Sw-motors.ru

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

Маску и не снилось: Двигатели, которые позволят покорить Галактику

Маску и не снилось: Двигатели, которые позволят покорить Галактику

Даже если отбросить романтическо-утопические идеалы 60-х, предполагающие покорение человеком Млечного пути, то всё равно заметны «проседания» темпов современного прогресса на фоне ракетно-космической индустрии прошлого столетия. Основная его причина проста: и Советский Союз, и Соединенные Штаты хотели доказать друг другу, а также и сами себе, что они лучше, чем есть. За эту гонку заплатили сотнями миллиардов долларов (по современному курсу). Человечество получило выдающиеся для своего времени технологии, которые даже сейчас, спустя более чем полвека после их разработки, позволяют уверенно себя чувствовать в рамках стоящих перед нами практических задач. Один пример: для российских ракет «Союз» используют маршевый ракетный двигатель РД-107, разработанный в 50-е (сама ракета, если быть откровенными, тоже является версией баллистической Р-7, созданной тогда же).

Американцы активно работают над метановыми двигателями, имеющими ряд эксплуатационных характеристик, но, но сути, обладающие теми же ограничениями, что и старые разработки, использующие топливную схему керосин/жидкий кислород. Грубо говоря, химические ракетные двигатели во многих отношениях достигли вершины эволюции, а чисто концептуально — тупика. Дабы получить более высокое ускорение, нужно либо увеличить скорость истечения реактивного потока, которая ограничена энергией реакции окисления, либо увеличить массу сжигаемого топлива, что, опять же, приведет к увеличению массы всего комплекса. Подобного рода противоречий полным-полно. К счастью, выводу на орбиту коммерческих спутников связи это почти не мешает. А вот колонизация далеких планет — другой вопрос.

Ядерный ракетный двигатель

Продвигающий новый метановый двигатель Raptor Илон Маск предлагает в будущем создать множество космических заправочных станций для кораблей BFR. Однако ранее ученые представили и другие интересные варианты. В числе самых реалистичных идей — ядерный ракетный двигатель. Плюсы очевидны. Такой двигатель может дать требуемые для дальних полетов характеристики, а нужное для него топливо будет измеряться не десятками и сотнями тонн, как сейчас, а десятками и сотнями килограммов.

Энергия, которая будет выделяться при радиоактивном распаде тяжелых ядер, будет нагревать рабочее тело — дальше в дело вступает знакомая схема реактивного движения. В целом, из всех перспективных ракетных двигателей, не использующих «химию», ядерные/термоядерные двигатели являются самым продуманным и реалистичным вариантом. По оценкам ученых они позволят добраться до Плутона за два месяца и вернуться обратно за четыре: при этом придется затратить 75 тонн топлива. Достичь Альфы Центавра можно будет в теории за двенадцать лет. В качестве основного недостатка ядерного двигателя называют высокую радиационную опасность. Нужно сказать, что современная забота об экологии явно не прибавляет шансы на их скорое появление.

Ионный двигатель

Ионным двигателем называют тип электрического ракетного двигателя, принцип работы которого основывается на создании реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле. Назвать ионный двигатель «перспективным» было бы не очень правильно. Уже сейчас ему принадлежит рекорд негравитационного ускорения космического аппарата в космосе. В свое время экспериментальная станция Deep Space 1 увеличила скорость (масса аппарата составляла 370 кг) на 4,3 км/с, израсходовав 74 кг ксенона. Данный рекорд побил Dawn в 2010 году, при этом осенью 2016-го года удалось набрать скорость в 11,1 км/с. Сейчас, кстати, компанию аппарату Dawn составляет ионный Artemis, а потом к ним присоединится LISA.

Будущее у концепции определенно есть. Недостатки ионных ракетных двигателей тоже хорошо известны. Главный из них — чрезвычайно слабая тяга, достигающая в лучшем случае 100 миллиньютонов. При текущем уровне развития технологий произвести старт с Земли, используя такой двигатель, невозможно. Зато, по оценкам, в космосе, при условии, что ионный двигатель будет работать долго, космический корабль можно будет разогнать до очень приличных скоростей. Как минимум, такое устройство можно будет применять для корректировки курса.

Антиматерия

Куда более революционным видится перспективный двигатель, использующий антивещество. Как известно, при встрече античастиц и частиц обычной материи происходит аннигиляция с высвобождением колоссальной энергии. Один килограмм антивещества и один килограмм вещества могут выделить энергии на 43 мегатонны в тротиловом эквиваленте, что сравнимо со взрывом термоядерной советской «Царь-бомбы». Говорят, что полет к Марсу с таким двигателем занял бы в районе месяца. А там и до ближайших звезд, возможно, дело бы дошло.

Есть, увы, одно «но». Антивещество является самой дорогой субстанцией на планете — по оценкам NASA за 2006 год, производство миллиграмма позитронов (античастица электрона) стоило примерно 25 миллионов американских долларов. С учетом современного тренда на удешевление ракетных запусков концепция выглядит утопично. К счастью, наука на месте не стоит. Возможно, в будущем, появятся шансы реализовать такой двигатель на практике.

Самый же странный и фантастичный гость нашего списка — теперь уже широко известный EmDrive. Если кто забыл, напомним: он является экспериментальной установкой, поставивший многих ученых мира в тупик. Согласно точки зрения создателей, двигатель создает тягу, хотя не должен этого делать, по законам физики. Устройство состоит из магнетрона и резонатора. Магнетрон генерирует микроволны, энергия их колебаний накапливается в резонаторе высокой добротности, и, по заявлениям авторов, стоячая волна электромагнитных колебаний в замкнутом резонаторе служит источником тяги. Проблема в том, что отсутствие расходуемого рабочего тела у этого двигателя, по-видимому, идет в разрез с законом сохранения импульса.

В целом, достигаемый эффект незначителен и многие ученые связывают его с допущенными при исследованиях погрешностями или же откровенно грубыми ошибками в расчетах. Одно из последних исследований, проведенных немцами, гласит, что появляющаяся внутри двигателя EmDrive тяга является следствием взаимодействия между магнитным полем кабелей, усилителем и магнитными полями планеты. Туманное, но все же объяснение.

Ионный двигатель


Ионный двигатель NSTAR американской АМС Deep Space 1
Тип:электрический ракетный двигатель
Топливо:ионизированный инертный газ
Страна:
Использование:
Время эксплуатации:более 3 лет [1]
Применение:управление ориентацией и положением на орбите искусственных спутников Земли; главный тяговый двигатель небольших автоматических космических станций [1]
Массогабаритные
характеристики
Рабочие характеристики
Тяга:20—250 мН [1]
Потребляемая мощность:1—7 кВт
КПД:60—80 %
Скорость истечения:20—50 км/с

Ионный двигатель — тип электрического ракетного двигателя, принцип работы которого основан на создании реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле [1] . Технические характеристики ионного двигателя: потребляемая мощность 1—7 кВт, скорость истечения ионов 20—50 км/с, тяга 20—250 мН, КПД 60—80 %, время непрерывной работы более трёх лет [1] . Рабочим телом, как правило, является ионизированный инертный газ (аргон, ксенон и т. п.), но иногда и ртуть. Достоинством этого типа двигателей является малый расход топлива и продолжительное время функционирования (максимальный срок непрерывной работы самых современных образцов ионных двигателей составляет более трёх лет) [1] . Недостатком ионного двигателя является ничтожная по сравнению с химическими двигателями тяга [1] . По сравнению с двигателями с ускорением в магнитном слое ионный двигатель обладает большим энергопотреблением при равном уровне тяги. Ионные двигатели используют повышенные напряжения, обладают более сложной схемой и конструкцией, что усложняет решение задачи обеспечения высокой надёжности и электрической прочности двигателя. [2]

Читать еще:  Что такое горшок в двигателе

Сфера применения: управление ориентацией и положением на орбите искусственных спутников Земли (некоторые спутники оснащены десятками маломощных ионных двигателей) и использование в качестве главного тягового двигателя небольших автоматических космических станций [1] .

Ионному двигателю в настоящее время принадлежит рекорд негравитационного ускорения космического аппарата в космосе — Deep Space 1 смог увеличить скорость аппарата массой около 370 кг на 4,3 км/с, израсходовав 74 кг ксенона [1] .

Содержание

  • 1 История
  • 2 Принцип действия
  • 3 Миссии
    • 3.1 Действующие миссии
    • 3.2 Планируемые миссии
    • 3.3 Нереализованные миссии
    • 3.4 Проект будущего
  • 4 См. также
  • 5 Примечания
  • 6 Литература
  • 7 Ссылки

История [ править ]

Ионный двигатель широко представлен в фантастической литературе, компьютерных играх и кинематографе (так в звёздных войнах экономичный ионный двигатель развивает скорость до трети световой и используется для перемещения в обычном пространстве на небольшие по космическим меркам расстояния — например в пределах планетарной системы [3] ), но для практической космонавтики стал доступен только во второй половине XX века. Реальный ионный двигатель по своим техническим характеристикам (и в первую очередь по силе тяги) значительно уступает своим литературным прообразам (так Эдгард Чуэйри образно сравнивает ионный двигатель с автомобилем, которому нужно двое суток для разгона с 0 до 100 км/ч) [1] .

Ионный двигатель является первым хорошо отработанным на практике типом электрического ракетного двигателя. Концепция ионного двигателя была выдвинута в 1917 году Робертом Годдардом [4] , а в 1954 году Эрнст Штулингер ru en детально описал эту технологию, сопроводив её необходимыми вычислениями [5] .

Первый функционирующий ионный электростатический двигатель (создан в США в NASA John H. Glenn Research Center at Lewis Field) был построен под руководством Гарольда Кауфмана ru en в 1959 году. В 1964 году прошла первая успешная демонстрация ионного двигателя в суборбитальном полёте (SERT I) [1] . Двигатель успешно работал в течение запланированной 31 минуты. В 1970 году прошло испытание, призванное продемонстрировать эффективность долговременной работы ртутных ионных электростатических двигателей в космосе (SERT II) [6] .

В качестве основного (маршевого) двигателя ионный двигатель был впервые применён на космическом аппарате Deep Space 1 (первый запуск двигателя — 10 ноября 1998 г.). Следующими аппаратами стали европейский лунный зонд Смарт-1, запущенный 28 сентября 2003 года [7] , и японский аппарат Хаябуса, запущенный к астероиду Итокава в мае 2003 года [1] .

Следующим аппаратом NASA, обладающим маршевыми ионными двигателями, стала (после ряда замораживаний и возобновления работ) АМС Dawn, которая стартовала 27 сентября 2007 года. Dawn предназначен для изучения Весты и Цереры и несёт три двигателя NSTAR, успешно испытанных на Deep Space 1 [1] .

Европейское Космическое Агентство установило ионный двигатель на борту спутника GOCE, запущенного 17 марта 2009 года на сверхнизкую околоземную орбиту высотой около 260 км. Ионный двигатель создаёт в постоянном режиме импульс, компенсирующий атмосферное трение и другие негравитационные воздействия на спутник [1] .

Принцип действия [ править ]

Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. При этом, благодаря высокому отношению заряда к массе, становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей (вплоть до 210 км/с [8] по сравнению с 3—4,5 км/с у химических ракетных двигателей). Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса. Это позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах, но требует больших затрат энергии [1] .

В существующих реализациях ионного двигателя в качестве источника энергии, необходимой для ионизации топлива, используются солнечные батареи [1] .

Ионный двигатель использует в качестве топлива ксенон или ртуть. В ионизатор подаётся топливо, которое само по себе нейтрально, но при бомбардировании высокоэнергетическими электронами ионизируется. Таким образом, в камере образуется смесь из положительных ионов и отрицательных электронов. Для «отфильтровывания» электронов в камеру выводится трубка с катодными сетками, которая притягивает к себе электроны. Положительные ионы притягиваются к системе извлечения, состоящей из двух или трёх сеток. Между сетками поддерживается большая разница электростатических потенциалов (+1090 вольт на внутренней против — 225 вольт на внешней). В результате попадания ионов между сетками, они разгоняются и выбрасываются в пространство, ускоряя корабль, согласно третьему закону Ньютона. Электроны, пойманные в катодную трубку, выбрасываются из двигателя под небольшим углом к соплу и потоку ионов. Это делается, во-первых, для того, чтобы корпус корабля оставался нейтрально заряженным, а во-вторых, чтобы ионы, «нейтрализованные» таким образом, не притягивались обратно к кораблю [1] .

