Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Фотонный двигатель

Фотонный двигатель

Фотонный двигатель (квантовый) — гипотетический ракетный двигатель, где источником энергии служит тело, которое излучает свет. Фотон имеет импульс, и, соответственно, при истекании из двигателя, свет создает реактивную тягу. Теоретически фотонный двигатель может развить максимальную тягу из расчёта на затраченную массу космического аппарата, позволяя достигать скоростей, близких к скорости света, однако практическая разработка таких двигателей, судя по всему, дело достаточно отдалённого будущего.

Содержание

  • 1 Аннигиляционный фотонный двигатель
    • 1.1 Технические проблемы
  • 2 Фотонный двигатель на магнитных монополях
  • 3 Упоминания в научной фантастике
  • 4 Фотонный двигатель в реальности
  • 5 См. также
  • 6 Примечания
  • 7 Ссылки

Аннигиляционный фотонный двигатель [ править ]

Чаще всего обсуждаются и упоминаются в научно-фантастической литературе идеи создания такого двигателя с использованием антивещества. Энтузиасты считают, что взаимодействие вещества и антивещества позволяет перевести практически всю вступающую в реакции массу в излучение.

Тем не менее, надо отметить, что распространенная в литературе формулировка «при аннигиляции выделяются гамма-кванты» в принципе физически неверна. Гамма-кванты прямо выделяются только при электрон-позитронной аннигиляции [1] . В случае аннигиляции покоящейся (не релятивистской) пары протон-антипротон происходит сложно-цепочечная реакция: образование (часто) адронного мезоатома с временем жизни порядка 10 −27 секунды, затем распад этого атома (собственно аннигиляция) с образованием пионного комплекса, состоящего из 2-12 (в среднем 5-7) нейтральных (1/3) и заряженных (2/3) пи-мезонов (пионов), затем за время порядка 10 −17 секунды нейтральные пионы распадаются с выделением гамма-квантов с пиком энергии в спектре около 70 МэВ, в то время, как заряженные пионы, имеющие значительно много большее время жизни, до

1,5×10 −4 секунды, удаляются с околосветовыми скоростями из области реакции (в вакууме и разреженной среде — до 20-40 м, в плотном веществе, например, графите — порядка 0,1-0,2 м) и затем распадаются с образованием мюонов, в свою очередь распадающихся (в основном, 99,998 %, канале распада) на нейтрино и электроны.

Таким образом, при аннигиляции антивещества — то есть вещества, состоящего из антипротонов и позитронов, примерно 1/3 энергии выделится в виде жёсткого гамма-излучения с энергией квантов 511 кэВ (от позитронно-электронной аннигиляции) и 70 МэВ от распада нейтральных пионов,

1/3 энергии — в виде заряженных частиц с достаточно большим пробегом, а

1/3 — в виде нейтрино, то есть безвозвратно будет потеряна. И «реальный» ракетный двигатель на антиматерии скорее должен выглядеть, как магнитная ловушка для заряженных частиц, а не как некое «зеркало». Как, например, на кораблях типа «Хиус», описанных в романах А. и Б. Стругацких. [источник не указан 3266 дней] .

При такой невысокой массовой отдаче, порядка 23 % [2] , эксплуатация фотонного двигателя становится менее выгодной. Значительно повысить его эффективность позволяет использование внешних ресурсов. Прямоточный аннигиляционный фотонный двигатель и магнитные ловушки, собирающие рассеянный в межзвездной среде водород и гелий, дают возможность существенно уменьшить запасы рабочего вещества. К сожалению, количество антивещества в межзвездной среде очень мало — порядка одного атома антиводорода или антигелия на 5*10 6 атомов обычного водорода, что делает невозможным использовать этот внешний ресурс. Поэтому проблема получения большой массы антивещества и его хранения на борту остается актуальной и для прямоточного аннигиляционного фотонного двигателя. [3]

Технические проблемы [ править ]

В сегодняшнем состоянии идея фотонного реактивного двигателя невероятно далека от технического воплощения. Она содержит ряд проблем, которые сейчас даже теоретически не могут быть решены. Это:

  1. Проблема получения большого количества антивещества
  2. Проблема его хранения
  3. Проблема полного использования при «сжигании» — чтобы аннигиляция происходила полностью, и в основном с выделением именно фотонов
  4. Проблема создания «зеркала», способного очень хорошо отражать гамма-излучение и другие продукты аннигиляции.

