Лого Сделано у нас
76

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 полностью

Источник: http://tvroscosmos.ru
  • 0
    Zveruga Zveruga
    23.02.1314:02:15
    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
    • 0
      Synapse Synapse
      25.02.1315:31:36
      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!
      • 0
        Нет аватара argr
        27.02.1308:47:36
        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.

         © ipic.su

         © ipic.su

        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.

        • 0
          Synapse Synapse
          27.02.1313:14:15
          Всё так. Но в плане Марса это означает - прощай пилотируемый полёт. Слишком долгий срок. Системы жизнеобеспечения, психологические и физиологические риски, радиация...
          • 0
            Нет аватара argr
            27.02.1316:27:07
            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.
            • 0
              Synapse Synapse
              27.02.1319:51:39
              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.
Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,