего энергосиловой установки, изучаются твердотопливные заряды с высоким содержанием металла и с чистыми металлами в виде различного рода порошков. При этом выяснилось, что применение металлов особенно целесообразно при использовании в подводных аппаратах забортной воды в качестве окислителя, а также в прямоточных воздушно-реактивных двигателях, где употребляется кислород воздуха.  [11]

Но антивещество отсутствует в природе по крайней мере в ближайшей к нам области космического пространства. Производство антивещества в принципе возможно, но оно будет очень дорогим и потребует затрат энергии, значительно превышающих энергию аннигиляции. Поэтому аннигиляция не может служить источником энергии в больших масштабах. Использование аннигиляционных источников возможно разве что в отдаленном будущем для двигателей сверхдальних космических кораблей.  [12]

Страницы:      1

www.ngpedia.ru

двигатель космического корабля — с русского на английский

См. также в других словарях:

  • Жидкостный ракетный двигатель — (ЖРД)  химический ракетный двигатель, использующий в качестве ракетного топлива жидкости, в том числе сжиженные газы. По количеству используемых компонентов различаются одно , двух и трёхкомпонентные ЖРД. Содержание 1 История …   Википедия

  • Полет корабля НАСА "Аполлон-11" 16-24 июля 1969 года — 16 24 июля 1969 года американский космический корабль Аполлон 11 совершил полёт, в ходе которого жители Земли впервые в истории совершили посадку на поверхность Луны. Старт ракеты носителя Сатурн 5 , которая вывела корабль Аполлон 11 на орбиту,… …   Энциклопедия ньюсмейкеров

  • Ядерный ракетный двигатель — (ЯРД)  разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги. Бывают реактивными (нагрев рабочего тела в ядерном реакторе и вывод газа через сопло) и импульсными (ядерные взрывы… …   Википедия

  • Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства — Координаты …   Википедия

  • RS-24 (ракетный двигатель) — RS 24/SSME (РС 24) Испытания на стенде основного двигателя космического челнока. Тип: ЖРД Топливо: жидк …   Википедия

  • SSME (ракетный двигатель) — RS 24/SSME (РС 24) Испытания на стенде основного двигателя космического челнока. Тип: ЖРД Топливо: жидкий водород Окислитель: жидкий кислород Камер сгорания: 1 …   Википедия

  • Основной двигатель МТКК Спейс шаттл — RS 24/SSME (РС 24) Испытания на стенде основного двигателя космического челнока. Тип: ЖРД Топливо: жидкий водород Окислитель: жидкий кислород Камер сгорания: 1 …   Википедия

  • Полезная нагрузка космического аппарата — или полезный груз космического аппарата  это количество, тип или масса полезного оборудования, ради которого создается или запускается данный космический аппарат. В технической литературе обычно используются сокращения этого термина: «ПГ»… …   Википедия

  • СОЛНЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — (гелиотермический двигатель), устройство, превращающее СОЛНЕЧНУЮ ЭНЕРГИЮ в механическую РАБОТУ. Чаще всего используется для обеспечения РЕАКТИВНОЙ ТЯГИ для космического корабля. Солнечные двигатели, находящиеся сейчас в стадии разработки и… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • Двигательная установка космического аппарата — Маршевый двигатель транспортной системы «Спейс Шаттл» во время огневых испытаний в «Космическом центре и …   Википедия

  • Межзвёздный прямоточный двигатель Бассарда — (поле коллектора показано видимым) Межзвёздный прямоточный двигатель Бассарда …   Википедия

translate.academic.ru

двигатель космического корабля — с английского на русский

См. также в других словарях:

  • Жидкостный ракетный двигатель — (ЖРД)  химический ракетный двигатель, использующий в качестве ракетного топлива жидкости, в том числе сжиженные газы. По количеству используемых компонентов различаются одно , двух и трёхкомпонентные ЖРД. Содержание 1 История …   Википедия

  • Полет корабля НАСА "Аполлон-11" 16-24 июля 1969 года — 16 24 июля 1969 года американский космический корабль Аполлон 11 совершил полёт, в ходе которого жители Земли впервые в истории совершили посадку на поверхность Луны. Старт ракеты носителя Сатурн 5 , которая вывела корабль Аполлон 11 на орбиту,… …   Энциклопедия ньюсмейкеров

  • Ядерный ракетный двигатель — (ЯРД)  разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги. Бывают реактивными (нагрев рабочего тела в ядерном реакторе и вывод газа через сопло) и импульсными (ядерные взрывы… …   Википедия

  • Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства — Координаты …   Википедия

  • RS-24 (ракетный двигатель) — RS 24/SSME (РС 24) Испытания на стенде основного двигателя космического челнока. Тип: ЖРД Топливо: жидк …   Википедия

  • SSME (ракетный двигатель) — RS 24/SSME (РС 24) Испытания на стенде основного двигателя космического челнока. Тип: ЖРД Топливо: жидкий водород Окислитель: жидкий кислород Камер сгорания: 1 …   Википедия

  • Основной двигатель МТКК Спейс шаттл — RS 24/SSME (РС 24) Испытания на стенде основного двигателя космического челнока. Тип: ЖРД Топливо: жидкий водород Окислитель: жидкий кислород Камер сгорания: 1 …   Википедия

  • Полезная нагрузка космического аппарата — или полезный груз космического аппарата  это количество, тип или масса полезного оборудования, ради которого создается или запускается данный космический аппарат. В технической литературе обычно используются сокращения этого термина: «ПГ»… …   Википедия

  • СОЛНЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — (гелиотермический двигатель), устройство, превращающее СОЛНЕЧНУЮ ЭНЕРГИЮ в механическую РАБОТУ. Чаще всего используется для обеспечения РЕАКТИВНОЙ ТЯГИ для космического корабля. Солнечные двигатели, находящиеся сейчас в стадии разработки и… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • Двигательная установка космического аппарата — Маршевый двигатель транспортной системы «Спейс Шаттл» во время огневых испытаний в «Космическом центре и …   Википедия

  • Межзвёздный прямоточный двигатель Бассарда — (поле коллектора показано видимым) Межзвёздный прямоточный двигатель Бассарда …   Википедия

translate.academic.ru