Фотонный двигатель на магнитных монополях [ править ]

Если справедливы некоторые варианты теорий Великого объединения, такие как модель ‘т Хоофта — Полякова, то можно построить фотонный двигатель, не использующий антивещество, так как магнитный монополь гипотетически может катализировать распад протона [4] [5] на позитрон и π 0 -мезон:

π 0 быстро распадается на 2 фотона, а позитрон аннигилирует с электроном, в итоге атом водорода превращается в 4 фотона, и нерешённой остаётся только проблема зеркала.

В то же время в большинстве современных теорий Великого объединения магнитные монополи отсутствуют, что ставит под сомнение эту привлекательную идею.

Упоминания в научной фантастике [ править ]

  • В фильме «Москва — Кассиопея» главные герои отправляются в звездную систему Альфа Кассиопеи на звездолете ЗАРЯ (Звездолет Аннигиляционный Релятивистский Ядерный), очевидно использующий в качестве источника энергии распад протонов, так как иначе звездолет не может быть одновременно аннигиляционным и ядерным.
  • В сериале «Star Trek (Звездный путь)» бортовая энергосистема звездолетов Федерации и многих других звездны и галактических держав использует антивещество в качестве энергоносителя, но главные маршевые двигательные установки звездолетов не фотонные.
  • В романе Ивана Ефремова «Туманность Андромеды» звездолёты землян используют фантастическое вещество анамезон «с разрушенными мезонными связями ядер атомов, обладающее близкой к световой скоростью истечения» [6] .
  • В произведениях Станислава Лема «Непобедимый» и «Фиаско» — космический корабль летает на фотонной тяге.
  • В рассказе Вл. Михайлова «Ручей на Япете» (1971) — космический корабль «Синяя птица» использует фотонную тягу.
  • В произведениях братьев Стругацких (см. Хиус, Страна багровых туч).
  • В произведении Бернара Вербера — «Звездная бабочка»
  • В компьютерной игре «Sins of a Solar Empire» вся техника всех рас использует антивещество.
  • В компьютерной игре «Петька 007: Золото Партии» Петька и Василий Иванович включают фотонные двигатели на корабле, чтобы полететь в космос.
  • В книге «Сомнамбула» (все части) Александра Зорича — крейсер «Справедливый» летает в досветовом режиме на фотонной тяге.
  • В книге «Автостопом по галактике» Адамса Дугласа Ноэля — космический корабль «Золотое сердце», летает на «невероятностной тяге», в том числе и на «обычной фотонной тяге».
  • В песне «Тау Кита» Владимира Высоцкого астронавт путешествует на космическом корабле, имеющем в своей конструкции отражатель и двигающемся «по световому лучу».
  • В серии произведений Андрея Ливадного «Экспансия: История Галактики» неоднократно упоминаются корабли на фотонной тяге, имеющие в конструкции характерную «чашу фотонного отражателя», и считаются устаревшими.

Фотонный двигатель в реальности [ править ]

Согласно одной из гипотез, аномальное ускорение космических аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11» вызвано анизотропией теплового излучения аппаратов. Если это так, то таким образом зафиксирован эффект, аналогичный фотонному двигателю. Аналогично при определении параметров гравитационного поля Земли из траекторий движения геофизических спутников LAGEOS в расчёты входит давление солнечного света (Солнечный парус) и анизотропия теплового излучения спутников.

Читать еще:  Scania двигатель сколько весит

Фотонный двигатель

Фотонный двигатель (квантовый) — гипотетический ракетный двигатель, где источником энергии служит тело, которое излучает свет. Фотон имеет импульс, и, соответственно, при истекании из двигателя, свет создает реактивную тягу. Теоретически фотонный двигатель может развить максимальную тягу из расчёта на затраченную массу космического аппарата, позволяя достигать скоростей, близких к скорости света, однако практическая разработка таких двигателей, судя по всему, дело достаточно отдалённого будущего.