Недостаток двигателя в его нынешних реализациях — очень слабая тяга (порядка 50—100 миллиньютонов). Таким образом, нет возможности использовать ионный двигатель для старта с планеты, но, с другой стороны, в условиях невесомости, при достаточно долгой работе двигателя, есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей.

Миссии [ править ]

Действующие миссии [ править ]

  • SERT
  • Deep Space 1
  • Artemis[7]
  • Hayabusa (вернулся на Землю 13 июня 2010 года)
  • Smart 1
  • Dawn
  • GOCE

Планируемые миссии [ править ]

  • BepiColombo (2015). ЕКА планирует использовать ионный двигатель в меркурианской миссии BepiColombo, наряду с гравитационными манёврами и химическим двигателем для перехода на орбиту вокруг Меркурия в качестве искусственного спутника [7] .
  • LISA Pathfinder (ЕКА, 2014) будет использовать ионные двигатели в качестве вспомогательных для точного контроля высоты.
  • Международная космическая станция. По состоянию на март 2011 года планировалась доставка на МКС электромагнитного двигателя (VASIMR) Ad Astra VF-200 с мощностью в 200 кВт VASIMR. VF-200 представляет собой версию VX-200[9] . Поскольку доступная электрическая мощность на МКС меньше 200 кВт, проект ISS VASIMR включал в себя систему батарей, которая накапливала энергию для 15 минут работы двигателя.
  • Solar Orbiter.

Нереализованные миссии [ править ]

NASA вело проект «Прометей», для которого разрабатывался мощный ионный двигатель, питающийся электричеством от бортового ядерного реактора. Предполагалось, что такие двигатели в количестве восьми штук могли бы разогнать аппарат до 90 км/с. Первый аппарат этого проекта Jupiter Icy Moons Explorer планировалось отправить к Юпитеру в 2017 году, однако разработка этого аппарата была приостановлена в 2005 году из-за технических сложностей. В 2005 году программа была закрыта [10] . В настоящее время идёт поиск более простого проекта АМС для первого испытания по программе «Прометей» [11] .

Читать еще:  Электрическая схема двигателя пассат

Проект будущего [ править ]

Geoffrey A. Landis ru en предложил проект межзвёздного зонда с ионным двигателем, получающим энергию через лазер от базовой станции, что даёт некоторое преимущество по сравнению с чисто космическим парусом. В настоящее время данный проект неосуществим из-за технических ограничений — например, он потребует силы тяги от ионных двигателей в 1570 Н при нынешних 20—250 мН [12] .

Разработан атмосферный ионный двигатель, позволяющий создавать летательные аппараты, не имеющие движущихся частей

Группе исследователей и инженеров из Массачусетского технологического института удалось сделать то, что достаточно долгое время считалось невозможным — поднять и удержать в воздухе летательный аппарат, который не использует ни одной движущейся детали для создания подъемной силы. Этот аппарат, весящий всего 2.3 килограмма и имеющий размах крыльев около 5 метров, весьма похож на модель планера, к которой снизу прикреплена необычная конструкция. Эта конструкция является атмосферным ионным двигателем, создающим бесшумный поток ионизированного воздуха, за счет которого летательный аппарат способен пролетать дистанцию в 60 метров. И это ограничение наложено не возможностями ионного двигателя или источника энергии, такую длину имеет помещение спортивного центра, внутри которого производились испытания.

Принцип, который использовали в ионном двигателе специалисты Массачусетского технологического института, называется электроаэродинамикой и он был открыт в 1920-х годах известным летчиком и конструктором Александром Северским (Major Alexander de Seversky). Идея заключается в создании сетки из тонких проводов или полосок фольги, одна из сеток выполняет роль положительного, а вторая — отрицательного электрода. Электрический потенциал на этих электродах отделяет электроны от молекул воздуха, которые начинают перемещаться в сторону отрицательного электрода. Столкновения с другими нейтральными молекулами воздуха порождают поток воздуха, который способен создавать слабую силу тяги, которую, тем не менее, уже можно измерить.

Проблема электроаэродинамики заключается в том, что созданные на ее основе устройства имели до последнего времени большие размеры, которые исключали возможности их практического применения. Из-за этого круг таких устройств был мал и ограничивался, в основном, ионными воздухоочистительными системами.

Прорыв в деле создания атмосферного ионного двигателя стал возможным благодаря работе профессора Стивена Барретта (Steven Barrett), который посвятил этому направлению около 9 лет. Результатом этой работы стал достаточно высокоэффективный ионный двигатель, состоящий из проводников различной толщины, что делает его похожим на какую-то экзотическую радиоантенну. Эти проводники действуют как отдельные электроды, а чередование положительных и отрицательных электродов в особой последовательности и позволило увеличить эффективность двигателя в целом.

Источником энергии ионного двигателя является небольшая литий-полимерная аккумуляторная батарея, расположенная в «фюзеляже» летательного аппарата. А специализированная высоковольтная электронная система, разработанная и созданная специалистами группы Power Electronics Research Group, позволяет получить электрический потенциал в 40 тысяч вольт, который и подается на электроды ионного двигателя.

Как можно убедиться, конструкция атмосферного ионного двигателя весьма примитивна, но этот двигатель позволяет летательному аппарату действительно лететь, а не планировать, постоянно скользя вниз по потокам воздуха.

«Так как атмосферный ионный двигатель работает исключительно на электричестве и не нуждается в топливе, он может быть использован для обеспечения полета стратосферных летательных аппаратов, поднимающихся практически к границе с космосом» — рассказывает профессор Барретт, — «Кроме этого, такой двигатель может стать источником дополнительной тяги для летательных аппаратов, использующих более традиционные технологии».

Исследователи признают, что практические летательные аппараты, использующие подобные ионные двигатели, появятся еще не очень скоро. Тем не менее, эффективность и экологическая чистота такого двигателя заставляют ученых продолжать работы в данном направлении. И в ближайшем будущем исследователи планируют увеличить эффективность при помощи технологий увеличения площади электродов, которые не требуют значительного увеличения размеров и веса двигателя.

Что такое ионовый двигатель

Огромный электроракетный двигатель с рекордными характеристиками прошёл наземный тест под нагрузкой, превышающей номинал. Новичок совмещает приличную тягу с экономичностью. А это позволяет надеяться на новый виток в развитии космической отрасли.

Ионный двигатель хорошо известен нам из научно-фантастических романов. Принцип его работы заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. Ионы дают гораздо меньшую тягу, чем химическое топливо, так что такой двигатель не сможет придать ракете даже первую космическую скорость. Но если запустить его в космосе, то он может работать буквально годами напролёт, разгоняя корабль до невиданных скоростей.

В некоторых космических миссиях уже применялись такие двигатели, в том числе в японском корабле «Хаябуса» (2005 год, полёт к астероиду Итокава), а также в американском корабле «Доун», который стартовал в сентябре 2007 года к астероидам Веста и Церера.

Но новая модель двигателя под названием VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) будет в сотни раз мощнее прежних ионных двигателей за счёт использования в процессе разгона ионов аргона не стандартных металлических решёток, а радиочастотного генератора, который не вступает с газом в физический контакт, как решётки.

Ad Astra Rocket Company провела испытания самого мощного на сегодняшний день плазменного ракетного двигателя. VASIMR VX-200 (о котором мы не так давнорассказывали) работал на 201 кВт в вакуумной камере, впервые преодолев отметку в 200 кВт. Тест также подтвердил, что маломасштабный прототип VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket – электромагнитный ускоритель с изменяемым удельным импульсом) способен функционировать на полной мощности. “Это самая мощная плазменная ракета в мире сегодня”, – говорит бывший астронавт и главный исполнительный директор Ad Astra Франклин Ченг-Диаз (Franklin Chang-Diaz).

Компания заключила соглашение с NASA на проведение проверки работоспособности двигателя на Международной космической станции (МКС) в 2013 году. Он будет производить периодические “подталкивания” станции, которая постоянно снижается из-за взаимодействия с атмосферой. В настоящее время такие операции выполняются двигателями малой тяги кораблей, потребляющими около 7,5 тонн ракетного топлива в год. Ченг-Диаз утверждает, что снизив это количество до 0,3 т, VASIMR сэкономит NASA миллионы ежегодно.

Но у Ad Astra есть и более амбициозные планы. Например, миссии на Марс на высокой скорости. 10-МВт или 20-МВт модификация VASIMR сможет доставить людей на красную планету за 39 дней, тогда как у обычных ракет на это уйдёт полгода, если не больше. Чем короче путешествие, тем меньше астронавты будут подвергаться действию космической радиации, являющейся существенным препятствием.

Инновационный двигатель также можно приспособить для большего груза в роботизированных миссиях, хотя скорость полёта снизится. Ченг-Диаз трудился над разработкой концепции VASIMR с 1979 года – задолго до основания бизнеса в 2005 году. Технология подразумевает использование радиоволн для нагревания газов (водорода, аргона, неона), чтобы сформировать высокотемпературную плазму. Магнитные поля выталкивают её из двигателя, благодаря чему создаётся реактивная тяга. Как следствие высокой скорости, которая достигается беспрерывным процессом её наращивания, требуется намного меньше топлива, чем для обычных двигателей. Вдобавок, в конструкции VASIMR нет физического контакта электродов с плазмой, а значит продлевается срок эксплуатации.

Читать еще:  Двигатель wordpress для чего

Как работает VASIMR в тестовой камере, можно увидеть в этом ролике. Правда, он относится к давнему испытанию, во время которого аппарат потреблял только 179 киловатт. Из них 30 кВт использовались в первой части двигателя для создания плазмы, а 149 — на разогрев и разгон её во второй камере.

Стоит вспомнить американский межпланетный аппарат Dawn, который стартовал осенью 2007-го (к своей первой цели, Весте, он прибудет в 2011 году). Для разгона к поясу астероидов Dawn использует три ионных двигателя, каждый из которых развивает максимальную тягу в 90 миллиньютонов.

“Это идентично весу одного листка из блокнота”, — образно поясняет NASA. В чём, спрашивается, смысл? Дело в том, что “ионники” примерно в 10 раз эффективнее химических ракетных двигателей. В частности, удельный импульс устройств, стоящих на Dawn, составляет 3100 секунд.

Потому 425 килограммов рабочего тела (ксенона) им хватит на 2100 дней работы. Пусть ускорение Dawn невозможно заметить глазу, но общее приращение скорости за всё время миссии составит порядка 10 километров в секунду.

И сам аппарат получился сравнительно лёгким (тонна с четвертью). Потому для его старта с Земли понадобилась ракета меньшего класса (Delta II), а значит — более дешёвая, в сравнении той, что потребовалась бы для подъёма на орбиту гипотетического исследователя астероидов, построенного на основе химических движков.

Удельный импульс установки VX-200 составляет порядка 5000 секунд. Вообще же он может меняться, что и отражено в названии устройства. Больший КПД можно получить при малой тяге, меньший — при максимальной.

Так можно варьировать режим работы маршевого движка в зависимости от целей миссии космического аппарата. Где-то можно позволить себе потратить несколько больше рабочего тела, но сократить время полёта, где-то, напротив, выполнить задание за больший срок, но при минимальном расходе “горючего”, а значит, — минимальном весе аппарата.

Тут надо отметить, что VASIMR претендует на роль некоего промежуточного варианта создания тяги в условиях космоса. Промежуточного между химическими ускорителями (мощными, но прожорливыми) и чрезвычайно миниатюрными электроракетными движками, экономичность которых может быть гораздо выше, чем даже у VX-200, но тяга будет составлять лишь доли грамма.

VASIMR обладает ещё одним преимуществом перед соперниками из стана электроракетных двигателей в целом: в нём плазма ни в одной точке не соприкасается с деталями аппарата, а контактирует только с полями.

Это означает, что устройство от Ad Astra сможет работать по многу месяцев и даже лет без деградации конструкции — то что надо для разгона космических аппаратов на пути в глубины Солнечной системы или коррекции орбиты спутников. У классических ионных ракетных двигателей больной вопрос – эрозия решёток-электродов. У VASIMR же таковых попросту нет.

Ad Astra Rocket строит богатые планы применения VASIMR в ряде проектов. Так, по соглашению с американским космическим агентством в 2013 году лётный вариант VX-200, названный VF-200-1, должен попасть на испытания на МКС. Разрабатываемый ныне аппарат будет базироваться на общем дизайне VX-200, но состоять из двух фактически параллельных движков по 100 киловатт каждый.

(Интересно, что Ad Astra Rocket ведёт переговоры о доставке VF-200-1 на станцию при помощи частного носителя от SpaceX либо Orbital Sciences).

VF-200-1 попробует поднимать орбиту станции, регулярно “проседающую” из-за слабого торможения в остатках атмосферы, имеющихся даже на 400-километровой высоте. VF-200-1 будет включаться на короткое время (несколько минут) эпизодически. А поскольку мощность, забираемая им из сети, очень велика, двигатель должен потреблять энергию, накопленную в специальных аккумуляторах, которые, в свою очередь, во время пауз в работе плазменного ускорителя будут понемногу подзаряжаться от солнечных батарей МКС.

Если тест пройдёт успешно, на такой способ подъёма орбиты, возможно, и переведут станцию. А это обещает солидную экономию. Ведь нынешний вариант подъёма орбиты (при помощи химических движков транспортных кораблей снабжения) означает расход 7,5 тонны горючего в год, в то время как VASIMR потребует на ту же цель 300 килограммов аргона ежегодно. Перспективы же технологии ещё заманчивее.

На основе одного или нескольких VF-200-1, полагает компания, можно построить беспилотный грузовик, который будет переправлять большие грузы с низкой околоземной орбиты на окололунную. Питание эти движки получали бы от солнечных батарей.

VF-200-1 попробует поднимать орбиту станции, регулярно “проседающую” из-за слабого торможения в остатках атмосферы, имеющихся даже на 400-километровой высоте. VF-200-1 будет включаться на короткое время (несколько минут) эпизодически. А поскольку мощность, забираемая им из сети, очень велика, двигатель должен потреблять энергию, накопленную в специальных аккумуляторах, которые, в свою очередь, во время пауз в работе плазменного ускорителя будут понемногу подзаряжаться от солнечных батарей МКС.

Если тест пройдёт успешно, на такой способ подъёма орбиты, возможно, и переведут станцию. А это обещает солидную экономию. Ведь нынешний вариант подъёма орбиты (при помощи химических движков транспортных кораблей снабжения) означает расход 7,5 тонны горючего в год, в то время как VASIMR потребует на ту же цель 300 килограммов аргона ежегодно. Перспективы же технологии ещё заманчивее.

На основе одного или нескольких VF-200-1, полагает компания, можно построить беспилотный грузовик, который будет переправлять большие грузы с низкой околоземной орбиты на окололунную. Питание эти движки получали бы от солнечных батарей.

Для такого аппарата, скорее всего, потребовалась бы бортовая атомная электростанция — солнечные панели нужной мощности вышли бы просто чудовищно большими.

О том, что электроракетные движки для дальних миссий “просят” ядерную подпитку, специалисты говорят давно. Никаких принципиальных и неразрешимых трудностей в постройке подобного генератора сейчас нет.

Ещё не все вопросы относительно тонкостей работы самого VASIMR сняты. Учёным предстоит повысить полный КПД системы и найти лучший способ избавления от лишнего тепла, рассеиваемого таким движком. Но в целом технология вполне уже подходит к этапу, когда исключительно наземные экспериментальные установки должны породить модификации, предназначенные для отправки на орбиту. Чан-Диаз и его коллеги полагают, что коммерческие версии двигателей типа VASIMR могут появиться на рынке в 2014 году.

31.01.2010 опубликовал
в рубрике технологии с тэгами: космос.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector