Вольногорск

информационный


icon user Виталий 26 ноябрь 2017

icon comment 0 Комментариев

Ученые рассказали о предстоящей революции в ракетном деле

raketa-4.jpgРакета движется, отбрасывая часть собственной массы (ракетное топливо) прочь от себя. Двигатели обычных ракет для создания реактивной тяги используют химические реакции. Хотя этот принцип является сегодня привычным и общераспространенным, с точки зрения отношения массы ракетного топлива и тяги, которую оно создает, существуют гораздо более эффективные концепции ракетных двигателей, которые ученые исследуют уже десятилетиями, пишет Scientific American.

Одной из альтернатив, которую уже используют в космических аппаратах, является так называемый ионный ракетный двигатель. В нем электрически заряженное ракетное топливо (ионизированный газ разгоняется и выбрасывается наружу электростатическим полем. Скорость вещества, выбрасываемого из сопла, достигает 210 км/сек, тогда как у химических ракетных двигателей, использующих реакцию окисления, она не превышает 3-4,5 км/сек. Как следствие, удельный импульс у него значительно больший, чем у обычной ракеты.

Однако существует еще более эффективная концепция ракетного двигателя, в котором топливом служит нагретая до миллионов градусов термоядерная плазма. Такой двигатель не просто намного эффективнее. Он еще и продуцирует много электроэнергии, которую можно использовать для различных полезных целей.

Термоядерные реакторы, которые создают сейчас (самый известный из них – Международный экспериментальный термоядерный реактор ITER во Франции), очень громоздкие. Но теперь исследователи, которых финансирует НАСА, взялись разработать компактный двигатель, который можно установить на борту ракеты.

«Эта технология дает возможность не только гораздо быстрее добраться до Марса или Плутона, но и потенциально осуществлять межзвездные путешествия», – рассказывает руководитель проекта, президент компании Princeton Satellite Systems в г. Плейнсборо (Нью-Джерси) Майкл Палюшек.

Большие реакторы синтеза, которые строят в мире, в частности ITER, способны генерировать сотни мегаватт энергии. Зато исследователи из Princeton Satellite Systems создают реактор, который будет продуцировать всего десятки мегаватт. Меньшая мощность означает меньший размер и, следовательно, возможность запуска в космос на борту ракеты.

Кроме того, что такой реактор меньше, он еще и намного дешевле. Прототип такого двигателя, по подсчетам его разработчиков, будет стоить всего $20 млн, тогда как стоимость крупных термоядерных реакторов достигает $20 млрд.

Компания Палюшека поставила себе цель создать ракетный двигатель, который будет развивать 1 киловатт мощности на 1 кг массы. Термоядерная ракета мощностью 10 мегаватт, следовательно, будет весить всего 10 метрических тонн. «Она будет иметь 1,5 метра в диаметре и от 4 до 8 метров длиной», – рассказывает Майкл Палюшек.

Во время термоядерного синтеза атомы за очень высокой температуры и давления сливаются воедино (это происходит в высокотемпературной плазме). При этом выделяется огромное количество энергии. Термоядерный реактор, который разрабатывает Princeton Satellite Systems, использует низкочастотные радиоволны, чтобы нагреть смесь дейтерия и гелия-3 до состояния плазмы, которую впоследствии будут удерживать в кольце с помощью магнитного поля.

Часть этой плазмы вырывается наружу через сопло ракеты. При этом она будет достигать очень высокой скорости выхлопа – примерно 25.000 км/сек. Большое удельное сопротивление будет означать высокую скорость ракеты. Если пилотируемое путешествие на Марс и обратно при сегодняшних технологиях продлится около двух лет, то шесть термоядерных двигателей смогут выполнить такую миссию всего за 310 дней. Уменьшение продолжительности полета позволит снизить риск радиационного облучения астронавтов во время полета в космосе, а также уменьшить количество пищи, воды и других припасов, которые они возьмут с собой.

Кроме того, реакторы синтеза смогут генерировать большое количество электроэнергии для научных инструментов и коммуникационных устройств. Если зонду НАСА «Новые горизонты» потребовалось девять лет, чтобы добраться до Плутона, причем в его распоряжении во время полета над карликовой планетой было 200 ватт энергии и скорость передачи данных доходила до тысячи битов в секунду, то 1 мегаваттная термоядерная ракета сможет выполнить такое путешествие за четыре года, предоставить в распоряжение аппаратуре 500 киловатт энергии, а передатчики на ее борту будут отправлять данные со скоростью 1 млн битов в секунду. Кроме того, такая миссия сможет даже посадить роботизированный зонд на Плутоне и дистанционно подпитывать его, излучая на него энергию.

«С энергетическим потенциалом термоядерных двигателей реальной становятся просто невероятные научные исследования, которые никогда не удалось бы осуществить с теперешними технологиями. Например, запуск посадочного зонда на Европу, спутник Юпитера, с буром на борту, который будет бурить ее лед в поисках внеземной жизни», – говорит Майкл Палюшек.

С таким двигателем гипотетически возможной становится даже межзвездное путешествие до ближайшей звездной системы Альфа Центавры, расстояние до которой составляет 4,3 светового года. Хотя такое путешествие продлится от 500 до 700 лет.

Идея ракетного двигателя на термоядерной тяге появилась еще в 1960-ые. Но дизайн, который дает возможность стабильно удерживать плазму, американский физик Сэмюэл Коэн создал всего десять лет назад.

Недостатки

Недостаток реактора, который разрабатывает Princeton Satellite Systems, заключается в том, что радиоволны не проникают глубоко в плазму. Как следствие, ракета такой конструкции, чтобы развивать достаточную мощность, должна нести на борту сразу несколько таких реакторов. Другой недостаток заключается в том, что такие реакторы не совсем безопасны для экипажа, ведь излучают радиацию. Кроме того, гелий-3, который планируют использовать как топливо, – это редкое и очень дорогое вещество.

Princeton Satellite Systems – не единственная компания, которая пытается создать небольшой реактор синтеза. Параллельно работают такие компании, как Helion Energy в Редмонде (Вашингтон), что также пытается соединить дейтерий и гелий-3, а также Tri Alpha Energy в г. Футхил Ренч (Калифорния), которая стремится синтезировать протоны и бор. Исследователи из Princeton Satellite Systems еще не продемонстрировали реакции синтеза на практике, но планируют сделать это между 2019 и 2020 гг.

Источник https://newsyou.info/

Метки: Наука   космос  

Просмотров: 8


Комментарии

Имя:

code Код:

rss vk twitter google facebook





| Важно!!! |  Городские новости |  Транспорт города |  Фотогалерея |  Справочная |  Афиша |  Интересное в мире |  Разное | Сайт місцевих садоводів |


Администрация сайта не всегда разделяет мнение авторов статей
и не несет ответственности за содержание информации, которая размещается посетителями ресурса.

Copyright © 2009-2017 https://vln.dp.ua/