Содержание

  • 1 Аннигиляционный фотонный двигатель
    • 1.1 Технические проблемы
  • 2 Фотонный двигатель на магнитных монополях
  • 3 Упоминания в научной фантастике
  • 4 Фотонный двигатель в реальности
  • 5 См. также
  • 6 Примечания
  • 7 Ссылки

Аннигиляционный фотонный двигатель [ править ]

Чаще всего обсуждаются и упоминаются в научно-фантастической литературе идеи создания такого двигателя с использованием антивещества. Энтузиасты считают, что взаимодействие вещества и антивещества позволяет перевести практически всю вступающую в реакции массу в излучение.

Тем не менее, надо отметить, что распространенная в литературе формулировка «при аннигиляции выделяются гамма-кванты» в принципе физически неверна. Гамма-кванты прямо выделяются только при электрон-позитронной аннигиляции [1] . В случае аннигиляции покоящейся (не релятивистской) пары протон-антипротон происходит сложно-цепочечная реакция: образование (часто) адронного мезоатома с временем жизни порядка 10 −27 секунды, затем распад этого атома (собственно аннигиляция) с образованием пионного комплекса, состоящего из 2-12 (в среднем 5-7) нейтральных (1/3) и заряженных (2/3) пи-мезонов (пионов), затем за время порядка 10 −17 секунды нейтральные пионы распадаются с выделением гамма-квантов с пиком энергии в спектре около 70 МэВ, в то время, как заряженные пионы, имеющие значительно много большее время жизни, до

1,5×10 −4 секунды, удаляются с околосветовыми скоростями из области реакции (в вакууме и разреженной среде — до 20-40 м, в плотном веществе, например, графите — порядка 0,1-0,2 м) и затем распадаются с образованием мюонов, в свою очередь распадающихся (в основном, 99,998 %, канале распада) на нейтрино и электроны.

Таким образом, при аннигиляции антивещества — то есть вещества, состоящего из антипротонов и позитронов, примерно 1/3 энергии выделится в виде жёсткого гамма-излучения с энергией квантов 511 кэВ (от позитронно-электронной аннигиляции) и 70 МэВ от распада нейтральных пионов,

1/3 энергии — в виде заряженных частиц с достаточно большим пробегом, а

1/3 — в виде нейтрино, то есть безвозвратно будет потеряна. И «реальный» ракетный двигатель на антиматерии скорее должен выглядеть, как магнитная ловушка для заряженных частиц, а не как некое «зеркало». Как, например, на кораблях типа «Хиус», описанных в романах А. и Б. Стругацких. [источник не указан 3266 дней] .

При такой невысокой массовой отдаче, порядка 23 % [2] , эксплуатация фотонного двигателя становится менее выгодной. Значительно повысить его эффективность позволяет использование внешних ресурсов. Прямоточный аннигиляционный фотонный двигатель и магнитные ловушки, собирающие рассеянный в межзвездной среде водород и гелий, дают возможность существенно уменьшить запасы рабочего вещества. К сожалению, количество антивещества в межзвездной среде очень мало — порядка одного атома антиводорода или антигелия на 5*10 6 атомов обычного водорода, что делает невозможным использовать этот внешний ресурс. Поэтому проблема получения большой массы антивещества и его хранения на борту остается актуальной и для прямоточного аннигиляционного фотонного двигателя. [3]

Технические проблемы [ править ]

В сегодняшнем состоянии идея фотонного реактивного двигателя невероятно далека от технического воплощения. Она содержит ряд проблем, которые сейчас даже теоретически не могут быть решены. Это:

  1. Проблема получения большого количества антивещества
  2. Проблема его хранения
  3. Проблема полного использования при «сжигании» — чтобы аннигиляция происходила полностью, и в основном с выделением именно фотонов
  4. Проблема создания «зеркала», способного очень хорошо отражать гамма-излучение и другие продукты аннигиляции.

Фотонный двигатель на магнитных монополях [ править ]

Если справедливы некоторые варианты теорий Великого объединения, такие как модель ‘т Хоофта — Полякова, то можно построить фотонный двигатель, не использующий антивещество, так как магнитный монополь гипотетически может катализировать распад протона [4] [5] на позитрон и π 0 -мезон:

π 0 быстро распадается на 2 фотона, а позитрон аннигилирует с электроном, в итоге атом водорода превращается в 4 фотона, и нерешённой остаётся только проблема зеркала.

В то же время в большинстве современных теорий Великого объединения магнитные монополи отсутствуют, что ставит под сомнение эту привлекательную идею.

Упоминания в научной фантастике [ править ]

  • В фильме «Москва — Кассиопея» главные герои отправляются в звездную систему Альфа Кассиопеи на звездолете ЗАРЯ (Звездолет Аннигиляционный Релятивистский Ядерный), очевидно использующий в качестве источника энергии распад протонов, так как иначе звездолет не может быть одновременно аннигиляционным и ядерным.
  • В сериале «Star Trek (Звездный путь)» бортовая энергосистема звездолетов Федерации и многих других звездны и галактических держав использует антивещество в качестве энергоносителя, но главные маршевые двигательные установки звездолетов не фотонные.
  • В романе Ивана Ефремова «Туманность Андромеды» звездолёты землян используют фантастическое вещество анамезон «с разрушенными мезонными связями ядер атомов, обладающее близкой к световой скоростью истечения» [6] .
  • В произведениях Станислава Лема «Непобедимый» и «Фиаско» — космический корабль летает на фотонной тяге.
  • В рассказе Вл. Михайлова «Ручей на Япете» (1971) — космический корабль «Синяя птица» использует фотонную тягу.
  • В произведениях братьев Стругацких (см. Хиус, Страна багровых туч).
  • В произведении Бернара Вербера — «Звездная бабочка»
  • В компьютерной игре «Sins of a Solar Empire» вся техника всех рас использует антивещество.
  • В компьютерной игре «Петька 007: Золото Партии» Петька и Василий Иванович включают фотонные двигатели на корабле, чтобы полететь в космос.
  • В книге «Сомнамбула» (все части) Александра Зорича — крейсер «Справедливый» летает в досветовом режиме на фотонной тяге.
  • В книге «Автостопом по галактике» Адамса Дугласа Ноэля — космический корабль «Золотое сердце», летает на «невероятностной тяге», в том числе и на «обычной фотонной тяге».
  • В песне «Тау Кита» Владимира Высоцкого астронавт путешествует на космическом корабле, имеющем в своей конструкции отражатель и двигающемся «по световому лучу».
  • В серии произведений Андрея Ливадного «Экспансия: История Галактики» неоднократно упоминаются корабли на фотонной тяге, имеющие в конструкции характерную «чашу фотонного отражателя», и считаются устаревшими.
Читать еще:  Что такое чиповка двигателя автомобиля

Фотонный двигатель в реальности [ править ]

Согласно одной из гипотез, аномальное ускорение космических аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11» вызвано анизотропией теплового излучения аппаратов. Если это так, то таким образом зафиксирован эффект, аналогичный фотонному двигателю. Аналогично при определении параметров гравитационного поля Земли из траекторий движения геофизических спутников LAGEOS в расчёты входит давление солнечного света (Солнечный парус) и анизотропия теплового излучения спутников.

Двигатель Леонова – на Марс за двое суток

То состояние мировой ракетно-космической техники, в котором она находится во втором десятилетии XXI века, можно смело назвать тупиковым. Если посмотреть на проекты 60–70х годов прошедшего столетия, то они кажутся куда более амбициозными и значимыми. Фактически продвижения в ракетных двигателях не произошло. Поэтому информация о том, что двигатель Леонова способен произвести настоящую революцию в технике, вызвала широчайший резонанс.

Ученый из Брянска Владимир Семенович Леонов является главным конструктором и научным руководителем ЗАО «НПО Квантон», лауреатом премии Правительства России в области науки и техники, кандидатом технических наук и известен как автор теории Суперобъединения фундаментальных взаимодействий. Он является автором исследований в области антигравитации и холодного ядерного синтеза, а также ряда направлений, находящихся на грани современного знания.

Квантовый двигатель Леонова

Пожалуй, наиболее известной работой ученого является экспериментальный агрегат, называемый квантовым двигателем Леонова. Несмотря на обвинения РАН в бесперспективности подобных исследований, Владимир Семенович продемонстрировал работоспособность прототипов устройства. В основе его разработок лежит созданная им теория Суперобъединения, являющаяся продолжением работ Альберта Энштейна в области Единой теории поля. Согласно одному из положений данной теории, пространство вокруг нас наполнено элементами, которые не учитываются современной наукой, но которые были хорошо известны автору Периодической системы элементов Дмитрию Менделееву. Его оригинальная таблица, которая затем была ловко подменена суррогатом, содержала в себе два элемента, которые в современном варианте таблице просто отсутствуют. В нулевом ряду таблицы стоял элемент под названием Ньютоний, который олицетворял собой эфир. Именно на этот незримый элемент знаменитый Менделеев возлагал большие надежды. Вот что говорил об этом элементе сам автор Периодической системы: «Мне бы хотелось предварительно назвать его «Ньютонием» — в честь бессмертного Ньютона . Задачу тяготения и задачи всей энергетики нельзя представить реально решёнными без реального понимания эфира, как мировой среды, передающей энергию на расстояния[i]».

Именно к этому элементу, очевидно и обратился автор квантового двигателя. Он называет его квантоном, утверждая, что именно на взаимодействии с данными элементами основан принцип действия силовой установки нового типа. Таким образом, ничего ненаучного в изобретении нет. Автор лишь нашел в себе смелость вернуться к тому моменту, когда науку сознательно направили по ложному пути, дав ей на закуску эволюцию Дарвина и неработоспособные физические теории.

Антигравитационный двигатель Леонова

Говоря о квантовом двигателе, Владимир Леонов имеет в виду не классическую схему фотонного двигателя, где тяга создается путем аннигиляции вещества и антивещества. Ученый, работая над новой физикой, создает устройства, работающие на основе упругости пространства и энергии гравитационных волн. К сожалению, армия ученых старается не касаться подобных тем, и продолжает совершенствовать то, что уже безнадежно устарело. Чтобы пояснить необходимость перехода на новые принципы движения в космонавтике, достаточно сказать, что удельный импульс современных ракет носителей всего в два раза превышает этот показатель у ракеты Вернера фон Брауна. То есть достигнут физический предел жидкостных ракетных двигателей. Ядерные двигатели опасны, а электрические имеют малую тягу и не годятся для старта с Земли. Именно поэтому антигравитационный двигатель Леонова имеет столь большое значение. В случае успешной реализации проекта технику и технологии ждут невероятные преобразования, которые пока даже представить невозможно. Достаточно сказать, что с квантовым двигателем, космический корабль достигнет Луны за три с половиной часа, а Марс всего за двое суток…

Явления, которые наблюдаются в квантовом двигателе Леонова, официальная наука объяснить не может, ведь об эфире пока вслух говорить не принято. В 2009 году на основе ученым впервые был построен аппарат, который перемещался горизонтально. Никакого привода на его колеса не было, однако благодаря периодическим импульсам силой 50 кг, аппарат совершал перемещение. К автору отнеслись скептически, заявляя, что в вакууме подобный двигатель работать не будет. Исследователь усовершенствовал квантовый двигатель, и уже спустя пять лет было готово устройство, способное перемещаться вверх по направляющим.

При массе устройства 54 кг, импульс составлял 500-700 кгс, а ускорение составляло 10g. Двигатель нуждается только в электроэнергии и не требует никакого рабочего тела. В проведенном опыте потребляемая мощность установки составила всего 1кВт, что позволяет говорить о феноменальных характеристиках. Ведь современный жидкостный ракетный двигатель на каждый потребляемый кВт энергии генерирует тягу всего 0,1 кгс. Если антигравитационный двигатель Леонова будет реализован, то космические аппараты, полезная нагрузка которых при старте с Земли достигнет 90%, станут реальностью.

В качестве энергетической установки для квантового двигателя автор предлагает использовать реактор Андреа Росси или иные подобные устройства. Несмотря на кажущуюся фантастичность идеи, нужно иметь в виду, что с установками подобного типа, в экспериментируют в Китае и США. Однако созданный зарубежными учеными двигатель EmDrive, обладает куда более скромными характеристиками уступая квантовому двигателю Леонова на порядки.

[i] Д.Менделеев, «Попытка химического понимания мирового эфира». 1905 г., стр. 27

ЯДЕРНЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Научно-исследовательские работы в области космических ракетных двигателей (в последующие годы) будут ориентированы в основном на создание ядерного ракетного двигателя (ЯРД), использующего энергию реакции деления. Будут созданы и найдут широкое применение в освоении космоса ЯРД с твердофазной активной зоной, имеющие удельную тягу

1000 сек. Опыт осуществления таких программ и разработки химических ракетных двигателей, работающих при высоких давлениях в камере сгорания, будет служить основой для создания ЯРД с газофазной активной зоной, обладающих удельной тягой 2000—5000 сек при работе в космических условиях.

Возможны два взаимосвязанных типа ЯРД с газофазной активной зоной. В проекте двигателя с удержанием ядерного горючего предполагается применение вихревой закрутки или коаксиальных потоков для разделения газообразного ядерного горючего и рабочего тела во избежание смешения двух газов. В более перспективном проекте ЯРД с прозрачной ампулой также используются газодинамические силы для отделения газообразного ядерного горючего от стенок реактора, но в этом случае обеспечивается абсолютное разделение ядерного горючего и рабочего тела с помощью прозрачной ампулы. Первый проект более прост, однако он не найдет широкого применения ввиду опасности радиоактивного загрязнения атмосферы. С другой стороны, реализация второго проекта потребует дополнительных исследовательских работ в области прозрачных материалов, однако такой ЯРД будет пригоден как для полетов в космосе, так и в земной атмосфере. Электростатические (ионные) ракетные двигатели с ядерным реактором в качестве источника энергии достигнут высокой степени совершенства, что позволит широко использовать эти двигатели при освоении дальнего космоса. Что касается импульсных ядерных двигателей (двигатели, в которых используется энергия взрыва ядерных устройств), то хотя с технической точки зрения они могут быть созданы раньше газофазных и иметь более высокую удельную тягу, их разработка вряд ли получит поддержку ввиду возможной опасности загрязнения продуктами распада атмосферы и экзосферы. Когда эта проблема будет решена, газофазный двигатель станет столь совершенным, что отпадет потребность в какой-либо другой системе.

Читать еще:  Электрический двигатель температура при работе

ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ Программы близкого будущего будут включать разработку термоядерных ракетных двигателей с газофазной активной зоной (прямого и непрямого действия), но в ограниченных масштабах. Такие системы, как средства космического транспорта, не обладают большими преимуществами по сравнению с ЯРД с газофазной активной зоной. Тем не менее в соответствии с требованиями научного исследования дальнего космоса будут оправданы дальнейшие разработки в этом направлении, особенно ионных ракетных двигателей с использованием энергии термоядерной реакции, в которых новые сверхпроводящие магнетики будут преобразовывать энергию магнитогидродинамическим способом при удельном весе конструкции, приближающемся к 0,45 кг/квт.

ФОТОННЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ Разработка фотонных ракетных двигателей для межзвездных полетов станет очередной задачей научных исследований. Первые подобные фотонные ракетные системы с газовым лазером и ядерным реактором дело очень близкого будущего. В окончательном виде фотонный ракетный двигатель будет реализован лишь после того, как будет создан мощный источник энергии с использованием аннигиляции материи.

Космические транспортные системы

Создание одноступенчатого космического корабля с газофазным ЯРД для полетов в глубины космоса ознаменует рождение космических транспортных систем.

Рис 1. ЯРД с прозрачной ампулой. 1 — бак; 2 — насос; 3 — турбина; 4 — полость реактора; 5 — замедлитель-отражатель.

Такой космический корабль будет полностью приспособлен для выполнения коммерческих операций в будущем и станет транспортным средством для состоятельных туристов, умеренно финансируемых научных работников и исследователей, а также будет выполнять текущие задачи при выполнении важных национальных программ, включающие создание космических станций и околопланетных форпостов. Космические двигательные системы будут обладать такой же надежностью, как и современные реактивные двигатели в авиатранспорте.

Вследствие преимуществ одноступенчатого космического корабля, стартующего с Земли, наиболее перспективным вариантом ЯРД с газофазной активной зоной является двигатель с прозрачной ампулой. Как показано на рис 1, основной двигатель имеет несколько параллельных газофазных ядерных реакторов-полостей, заключенных в оболочку, работающую под высоким давлением. Жидкий водород нагнетается через замедлитель-отражатель и сопло, обеспечивая регенеративное охлаждение, и нагревается в полостях до очень высокой температуры за счет теплообмена излучением. После этого горячий водород расширяется в сопле и, истекая, создает тягу. Мощный насос, подающий под давлением жидкий водород, приводится в действие турбиной, работающей на водороде, который поступает из системы реферативного охлаждения двигателя.

Рис 2. Геометрия единичной полости ЯРД с прозрачной ампулой.

1 — охладитель (гелий или неон); 2 — рабочее тело — водород Т = 4400 — 22 000° К; 1уд = 1100 —5000 сек; 3 — прозрачная стенка; 4 — газообразное ядерное горючее, Т = 5500-27 500° К.

На рис 2 схематически показана единичная полость ЯРД с прозрачной ампулой, в которой за счет вихревого движения потока образуется стабильное ядро из делящегося вещества. Вихревой поток создается тангенциальным впрыском оптически прозрачного охладителя, как указано на схеме. Реакция деления газообразного ядерного горючего повышает его температуру до нескольких тысяч градусов; температура на внешней границе зоны удержания горючего достигает 5500— 27 500° К. Энергия из этой зоны передается главным образом тепловым излучением, которое проходит через прозрачную стенку, и поглощается газообразным рабочим телом — водородом, поглощательную способность которого увеличивают путем ввода небольшого количества вещества-присадки. Благодаря поглощению энергии теплового излучения средняя температура рабочего тела повышается до величины, составляющей

80% от температуры на внешней границе зоны удержания горючего (4400—22 000° К). При расширении водорода с такой температурой в сопле удельная тяга составляет от 1100 до 5000 сек.

Двухслойная прозрачная стенка поглощает менее 1% энергии излучения, испускаемой ядерным горючим, которая затем уносится охладителем ампулы (например, гелием). Охлаждающий газ после ввода в полость служит буферной зоной для поглощения осколков деления, а также обеспечивает вращение ядра, образованного горючим. Для предотвращения конденсации горючего на стенке и для уменьшения ее нагрева за счет теплопроводности, конвекции и осколками деления необходимо отделить газообразное ядерное горючее от прозрачной стенки. Часть ядерного горючего и продуктов деления захватывается буферным газом, а затем отделяется от охлаждающего газа в регенеративно охлаждаемой системе рециркуляции, что позволяет осуществлять повторный впрыск горючего и охладителя в полость.

Согласно аналитическим оценкам, первый ЯРД с прозрачной ампулой будет иметь регенеративное охлаждение. Его удельная тяга будет равна 1500—2000 сек. Дальнейшее повышение удельной тяги двигателя будет связано с применением высокотемпературных космических излучателей для отвода энергии нейтронного и гамма-излучения, накопленной в стенках замедлителя. Такой вариант двигателя будет иметь удельную тягу в вакууме до 5000 сек при приемлемых значениях отношений тяги к весу двигателя.

Ввиду того что ЯРД с прозрачной ампулой обеспечивает надежное удержание ядерного горючего и продуктов деления при отношении тяги к весу, существенно большем единицы, его можно будет применять для выполнения задач вывода на орбиту одноступенчатого космического корабля, стартующего с Земли и ускоряющегося в пределах земной атмосферы.

Курт В.А. (Wesley A. Kuhrt), США

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector