Космические двигатели нового поколения

Главная » Техника и технологии

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

Комментариев пока нет!

Ваше имя *
Ваш Email *

Сумма цифр справа: код подтверждения


Это интересно

Крах Царя Миноса

До сих пор неизвестно почему исчезла великая минойская цивилизация. Ученые считают, что виноваты природные катаклизмы. А может ...


Мужчина и женщина - кто дома хозяин

Мой дом – моя крепость. Когда мы живем одни, родители не в счет, будь то дом или квартира, ...


Книга Юбилеев о сотворении человека. Райский сад Эдем

Книга Юбилеев или Малое Бытие – апокрифическая книга, повествующая о сотворении человека Богом Небес. Она в точности повторяет ...


Часы, идущие вспять

Если часы начинают идти в назад, то я бы посоветовал вам насторожиться. Вспомните или посмотрите фильм БРИГАДА, где ...


Верховный суд США: гиганты существовали

Споры о людях-гигантах, высота которых превышала 3 метра, последние десятилетия возникал все чаще. И если вначале голос в ...


Достопримечательности Египта

Египет - одна из самых привлекательных стран для отдыха. Собрав с собой необходимые вещи и взяв сумку мужского ...


Пирамиды древнего Египта

Отпуск, как приятно звучит это слово. Но когда он уже начался, определиться с местом его проведения ...


 

Самые читаемые

История Адама и Евы

История Адама и Евы - первых людей на Земле начинается в Эдемском ... Далее

Вавилонская башня. Предания, легенды о Вавилонской башне

Вавилонская башня - легендарное строение древности, которое должно было прославить его строителей ... Далее

Сотворение мира и человека Богом

Сотворение мира Богом - это предание, с которого начинается первая глава Библии. ... Далее

Успехи освоения космоса

Легенды и мифы всех народов полны рассказов о полете к Луне, Солнцу ... Далее


© 2010-2017 Объектив-N: Предания и легенды