MAX
Подпишись
стань автором. присоединяйся к сообществу!
20 февраля 46
75
Cosmonaut Космонавтика

В России создается принципиально новая энергодвигательная установка для космических миссий

Буксир в невесомость 
В России создается принципиально новая энергодвигательная установка для космических миссий.
Опытный образец ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса, предназначенной для межпланетных миссий, появится в России в 2017 году. 
Работы по использованию ядерной энергии в космосе были начаты и активно велись у нас и в США в 1960-70-е годы.
Первоначально была поставлена задача создать ракетные двигатели, которые вместо химической энергии сгорания горючего и окислителя использовали бы нагрев водорода до температуры около 3000 градусов. Но оказалось, что такой прямой путь все-таки неэффективен. Мы на короткое время получаем большие тяги, но при этом выбрасываем струю, которая в случае нештатной работы реактора может оказаться радиоактивно зараженной.
В силу этих и некоторых других причин работы у нас и в США были прекращены или приостановлены. Был предложен совершенно иной подход. От старого он отличается тем же, чем отличается гибридный автомобиль от обычного. В обычном авто двигатель крутит колеса, а в гибридных - от двигателя вырабатывается электроэнергия, и уже это электричество крутит колеса. То есть создается некая промежуточная электростанция.
Была предложена схема, в которой космический реактор не нагревает струю, выбрасываемую из него, а вырабатывает электричество. Горячий газ от реактора крутит турбину, турбина крутит электрогенератор и компрессор, который обеспечивает циркуляцию рабочего тела по замкнутому контуру. Генератор же вырабатывает электричество для плазменного двигателя с удельной тягой в 20 раз выше, чем у химических аналогов.

[читать статью полностью...]

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в наш Телеграм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈

Источник: tvroscosmos.ru

Поделись позитивом в своих соцсетях

Комментарии 0

Для комментирования необходимо войти на сайт

все комментарии
  • 0
    Нет аватара argr21.02.13 18:40:24
    Правильно ли я понимаю, что удельный испульс - это, по сути, скорость истечения? Т.е., если запас рабочего тела составит 50% от общей массы корабля, то характеристическая скорость будет 70 км/сек?
    Ну да, как-то так.
    Ну что ж, это вполне себе Марс.
    Во-первых, Марс. Во-вторых, уборка мусора на околоземных орбитах (а кто не заплатить за уборку мусора, то темной ночью над Сибирью в вас может влететь какой-нибудь обломок). В-третьих, челночный транспорт низкая орбита Земли - низкая орбита Луны. Улавливаешь?   
    Вопрос только в том, хватит ли энергетического запаса реактора на такое количество рабочего тела.
    Реактор будет давать какой-то сраный мегаватт электричества. На подлодках стоят реакторы на десятки мегаватт, работают десятилетиями. На АЭС стоят реакторы на гигаватт, топливо меняют раз в несколько месяцев. Короче, урана хватит - главное, чтобы конструкция выдержала.
    #287213 ↑
    • 0
      Synapse Synapse22.02.13 11:58:35
      Чё-то я всё-таки не вкурю никак... Располагаемая мощность 1000000Вт. Скорость истечения 7х10^4 м/с. Связь мощности и расхода топлива: N = mV^2/2t, m/t - это расход, обозначим Q. V - скорость истечения. Получаем: Q = 2N/V^2 = 2х10^6/(0,49x10^10) ~= 4x10^-4 кг/с. И что - тяга? P = mV; F = P/t = mV/t = QV = 4x10^-4x7^10^4 = 28Н ~= 2,8 кгс??? Обуенная тяга! Марс адназначна! Если масса экспедиционного комплекса хотя бы 20 тонн, то: a = F/M = 28/20000 = 0,0014 м/с^2, и ускоряться мы будем для достижения второй космической скорости вот столько времени: t = dV/a = (11200-7900)/0,0014 = 2360000 сек или 27 дней... и столько же тормозить... Огорчен. Необходимо тратить больше ксенона.
      #287855 ↑
      • 0
        RadiantConfessor RadiantConfessor23.02.13 14:02:15
        В формуле мощности на 2 зачем поделили? N=F*v F=m*v/t N=m*v*v/t=m*v^2/t Тогда, согласно вашим расчетам тяга будет всего 15 Н, что не может быть верным, т. к. двигатель СПД-290 при 30 кВт достигает тяги 1,5 Н. 10 таких двигателей будут потреблять 300 кВт для достижения тяги в 15 Н, а 33 двигателя разовьют тягу 50 Н. Новый двигатель в 2,1 раза экономичнее СПД 290, т. е. тяга в 10 кгс на 1 МВт должна быть. А если взять и сделать "тяни-толкай", пристыковав два тягача с переди и с зади комплекса, то тягу можно увеличить в двое, что позволит разгоняться до второй космической за 4 дня.
        Отредактировано: Zveruga~14:12 23.02.13
        #288698 ↑
        • 0
          Synapse Synapse25.02.13 15:31:36
          N=F*v - это когда машина по дороге едет. Реактивный двигатель ежесекундно ускоряет порцию рабочего тела до скорости истечения, а стало быть, сообщает ей кинетическую энергию mV^2/2. Переход к мощности производится заменой порции на расход, Q=m/t, т.е. N=QV^2/2 - такая энергия ежесекундно сообщается потоку рабочего тела в двигателе. Можете убедить, что это не так? Причем здесь СПД-290? Что имеется в виду, когда говорится про экономичность? Меньше расходуется рабочего тела в расчете на итоговый кг*м/с? А что при этом с тягой? А затраты времени? Тяга в 10 кгс на 1 МВт вполне может быть. Достигается это только значительным снижением скорости истечения и повышением расхода рабочего тела. У упомянутого Вами СПД 290 она не 70000, а 30000 км/сек. Оттолкнувшись ногами от земли, я вообще могу на миг развить тягу в 100 кгс, при этом моя мощность максимум ватт 300. 10 двигателей могут потреблять свои честные 300кВт. А сколько они при этом будут потреблять ксенона? Для СПД290. Q=2N/V^2=2*30000/30000^2=6,7*10^-5 кг/с F=P/t=mV/t=QV=(6,7*10^-5)*30000=2Н - похоже на то, что Вы описали. Почему мой расчет неверен? Ну и про тяни-толкай - это удар ниже пояса. 2 тягача. А почему не десять? Тогда ж ещё быстрее полетим!
          #289740 ↑
          • 0
            Нет аватара argr27.02.13 08:47:36
            Ты все правильно понимаешь. Тут размен: нам надо разогнаться до определенной скорости. Есть 2 возможности: 1) разогнаться быстро, с малой затратой энергии, зато с большой затратой массы. 2) разгоняться долго и печально, с большой затратой энергии, зато с малой затратой рабочего тела. При старте с Земли нужна большая тяга (больше веса ракеты на земле), поэтому тут хочешь-не хочешь - первый вариант, т.е. химия. В космосе мы можем толкаться хоть с силой 0.0001 грамм - если есть достаточно времени. Зато можно обойтись меньшим запасом горючего. Вот как это работает: http://argr.liv....com/10643.html Наглядная демонстрация данного принципа – зонд SMART-1, который Европейское Космическое Агентство запустило к Луне в 2003-м году. Этот аппарат был выведен ракетой-носителем на геопереходную орбиту. Напомню, это вытянутая эллиптическая орбита, верхняя точка которой находится на высоте около 35 тысяч километров, а нижняя – несколько сот километров от поверхности Земли. Зонд включил электрореактивные двигатели и добрался до Луны за 14 месяцев. При движении он совершил много-много оборотов вокруг Земли, каждый виток удаляясь чуть дальше. Достигнув области, где притяжение Луны пересиливает земное, зонд совершил замысловатый маневр и вышел на лунную орбиту. После этого ему оставалось только затормозить, чтобы уменьшить высоту над поверхностью естественного спутника Земли.
            На все про все ушло 74 килограмма ксенона, которые позволили изменить скорость зонда суммарно на три с половиной километра в секунду. Правда, сам зонд – не такой уж большой, вместе с топливом 367 кг. На полет до Луны ушло всего 16% массы аппарата. Химическому двигателю для такого же маневра потребуется истратить гораздо больше топлива – 65% от массы. Если мы хотим еще и вернуться – химическое топливо должно составлять примерно 88% от массы. Используя электро-реактивные движки, можно слетать к Луне и назад, используя массу рабочего тела, составляющую всего 30% от массы ракеты.
            #291163 ↑
            • 0
              Synapse Synapse27.02.13 13:14:15
              Всё так. Но в плане Марса это означает - прощай пилотируемый полёт. Слишком долгий срок. Системы жизнеобеспечения, психологические и физиологические риски, радиация...
              #291334 ↑
              • 0
                Нет аватара argr27.02.13 16:27:07
                Наоборот, на ядерном реакторе полет до Марса проходит в несколько раз быстрее. Разгон занимает определенное время, зато достигается скорость больше, чем на химии. Плюс масса корабля получается в несколько раз меньше. При пилотируемом полете на сабжевом реакторе - другие проблемы. 1) Долгое время прохождения радиационных поясов. 2) Радиация от самого реактора. Сходу нашел вот такой текст на сайте Энергии. Этот проект - не на сабжевом реакторе, а на больших-больших солнечных батареях. На реакторе должно получаться еще лучше. http://www.ener...rs/concept.html Главное решение, от которого зависит и облик комплекса, и все последующие решения - это выбор двигательной установки для межпланетного перелета. Могут быть разные пути: например, использование жидкостно-реактивных двигателей, наиболее широко используемых и отработанных в космической технике. Но комплекс с этими двигателями из-за их низкой эффективности будет иметь огромную массу, как следствие этого, будет весьма дорогим, а, главное, несмотря на высокую отработанность жидкостно-реактивных двигателей, не будет обеспечена необходимая надежность и безопасность экспедиции. Более выгодным решением с точки зрения начальной массы корабля было бы использование ядерного двигателя, где энергия ядерных реакций разогревает газ, создавая необходимую тягу. Оказывается, и этот двигатель не обеспечивает необходимых требований по безопасности экипажа и стоимости. Значительными будут затраты на наземные средства отработки двигательной установки. Наиболее эффективными двигателями для использования на марсианском корабле из существующих являются электрореактивные. Эти двигатели имеют высокую надежность, низкую стоимость. Комплекс с использованием этих двигателей имеет минимальную массу. Его проще, чем какой-либо другой собрать на околоземной орбите.
                #291516 ↑
                • 0
                  Synapse Synapse27.02.13 19:51:39
                  Прикинем расходы на ксеноне, 1МВт - полезная мощность на контактах ЭРД. Скорость истечения 70 км/с. Из формулы, приведенной выше, расход ксенона: Q = 2N/V^2 = 2х10^6/(0,49x10^10) ~= 4x10^-4 кг/с. Там же, для общей массы комплекса 20тн, время разгона составит 2360000 сек. Общая масса рабочего тела только на разгон с 1й до 2й космической (грубо): M = Q*t = 4x10^-4 * 2360000 = 944 кг. Но мы хотим лететь быстрее. Кстати, какая должна быть набрана скорость? В общем, тонны две только на разгон. Сопоставимое количество на торможение. Либо долго, либо много ксенона. Больше половины стартовой массы. В общем, материальное обеспечение можно потихонечку запускать, чтобы оно до места года три добиралось в экономичном режиме. А вот на людей ксенона придется очень много потратить. Обсуждение предлагаю продолжить на ресурсе Aftershock.su, там перепостили Ваши статьи и подбирается народ для экспедиции. Надеюсь, сюда вернёмся обсуждать готовую, летающую железяку.
                  #291655 ↑