Εκκένωση μεταξύ ανοδίων και καθόδου σε μηχανή πλάσματος

Berkant Goksel / Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Βερολίνου

Ερευνητές από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Βερολίνου ανέπτυξαν και δοκίμασαν μια νέα έκδοση του κινητήρα πλάσματος που, σε αντίθεση με άλλα πρωτότυπα, μπορεί να λειτουργεί σε κανονική και όχι σε χαμηλή ατμοσφαιρική πίεση. Η εργασία των επιστημόνων δημοσιεύτηκε στο Journal of Physics: Σειρά Συνεδρίων, και μια σύντομη περίληψή του Νέος Επιστήμονας. Το νέο εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι ένας τύπος μαγνητοπλασμοδυναμικής μηχανής που μπορεί ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί σε μια μεγάλη ποικιλία κατηγοριών αεροσκαφών.

Ένας κινητήρας πλάσματος είναι ένας τύπος ηλεκτρικού πυραυλοκινητήρα. Σε αυτό, το ρευστό εργασίας αποκτά επιτάχυνση ενώ βρίσκεται σε κατάσταση πλάσματος. Η ανάπτυξη τέτοιων συστημάτων πρόωσης έχει πραγματοποιηθεί από διάφορους ερευνητικούς οργανισμούς με ποικίλη επιτυχία από τη δεκαετία του 1950. Συγκεκριμένα, το πρώτο λειτουργικό πρωτότυπο μηχανής πλάσματος δημιουργήθηκε και δοκιμάστηκε από το Ερευνητικό Κέντρο Lewis (τώρα Ερευνητικό Κέντρο Glenn) το 1961.

Σε έναν κινητήρα πλάσματος, το αέριο τροφοδοτείται στη δακτυλιοειδή ζώνη εργασίας, το εξωτερικό τμήμα της οποίας είναι η άνοδος και το εσωτερικό τμήμα, που βρίσκεται πιο κοντά στην έξοδο, είναι η κάθοδος. Όταν εφαρμόζεται σταθερή τάση εκατοντάδων βολτ στην άνοδο και την κάθοδο, εμφανίζεται μια ιονιστική εκκένωση στην περιοχή εργασίας και σχηματίζεται πλάσμα. Τότε αυτό το πλάσμα, υπό την επίδραση της δύναμης Lorentz, αρχίζει να κινείται προς την έξοδο από τη ζώνη εργασίας, δημιουργώντας ώθηση. Ένας κινητήρας πλάσματος απαιτεί μεγάλη ποσότητα ενέργειας για να λειτουργήσει.

Σύμφωνα με τους προγραμματιστές, ο μαγνητοπλασμοδυναμικός κινητήρας τους είναι σημαντικά ανώτερος σε ώθηση από τα προηγούμενα πρωτότυπα. Το δοκιμασμένο πρωτότυπό τους, όταν κλιμακώνεται στο μέγεθος ενός συμβατικού κινητήρα αεροσκάφους, λέγεται ότι μπορεί να αναπτύξει ώση από 50 έως 150 kilonewton, ανάλογα με την τάση που εφαρμόζεται. Το δοκιμασμένο πρωτότυπο είναι μια εγκατάσταση με μήκος 80 χιλιοστά και διάμετρο 14 χιλιοστά.

Ο πρωτότυπος κινητήρας πλάσματος αποτελείται από έξι ανόδους χαλκού που βρίσκονται γύρω από την κάθοδο χαλκού σε απόσταση δύο χιλιοστών. Το άκρο της καθόδου γίνεται με τη μορφή κώνου. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, οι ερευνητές εφάρμοσαν τάσεις έως και 16 kilovolt στην άνοδο και την κάθοδο μέσω μιας γεννήτριας παλμών υψηλής συχνότητας, υψηλής τάσης. Η τροφοδοτούμενη τάση εξαρτιόταν από τη φόρτιση των πυκνωτών μπροστά από τη γεννήτρια. Οι πυκνωτές φορτίστηκαν στα 300, 400 και 500 βολτ.

Όταν εφαρμόστηκε τάση στην άνοδο και την κάθοδο σε παλμούς, προέκυψαν εκκενώσεις με συχνότητα 3,5 kilohertz μεταξύ τους. Χάρη σε αυτά, σχηματίστηκε πλάσμα στον κινητήρα. Οι ερευνητές επαλήθευσαν ότι το εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας είναι ικανό να παράγει αξιοσημείωτη ώθηση χρησιμοποιώντας ένα εκκρεμές μήκους 55 χιλιοστών και βάρους 15 γραμμαρίων. Ανάλογα με την τάση που παρέχεται στις ανόδους και την κάθοδο του κινητήρα, η απόκλιση του εκκρεμούς από το ακροφύσιο κυμαινόταν από πέντε έως 25 μοίρες.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι στο μέλλον τέτοιοι μαγνητοπλασμοδυναμικοί κινητήρες μπορούν να εγκατασταθούν σε αεροσκάφη και οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας θα λειτουργούν αποτελεσματικά σε όλα τα στάδια: από την απογείωση έως την πτήση σε υψόμετρο 50 χιλιάδων μέτρων. Παράλληλα, οι ερευνητές σημειώνουν ότι οι κινητήρες πλάσματος απαιτούν μεγάλη ποσότητα ενέργειας, η οποία δεν μπορεί να αποθηκευτεί με τη χρήση μπαταριών. Οι προγραμματιστές πιστεύουν ότι οι νέοι κινητήρες πλάσματος θα έχουν ζήτηση όταν δημιουργηθούν συμπαγείς θερμοπυρηνικοί αντιδραστήρες.

Πρέπει να σημειωθεί ότι οι ίδιοι οι ηλεκτρικοί πυραυλοκινητήρες υπάρχουν ήδη και χρησιμοποιούνται ακόμη και σε δορυφόρους. Δημιουργούν σχετικά μικρή ώθηση και επομένως είναι κατάλληλα για χρήση μόνο στο χώρο. Οι ηλεκτρικοί πυραυλοκινητήρες (ιονικού τύπου) περιλαμβάνουν, ειδικότερα, τον προωστήρα Hall που είναι εγκατεστημένος σε ορισμένα δορυφορικά μοντέλα. Δοκιμή εκσυγχρονισμένης έκδοσης του κινητήρα Hall από τους Αμερικανούς σε τροχιακό drone.

Ο κινητήρας Hall είναι ένας τύπος κινητήρα ιόντων, αλλά διαφέρει από τον τελευταίο σε μεγαλύτερη ώθηση και χαμηλότερη κατανάλωση του ρευστού εργασίας. Το Xenon χρησιμοποιείται ως ρευστό εργασίας στο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας. Η μονάδα παραγωγής ενέργειας είναι ένας δακτυλιοειδής θάλαμος που βρίσκεται μεταξύ της ανόδου και της καθόδου. Ένα λειτουργικό ρευστό τροφοδοτείται σε αυτό, το οποίο ιονίζεται από την κάθοδο και την άνοδο και επιταχύνεται από ένα ηλεκτροστατικό πεδίο στην αξονική διεύθυνση.

Βασίλι Σίτσεφ

Μηχανές πλάσματος: μύθος και πραγματικότητα

Η κατάρα του Τσιολκόφσκι

Το εξαιρετικά δύσκολο πρόβλημα της δημιουργίας ενός διαστημικού σκάφους ικανού να καλύψει διαστρικές αποστάσεις σε εύλογο χρόνο (συγκρίσιμο με ανθρώπινη ζωή) καθορίζεται από το παράδειγμα ενός παραδοσιακού πυραύλου. Το οποίο μεταφέρει απόθεμα καυσίμου επί του σκάφους και, ως εκ τούτου, ξοδεύει σχεδόν όλη την ενέργεια που εξάγεται από το καύσιμο για να το επιταχύνει! Η μαθηματική έκφραση αυτής της κατάρας είναι το λεγόμενο. Ο τύπος Tsiolkovsky, που προκύπτει από το νόμο της διατήρησης της ορμής:

Αυτό δεν λαμβάνει υπόψη το κόστος καυσίμου για την ανύψωση από τη Γη και την είσοδο σε τροχιά, όπου ξεκινά η επιτάχυνση στην ταχύτητα πλεύσης. Ωστόσο, είναι προφανές ότι πριν ξεκινήσει ένα μακρύ ταξίδι, το πλοίο θα συναρμολογηθεί από μονάδες σε τροχιά χαμηλής Γης ή Σελήνης.

Κινητήρας ιόντων

Ν και σήμερα δεν υπάρχει σαφής ιδέα για το πώς ακριβώς το διαστημόπλοιο θα ξεπεράσει ποτέ το όριο ταχύτητας των 10.000 km/sec. Πρόκειται για περίπου 130 χρόνια πτήσης προς το πλησιέστερο αστρικό σύστημα, τον Άλφα Κενταύρου. Δεν έχει νόημα να εξετάζουμε στείρες φαντασιώσεις όπως το διαστημόπλοιο φωτονίων. Η ίδια η ιδέα της χρήσης φωτονίων με την ασήμαντη ορμή τους σε σύγκριση με την ενέργεια για τη δημιουργία ώθησης είναι παράλογη! Ένας κινητήρας που χρησιμοποιεί θερμοπυρηνική ενέργεια σύντηξης εξετάζεται ως πραγματική πιθανότητα. Ωστόσο, οι προτεινόμενες μέθοδοι σύνθεσης μικρής κλίμακας, οι οποίες καταλήγουν στην ανάφλεξη σφαιριδίων δευτερίου + ηλίου-3 με ακτίνες λέιζερ ή δέσμες ιόντων/ηλεκτρονίων, είναι απίθανο να εφαρμοστούν ποτέ σε διαστημόπλοιο. Οι ελπίδες για ηλιακά πανιά είναι απελπιστικές, γιατί... Καθώς απομακρύνονται από τον Ήλιο, η ώθησή τους τείνει στο μηδέν. Με επιφάνεια πανιού 1000 τ. km και η φανταστική μάζα της συσκευής με πανί 1 τόνου, σε ένα χρόνο θα καλυφθούν 107,7 δισεκατομμύρια km, και η ταχύτητα του ιστιοφόρου θα φτάσει τα 1714 km/sec. Και αυτό είναι ένα πρακτικό όριο, αφού ακόμα και μετά από 700 χρόνια πτήσης, όταν η συσκευή φτάσει στο σύστημα Alpha Centauri, η ταχύτητα δεν θα ξεπεράσει 1715 km/sec. Ημιτρελά σχέδια για πανιά μεγέθους της Ευρώπης, που οδηγούνται από εκατομμύρια λέιζερ από τη Σελήνη, καταδεικνύουν ξεκάθαρα την ανικανότητα της ιδέας ενός διαστημικού ιστιοφόρου. Αν και για πτήσεις στο ηλιακό σύστημα, όχι πολύ μακριά από τον Ήλιο, έχει κάποια υπόσχεση.

Μεταξύ των δοκιμασμένων σχεδίων που μπορούν να παρέχουν σημαντική ώθηση, οι ψυχόμενοι πυρηνικοί κινητήρες (NRE) είναι ασυναγώνιστοι. Ένα εξαιρετικό παράδειγμα μιας τέτοιας συσκευής αναπτύχθηκε και δοκιμάστηκε στην ΕΣΣΔ - RD0410 http://www.kbkha.ru/?p=8&cat=11&prod=66 . Η ταχύτητα ροής του ρευστού εργασίας από το ακροφύσιο,εκείνοι. συγκεκριμένη παρόρμηση ΙΤο RD μπορεί να είναι 9 - 10 km/sec.Αυτό είναι υπερδιπλάσιο από τα νούμεραόποιος χημικούς πυραυλοκινητήρες. Με εύλογο όριο βάρους εκτόξευσης 10.000 τόνων και μέτριο καθαρό βάρος 100 τόνων(εκτός καυσίμου και υγρού εργασίας), μέγιστη ταχύτητα του πλοίου

Ιδανικό για ταξίδια στο Ηλιακό Σύστημα, αλλά όχι καλό για ταξίδια στο σύστημα Άλφα του Κενταύρου, το οποίο θα χρειαζόταν περίπου 29.000 χρόνια! Ένα σχέδιο δύο σταδίων θα δώσει διπλάσια ταχύτητα, αλλά η μάζα εκτόξευσης θα αυξηθεί κατά μια τάξη μεγέθους. Για το πλοίο μας μεΑΥΛΗ καιμε καθαρή μάζα 100 τόνων, η οποία επιτάχυνε σε ταχύτητα 200 km/sec, η αρχική μάζα θα ήταν πιο κοντάστα 50 διςτόνους! Ταχύτητεςkm/sec αντιστοιχεί σε μια όχι τόσο τρομερή, αλλά και εντυπωσιακή παροχή ρευστού εργασίας, που ξεπερνά τα 2 εκατομμύρια τόνους. Έτσι, τα 100 km/sec είναι δύσκολο να επιτευχθούν,πρακτικός όριο για πυρηνικούς πυραύλους, καθώς πλησιάζετε στην οποία αρχίζει η γιγαντομανία. Με την πρώτη ματιά, μια απλή λύση στο πρόβλημα προκύπτει από τη φόρμουλα του Tsiolkovsky. Είναι απαραίτητο να αυξηθεί η συγκεκριμένη ώθηση κατά τάξεις μεγέθους, Και τότε δεν θα χρειαστεί να αυξήσετε εκθετικά κατανάλωση υγρού εργασίας. Ένας κινητήρας πυρηνικής πρόωσης είναι θεμελιωδώς ακατάλληλος για αυτό, λόγω του γεγονότος ότι το ρευστό εργασίας θερμαίνεται σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα. Ο απαιτούμενος ρυθμός ροής του πίδακαμπορεί να παρέχει το λεγόμενο μηχανή πλάσματος.Ο όρος μπορεί να εφαρμοστεί σε μια μεγάλη οικογένεια συσκευών που λειτουργούν στο πλάσμα με διάφορους τρόπους, συμπεριλαμβανομένων των προωθητών ιόντων.

Κλασικοί κινητήρες πλάσματος

Οποιοσδήποτε κινητήρας πυραύλων εκπέμπει ασθενώς ιονισμένο πλάσμα από το ακροφύσιο,αλλά μόνο αυτό που επιταχύνει το πλάσμα λόγω ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων που δρουν σε φορτισμένα σωματίδια συνήθως ονομάζεται πλάσμα, ιόν, ηλεκτροαντιδραστικό.ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕΩστόσο, αυτό είναι πολύ δύσκολο να γίνει, δεδομένου ότι οποιοδήποτε ηλεκτρικό πεδίο επιταχύνει φορτία στο πλάσμα θα δώσει συνολικές ώσεις ίσου μεγέθους σε ιόντα και ηλεκτρόνια. Στην πραγματικότητα, η μεταβολή της ορμής φορτίου με την πάροδο του χρόνου είναι ίση με , όπου είναι η δύναμη που ασκεί το φορτίο (σε ένα πεδίο με ένταση ). Δεδομένου ότι το πλάσμα στο σύνολό του είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, το άθροισμα όλων των θετικών φορτίων είναι ίσο σε μέγεθος με το άθροισμα των αρνητικών. Σε έναν απειροελάχιστο χρόνο, ολόκληρη η μάζα των θετικών ιόντων θα λάβει ορμή. Ιδιοσε μέγεθος, η ώθηση που κατευθύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση θα λάβει ολόκληρη τη μάζα των αρνητικών φορτίων. Επομένως, η συνολική ώθηση είναι μηδέν και, επομένως, δεν θα συμβεί ώθηση.

Έτσι, για την ηλεκτρική επιτάχυνση ενός πλάσματος, είναι απαραίτητο να διαχωριστούν με κάποιο τρόπο τα αντίθετα φορτία για να επιταχυνθούν τα φορτία ενός σημείου, ενώ τα φορτία ενός άλλου σημείου αφαιρούνται από τη ζώνη δράσης του επιταχυνόμενου πεδίου. Ωστόσο, είναι εξαιρετικά δύσκολο να διαχωριστούν αποτελεσματικά οι χρεώσεις! Αυτό αποτρέπεται από ισχυρές ελκτικές δυνάμεις Coulomb που προκύπτουν ανάμεσα σε αντίθετα φορτισμένους θρόμβους πλάσματος και αποκαθιστούν αμέσως την ηλεκτρική ισορροπία.Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται στις υπάρχουσες μηχανές πλάσματος για τον διαχωρισμό των θετικών ιόντων από τα ηλεκτρόνια χρησιμοποιούν ηλεκτροστατικό ή μαγνητικό πεδίο. Στην πρώτη περίπτωση, ο κινητήρας ονομάζεται παραδοσιακά ιόν, και στη δεύτερη - πλάσμα.

Λειτουργικό διάγραμμα μιας «κλασικής» μηχανής ιόντων:

1 - παροχή ρευστού εργασίας. 2 - ιονιστής; 3 - δέσμη ιόντων. 4 - ηλεκτρόδιο εστίασης. 5 - ηλεκτρόδιο επιτάχυνσης. 6 - ηλεκτρόδιο μπλοκαρίσματος. 7 - εξουδετερωτής? 8 - κύρια πηγή ενέργειας. 9 - βοηθητική πηγή ενέργειας.Σε ένα σχετικά στενό διάστημα μεταξύ της ανόδου πλέγματος 4 και της καθόδου 5, εμφανίζεται η επιτάχυνση θετικών ιόντων αερίων (ξένο, αργό, υδρογόνο κ.λπ.), που είναι το υγρό λειτουργίας του κινητήρα. Σε αυτή την περίπτωση, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που σχηματίζονται κατά τη διαδικασία ιονισμού έλκονται στην άνοδο, μετά την οποία εκκενώνονται σε ένα ρεύμα θετικά φορτισμένου αερίου που ρέει προς τα έξω για να το εξουδετερώσει. Η κάθοδος 6 εμποδίζει την έλξη των ηλεκτρονίων αφήνοντας τον εξουδετερωτή 7 στην άνοδο. Η άνοδος δεν είναι μόνο το ηλεκτρόδιο 4, αλλά και ολόκληρο το εξωτερικό περίβλημα του θαλάμου στον οποίο λαμβάνει χώρα ο ιονισμός αερίου. Η άνοδος έχει το υψηλότερο δυναμικό ~1.000 V, ενώ το δυναμικό της καθόδου 5 είναι ~100 V και η κάθοδος 6 έχει ακόμη χαμηλότερο δυναμικό.

Η ταχύτητα του ρεύματος αερίου, που επιταχύνεται στο διάστημα μεταξύ των πλεγμάτων 4 και 5, μπορεί να φτάσει έως και τα 200 km/sec. Ωστόσο, η ώθηση ενός κινητήρα ιόντων είναι αμελητέα, φτάνοντας στην καλύτερη περίπτωση το ~0,1 newton. Αυτό σχετίζεται άμεσα με το πρόβλημα του διαχωρισμού ιόντων και ηλεκτρονίων. Το οποίο σε αυτό, όπως και σε όλους τους άλλους κινητήρες πλάσματος, λύνεται εξαιρετικά αναποτελεσματικά.Ας υποθέσουμε αισιόδοξα ότι η ώθηση ενός κινητήρα ιόντων με ειδική ώθηση 200 km/sec έφτασε σε 1 Newton (100 γραμμάρια). Τότε ένα πλοίο με μάζα εκτόξευσης περίπου 15.000 τόνους, εκ των οποίων οι 14.900 τόνοι είναι το λειτουργικό υγρό (αέριο), θα μπορεί να επιταχύνει στα 1.000 km/sec (σύμφωνα με τον τύπο Tsiolkovsky . Ο χρόνος επιτάχυνσης εκφράζεται με τον τύπο , όπου είναι η ώθηση που δέχεται το πλοίο και είναι η δύναμη ώθησης. Σε αυτή την περίπτωση έχουμε= 100.000 kg ⋅ 1.000.000 m/sec / 1 N = 100 δισεκατομμύρια δευτερόλεπτα, δηλαδή περίπου 3.200 χρόνια! Και αυτή είναι μόνο μια χαμηλότερη εκτίμηση και ο πραγματικός χρόνος επιτάχυνσης θα είναι πολύ μεγαλύτερος λόγω του γεγονότος ότι η ώθηση που έλαβε το υγρό εργασίας πριν περάσει μέσα από τον κινητήρα και πετάξει έξω από το ακροφύσιο πρέπει επίσης να προστεθεί στον αριθμητή του κλάσμα.

Η ισχύς ενός τέτοιου κινητήρα είναι ίση με = 200.000 Watt. Τα πραγματικά λειτουργικά δείγματα έχουν τάξη μεγέθους μικρότερη. Για να μειωθεί ο χρόνος επιτάχυνσης στην ταχύτητα πλεύσης, δηλαδή να αυξηθεί η ώση, θα πρέπει να αυξηθεί η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας και, κατά συνέπεια, οι διαστάσεις του κινητήρα. Ας υποθέσουμε ότι με αυτόν τον τρόπο αυξήσαμε την ώθηση κατά 1.000 φορές και μειώσαμε τον χρόνο επιτάχυνσης σε λογικά 3,2 χρόνια. Καθόλου άσχημα για ταχύτητα km/sec, αν και θα χρειαζόταν άλλα 1.300 χρόνια για να φτάσετε στο Alpha Centauri. Ωστόσο, η κατανάλωση ενέργειας θα είναι εκατοντάδες μεγαβάτ, που αντιστοιχεί στη μονάδα ισχύος ενός μέσου πυρηνικού σταθμού. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχουν λογικές πηγές ενέργειας για διαστημικούς κινητήρες ιόντων με ώθηση τουλάχιστον δεκάδων κιλών.

Πίσω στη δεκαετία του '60 A.I. Ο Μορόζοφ πρότεινε την ιδέα του για έναν κινητήρα πλάσματος, ο οποίος δοκιμάστηκε με επιτυχία τη δεκαετία του '70. Εδώ τα φορτία διαχωρίζονται από ένα ακτινικό μαγνητικό πεδίο, το οποίο εφαρμόζεται στη ζώνη επιτάχυνσης θετικών ιόντων από ένα διαμήκη ηλεκτρικό πεδίο. Πολύ ελαφρύτερα ηλεκτρόνια, υπό την επίδραση των δυνάμεων του Lorentz, σπειροειδώς περιστρέφονται γύρω από τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου και, σαν να λέγαμε, «εξάγονται» από το πλάσμα από το μαγνητικό πεδίο. Σε αυτή την περίπτωση, μαζικά ιόντα με αδράνεια παρακάμπτουν το μαγνητικό πεδίο, επιταχύνοντας ηλεκτρικά στη διαμήκη διεύθυνση. Ο μηχανισμός εξουδετέρωσης λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως σε έναν κινητήρα ιόντων. Αυτό το σχήμα, ενώ έχει ορισμένα πλεονεκτήματα σε σχέση με αυτό, δεν επιτρέπει την επίτευξη σημαντικά μεγαλύτερης ώθησης με συγκρίσιμη ισχύ. Η μαγνητική μέθοδος διαχωρισμού φορτίου απέχει πολύ από το να είναι αποτελεσματική λύση στο πρόβλημα και δεν επιτρέπει τη δημιουργία μηχανών πλάσματος που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για διαστρικά ταξίδια.

Για να το επαληθεύσουμε αυτό, ας υποθέσουμε ότι 1 γραμμάριο ιόντων μπορούσε να διαχωριστεί από τα ηλεκτρόνια και τα τελευταία συσσωρεύτηκαν στην έξοδο από το ακροφύσιο, τυλίγοντας γύρω από τις γραμμές δύναμης του εγκάρσιου μαγνητικού πεδίου με επαγωγή Tc. Αυτό το πλεονάζον αρνητικό φορτίο θα είναι τότε περίπου -95.000 C. Είναι εύκολο να επαληθευτεί ότι τα αντίστοιχα «πλεόνασμα» ιόντα με συνολική μάζα 1 g θα επιταχυνθούν στα ~10.000 km/sec σε λίγα femtoseconds. Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια του πλεονάζοντος φορτίου δεν θα αποκτήσουν ίση ορμή προς τα ιόντα, η οποία θα εξουδετερώσει το αντιδραστικό αποτέλεσμα, επειδή το μαγνητικό πεδίο θα μετατρέψει αυτά τα ηλεκτρόνια σε κυκλικές τροχιές με ακτίνες της τάξης του 1 μέτρου. Έτσι, για να δώσει στη συσκευή μια ώθηση έλξης10.000 kg ⋅ m/sec = 0,001 kg ⋅ 10.000.000 m/secθα χρειαστεί να δημιουργηθεί ένα υπερισχυρό μαγνητικό πεδίο της τάξης των 10.000 Tesla σε όγκο αρκετών κυβικών μέτρων. Τέτοια ακραία πεδία δημιουργούνται μόνο από εκρηκτικές μαγνητικές γεννήτριες A.D. Ο Ζαχάρωφ και οι σύγχρονες παραλλαγές τους, και υπάρχουν μόνο για μικροδευτερόλεπτα και σε όγκους μετρούμενους σε κυβικά δεκατόμετρα. Σε αυτή την περίπτωση, η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου θα είναι της τάξης των 10 TeraJoules. Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι οι αθροιστικές γεννήτριες είναι ικανές να μετατρέψουν έως και 20–30% της ενέργειας μιας χημικής έκρηξης, για να δώσουν στο διαστημόπλοιο μια ώθηση έλξης ~10.000κιλό⋅ Μ/ δευτθα ήταν απαραίτητο να αξιοποιηθεί αποτελεσματικά η ενέργεια μιας πυρηνικής έκρηξης με ισχύ ~10 kt.

Με μάζα πλοίου 100 τόνων, ένα εκατομμύριο τέτοιες ωθήσεις θα απαιτηθούν για να αυξηθεί η ταχύτητά του μόνο κατά 100 km/sec. Και τότε μόνο με την προϋπόθεση ότι τα πυρηνικά φορτία δεν θα έπρεπε να μεταφέρονται επί του σκάφους και θα τοποθετούνταν στο διάστημα εκ των προτέρων στην περιοχή επιτάχυνσης. Αλλά ένα εκατομμύριο πυρηνικές βόμβες είναι αρκετές χιλιάδες τόνοι πλουτωνίου, εκ των οποίων λίγο περισσότεροι από 300 τόνοι παρήχθησαν κατά τη διάρκεια ολόκληρης της περιόδου ύπαρξης πυρηνικών όπλων. Έτσι, έχοντας μόνο έναν κινητήρα πλάσματος με μαγνητικό διαχωρισμό φορτίου, είναι καλύτερα να ξεχάσετε να πετάξετε στα αστέρια.

Τι να κάνετε με το πλάσμα;

Προφανώς, το πρόβλημα του αποτελεσματικού διαχωρισμού φορτίου στους κινητήρες πλάσματος είναι θεμελιωδώς αδιάλυτο. Υπάρχουν προηγμένα σχέδια κινητήρων πλάσματος με ισχύ 5 MW και ειδική ώθηση 1.000 km/sec, αλλά η ώθησή τουςθα ήταν ίσο με 5.000.000 W / 1.000.000 m/s = 5 N, επομένως το πρόβλημα της μείωσης του χρόνου επιτάχυνσης παραμένει ανυπέρβλητο. Για να μην αναφέρουμε ότι τα μεγαβάτ κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας είναι δύσκολο να βρεθούν στο διάστημα.

Κατανοώντας αυτά τα προβλήματα, οι προγραμματιστές κινητήρων πλάσματος αναζητούν άλλες προσεγγίσεις. Αξιοσημείωτος ενθουσιασμός προκαλεί η νέα ιδέα VASIMR, η οποία στο εργαστήριο δείχνει τα καλύτερα αποτελέσματα μεταξύ των κινητήρων πλάσματος: ειδική ώθηση 50 km/sec, ώση 6 Newton και απόδοση 60 - 70% (δοκιμή VX-200). Αυστηρά μιλώντας, το VASIMR δεν είναι καν κινητήρας πλάσματος, επειδή παράγει πλάσμα υψηλής θερμοκρασίας, το οποίο επιταχύνεται σε ένα ακροφύσιο Laval - λόγω δυναμικών επιδράσεων αερίου και χωρίς ηλεκτρική ενέργεια.

Το αέριο τροφοδοτείται υπό πίεση μέσω του σωλήνα 1, ο οποίος πρώτα θερμαίνεται και ιονίζεται ελαφρά από την ακτινοβολία μικροκυμάτων από το 3. Στη συνέχεια, η ροή πλάσματος, που απομονώνεται από τα τοιχώματα από το μαγνητικό πεδίο των πηνίων 4, θερμαίνεται επιπλέον από την κεραία 5, η οποία εκπέμπει ραδιοκύματα στη συχνότητα κυκλοτρονίου (αυτή είναι η συχνότητα της περιστροφής του κοχλία του ηλεκτρονίου γύρω από τις γραμμές του διαμήκους μαγνητικού πεδίου ισχύος). Μια τέτοια θέρμανση συντονισμού αυξάνει τη θερμοκρασία του πλάσματος σε εκατομμύρια βαθμούς, μετά από την οποία ρέει στο μαγνητικό ακροφύσιο Laval 6. Το τελευταίο προστατεύει τα τοιχώματα από την επαφή με το καυτό πλάσμα και μετατρέπει την ενέργεια της θερμικής κίνησης των ιόντων σε ενέργεια μεταφορικής κίνησης του πίδακα αερίου. Ουσιαστικά, το VASIMR παράγει πολύ ζεστό, εξαιρετικά ιονισμένο πλάσμα μέσω θέρμανσης με μικροκύματα. Η επιτάχυνση πλάσματος συμβαίνει αρκετά παρόμοια με τον τρόπο με τον οποίο επιταχύνεται ένας πίδακας αερίου στην έξοδο ενός συμβατικού κινητήρα πυραύλων. Είναι αδύνατο να επιτευχθεί μια τέτοια θερμοκρασία πλάσματος με την καύση χημικού καυσίμου, αλλά αυτό μπορεί να γίνει μέσω πυρηνικής έκρηξης. Τα αποτελέσματα του VASIMR δείχνουν κάποια πρόοδο, αλλά εξακολουθούν να απέχουν απείρως από τις ανάγκες των διαστρικών αποστολών και σαφώς δεν έχουν προοπτικές ανάπτυξης προς αυτή την κατεύθυνση. Όσον αφορά τη συγκεκριμένη ώθηση, το VASIMR είναι ένα βήμα πίσω.

Ανατολήπλήρης απασχόληση: http://spaceflight.nasa.gov/shuttle/support/researching/aspl/images/vasimr.jpg

Υπάρχει μια άλλη, σχετικά νέα ιδέα ενός κινητήρα πλάσματος - ο προωθητής MPD, ο οποίος έχει μεγάλες ελπίδες. Η ιδέα είναι η εξής. Δημιουργείται μια εκκένωση πλάσματος μεταξύ της ανόδου και της καθόδου έτσι ώστε το αντίστοιχο ηλεκτρικό ρεύμα να προκαλεί ένα μαγνητικό πεδίο δακτυλίου. Με τη δύναμη Lorentz, το πεδίο δρα στα φορτία κινούμενου ρεύματος, εκτρέποντας μερικά από αυτά στη διαμήκη κατεύθυνση. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο ένας θρόμβος πλάσματος ρέει «προς τα δεξιά», που δημιουργεί μια ώθηση έλξης. Ο κινητήρας λειτουργεί σε παλμική λειτουργία, επειδή Είναι απαραίτητες μικρές παύσεις μεταξύ των εκφορτίσεων για να επιτραπεί η συσσώρευση φορτίων στα ηλεκτρόδια.

Το MPD - ο προωθητής δεν χρειάζεται να διαχωρίζεται σε αντίθεση με τα φορτία, επειδή στο ρεύμα εκφόρτισης κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις και, κατά συνέπεια, οι δυνάμεις Lorentz έχουν τις ίδιες κατευθύνσεις. Θεωρητικά, αυτή η ιδέα έχει εξαιρετικές επιδόσεις σε σύγκριση με άλλους κινητήρες πλάσματος, επειδή μπορεί να αναπτύξει κιλά ώθησης. Ωστόσο, ένα μαγνητικό πεδίο, καταρχήν, δεν είναι ικανό να επιταχύνει ηλεκτρικά φορτία, επειδή η δύναμη Lorentz δρα κάθετα στην ταχύτητα του φορτίου και, επομένως, δεν αλλάζει την κινητική του ενέργεια. Το MPD - ο προωθητής εκτρέπει μόνο την κατεύθυνση κίνησης των φορτίων έτσι ώστε το πλάσμα να πετά προς τη διαμήκη κατεύθυνση. Αλλά για να είναι το ρεύμα μεταξύ της ανόδου και της καθόδου αρκετά πυκνό ώστε να δημιουργεί ώση, θα πρέπει να δαπανηθεί πολλή ηλεκτρική ενέργεια. Σε κάθε περίπτωση, η ηλεκτρική ισχύς που καταναλώνεται δεν είναι κατώτερη από την ισχύ του πίδακα πλάσματος. Με συγκεκριμένη ώθηση ~1.000 km/sec και ώθηση 100 kg, η κατανάλωση ενέργειας θα είναι εκατοντάδες μεγαβάτ, κάτι που είναι σχεδόν αδύνατο να παραχθεί στο διάστημα. Αλλά ακόμη και με τέτοιους, μέχρι στιγμής μόνο θεωρητικά δυνατούς, δείκτες του MPD - προωθητή, ένα πλοίο εξοπλισμένο με αυτό καθαρής μάζας 100 τόνων θα επιταχύνει σε10.000 km/sec σε 317 χρόνια (!) με μη ρεαλιστική μάζα εκτόξευσης 2.200.000 τόνων. Επιπλέον, είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς την κατανάλωση εκατομμυρίων τόνων φυσικού αερίου σε έναν κινητήρα που περνά μέσα από αυτόν ισχυρές ηλεκτρικές εκκενώσεις. Προφανώς, κανένα ηλεκτρόδιο δεν μπορεί να αντέξει τέτοια θερμικά και χημικά φορτία.Προς την.

Σχηματικό διάγραμμα MPD - προωθητή,

Οι κινητήρες πλάσματος χρησιμοποιούνται σήμερα στη διαστημική βιομηχανία. Ωστόσο, αυτά τα συστήματα, σε αντίθεση με τα μοντέλα υγρών, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο σε περιβάλλον κενού. Χρησιμοποιούνται συχνότερα στη διαστημική βιομηχανία για να κρατήσουν έναν σταθερό δορυφόρο σε ορισμένες συντεταγμένες. Πρόσφατα, Ρώσοι φυσικοί δοκίμασαν έναν κινητήρα πλάσματος για αεροσκάφη. Η εφαρμογή του θα είναι δυνατή μόνο αφού δημιουργηθούν γεννήτριες ενέργειας κατάλληλων μεγεθών.

Αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα πλάσματος

Τα συστήματα πλάσματος είναι μια έκδοση ενός κινητήρα πυραύλων που μετατρέπει το καύσιμο σε ιονισμένο αέριο. Στο μέλλον, οι προγραμματιστές εξετάζουν το ενδεχόμενο χρήσης αυτού του εξοπλισμού για εξαιρετικά γρήγορες πτήσεις στο διάστημα. Οι πρώτες εξελίξεις τέτοιων εγκαταστάσεων πραγματοποιήθηκαν στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα..

Ένας κινητήρας αυτού του τύπου λειτουργεί με την ακόλουθη αρχή:

1. Στο αρχικό στάδιο, το αέριο τροφοδοτείται σε έναν ειδικό θάλαμο, του οποίου η εσωτερική επιφάνεια λειτουργεί ως κάθοδος και η εξωτερική επιφάνεια ως άνοδος.
2. Όταν εφαρμόζεται υψηλή τάση, το μαγνητικό πεδίο σχηματίζει μια εκκένωση αερίου με επακόλουθο ιονισμό του αερίου, το οποίο μετατρέπεται σε πλάσμα.
3. Η ουσία του πλάσματος, υπακούοντας στους φυσικούς νόμους, ξεσπά από την περιοχή εργασίας, δημιουργώντας ώθηση πίδακα.

Η ισχύς του εξοπλισμού εξαρτάται άμεσα από την ισχύ του μαγνητικού πεδίου και τις διαστάσεις της συσκευής. Η διαδικασία σχηματισμού πλάσματος είναι ταχύτερη και ευκολότερησε περιβάλλον κενού παρά σε ατμοσφαιρικές συνθήκες.

Προοπτικές για την τελευταία εξέλιξη

Ο νέος τύπος συσκευής, σύμφωνα με τους προγραμματιστές, υπερβαίνει σημαντικά τους προκατόχους του σε ισχύ. Αποτελείται από 6 ανόδους εγκατεστημένες γύρω από την κάθοδο. Υπό την επίδραση παλμών νανοδευτερόλεπτου, εμφανίζονται εκκενώσεις αερίων στη συσκευή, δημιουργώντας ιονισμό.

Αλεξάντερ Λόσεφ

Η ταχεία ανάπτυξη της πυραυλικής και διαστημικής τεχνολογίας τον 20ο αιώνα καθορίστηκε από τους στρατιωτικο-στρατηγικούς, πολιτικούς και, σε κάποιο βαθμό, ιδεολογικούς στόχους και συμφέροντα των δύο υπερδυνάμεων - της ΕΣΣΔ και των ΗΠΑ, και όλα τα κρατικά διαστημικά προγράμματα ήταν συνέχιση των στρατιωτικών τους σχεδίων, όπου κύριο καθήκον ήταν η ανάγκη εξασφάλισης αμυντικής ικανότητας και στρατηγικής ισοτιμίας με έναν πιθανό εχθρό. Το κόστος δημιουργίας εξοπλισμού και το κόστος λειτουργίας δεν είχαν θεμελιώδη σημασία τότε. Τεράστιοι πόροι διατέθηκαν για τη δημιουργία οχημάτων εκτόξευσης και διαστημικών οχημάτων, και η πτήση 108 λεπτών του Γιούρι Γκαγκάριν το 1961 και η τηλεοπτική μετάδοση του Νιλ Άρμστρονγκ και του Μπαζ Άλντριν από την επιφάνεια της Σελήνης το 1969 δεν ήταν απλώς θρίαμβοι επιστημονικών και τεχνικών θεωρούνταν επίσης ως στρατηγικές νίκες σε μάχες του Ψυχρού Πολέμου.

Αλλά μετά την κατάρρευση της Σοβιετικής Ένωσης και την αποχώρησή της από την κούρσα για την παγκόσμια ηγεσία, οι γεωπολιτικοί της αντίπαλοι, κυρίως οι Ηνωμένες Πολιτείες, δεν χρειάζονταν πλέον να υλοποιούν διαστημικά έργα κύρους αλλά εξαιρετικά δαπανηρά για να αποδείξουν σε ολόκληρο τον κόσμο την ανωτερότητα της δυτικής οικονομικής σύστημα και ιδεολογικές έννοιες.
Στη δεκαετία του '90, τα κύρια πολιτικά καθήκοντα των προηγούμενων ετών έχασαν τη σημασία τους, η αντιπαράθεση του μπλοκ έδωσε τη θέση του στην παγκοσμιοποίηση, ο πραγματισμός επικράτησε στον κόσμο, έτσι τα περισσότερα διαστημικά προγράμματα περιορίστηκαν ή αναβλήθηκαν· μόνο ο ISS παρέμεινε ως κληρονομιά από τα έργα μεγάλης κλίμακας Το παρελθόν. Επιπλέον, η δυτική δημοκρατία έχει κάνει όλα τα ακριβά κυβερνητικά προγράμματα να εξαρτώνται από τους εκλογικούς κύκλους.
Η υποστήριξη των ψηφοφόρων, απαραίτητη για την απόκτηση ή τη διατήρηση της εξουσίας, αναγκάζει τους πολιτικούς, τα κοινοβούλια και τις κυβερνήσεις να κλίνουν προς τον λαϊκισμό και να λύσουν βραχυπρόθεσμα προβλήματα, έτσι οι δαπάνες για την εξερεύνηση του διαστήματος μειώνονται χρόνο με το χρόνο.
Οι περισσότερες από τις θεμελιώδεις ανακαλύψεις έγιναν το πρώτο μισό του εικοστού αιώνα και σήμερα η επιστήμη και η τεχνολογία έχουν φτάσει σε ορισμένα όρια, επιπλέον, η δημοτικότητα της επιστημονικής γνώσης έχει μειωθεί σε όλο τον κόσμο και η ποιότητα της διδασκαλίας των μαθηματικών, της φυσικής και άλλων φυσικών οι επιστήμες έχουν επιδεινωθεί. Αυτό έχει γίνει η αιτία της στασιμότητας, συμπεριλαμβανομένου του διαστημικού τομέα, των δύο τελευταίων δεκαετιών.
Τώρα όμως γίνεται φανερό ότι ο κόσμος πλησιάζει στο τέλος ενός άλλου τεχνολογικού κύκλου που βασίζεται στις ανακαλύψεις του περασμένου αιώνα. Ως εκ τούτου, οποιαδήποτε δύναμη θα κατέχει θεμελιωδώς νέες πολλά υποσχόμενες τεχνολογίες τη στιγμή της αλλαγής στην παγκόσμια τεχνολογική δομή θα εξασφαλίσει αυτόματα την παγκόσμια ηγεσία για τουλάχιστον τα επόμενα πενήντα χρόνια.

Βασικός σχεδιασμός μηχανής πυρηνικής πρόωσης με υδρογόνο ως ρευστό εργασίας

Αυτό γίνεται αντιληπτό τόσο στις Ηνωμένες Πολιτείες, που έχουν χαράξει μια πορεία για την αναβίωση του αμερικανικού μεγαλείου σε όλους τους τομείς δραστηριότητας, όσο και στην Κίνα, που αμφισβητεί την αμερικανική ηγεμονία, όσο και στην Ευρωπαϊκή Ένωση, που προσπαθεί με όλες της τις δυνάμεις να διατηρήσει το βάρος της στην παγκόσμια οικονομία.
Υπάρχει μια βιομηχανική πολιτική εκεί και ασχολούνται σοβαρά με την ανάπτυξη του δικού τους επιστημονικού, τεχνικού και παραγωγικού δυναμικού και η διαστημική σφαίρα μπορεί να γίνει το καλύτερο πεδίο δοκιμών για τη δοκιμή νέων τεχνολογιών και για την απόδειξη ή διάψευση επιστημονικών υποθέσεων που μπορούν να θέσουν τα θεμέλια για τη δημιουργία μιας ριζικά διαφορετικής, πιο προηγμένης τεχνολογίας του μέλλοντος.
Και είναι πολύ φυσικό να περιμένουμε ότι οι Ηνωμένες Πολιτείες θα είναι η πρώτη χώρα όπου θα ξαναρχίσουν έργα εξερεύνησης του διαστήματος για τη δημιουργία μοναδικών καινοτόμων τεχνολογιών στον τομέα των όπλων, των μεταφορών και των δομικών υλικών, καθώς και στη βιοϊατρική και τις τηλεπικοινωνίες
Είναι αλήθεια ότι ούτε οι Ηνωμένες Πολιτείες έχουν εγγυημένη επιτυχία στη δημιουργία επαναστατικών τεχνολογιών. Υπάρχει μεγάλος κίνδυνος να καταλήξετε σε αδιέξοδο όταν βελτιώνετε κινητήρες πυραύλων ηλικίας μισού αιώνα που βασίζονται σε χημικά καύσιμα, όπως κάνει το SpaceX του Elon Musk, ή όταν δημιουργείτε συστήματα υποστήριξης ζωής για μεγάλες πτήσεις παρόμοια με εκείνα που έχουν ήδη εφαρμοστεί στο ISS.
Μπορεί η Ρωσία, της οποίας η στασιμότητα στον διαστημικό τομέα γίνεται πιο αισθητή κάθε χρόνο, να κάνει ένα άλμα στον αγώνα για τη μελλοντική τεχνολογική ηγεσία να παραμείνει στη λέσχη των υπερδυνάμεων και όχι στη λίστα των αναπτυσσόμενων χωρών;
Ναι, φυσικά, η Ρωσία μπορεί, και επιπλέον, έχει ήδη γίνει ένα αξιοσημείωτο βήμα προόδου στην πυρηνική ενέργεια και στις τεχνολογίες πυρηνικών πυραύλων, παρά τη χρόνια υποχρηματοδότηση της διαστημικής βιομηχανίας.
Το μέλλον της αστροναυτικής είναι η χρήση της πυρηνικής ενέργειας. Για να κατανοήσουμε πώς συνδέονται η πυρηνική τεχνολογία και το διάστημα, είναι απαραίτητο να εξετάσουμε τις βασικές αρχές της πρόωσης αεριωθουμένων.
Έτσι, οι κύριοι τύποι των σύγχρονων διαστημικών κινητήρων δημιουργούνται με βάση τις αρχές της χημικής ενέργειας. Πρόκειται για επιταχυντές στερεών καυσίμων και κινητήρες υγρών πυραύλων, στους θαλάμους καύσης τους τα συστατικά καυσίμου (καύσιμο και οξειδωτικό) εισέρχονται σε μια εξώθερμη φυσική και χημική αντίδραση καύσης, σχηματίζοντας ένα ρεύμα πίδακα που εκτοξεύει τόνους ουσίας από το ακροφύσιο του κινητήρα κάθε δευτερόλεπτο. Η κινητική ενέργεια του ρευστού εργασίας του πίδακα μετατρέπεται σε μια αντιδραστική δύναμη επαρκή για να προωθήσει τον πύραυλο. Η ειδική ώθηση (ο λόγος της παραγόμενης ώθησης προς τη μάζα του καυσίμου που χρησιμοποιείται) τέτοιων χημικών κινητήρων εξαρτάται από τα συστατικά του καυσίμου, την πίεση και τη θερμοκρασία στον θάλαμο καύσης, καθώς και από το μοριακό βάρος του αερίου μίγματος που εκτοξεύεται μέσω του ακροφύσιο κινητήρα.
Και όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία της ουσίας και η πίεση μέσα στον θάλαμο καύσης, και όσο χαμηλότερη είναι η μοριακή μάζα του αερίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η ειδική ώθηση, άρα και η απόδοση του κινητήρα. Η συγκεκριμένη ώθηση είναι μια ποσότητα κίνησης και συνήθως μετριέται σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο, όπως και η ταχύτητα.
Στους χημικούς κινητήρες, η υψηλότερη ειδική ώθηση παρέχεται από μίγματα καυσίμου οξυγόνου-υδρογόνου και φθορίου-υδρογόνου (4500–4700 m/s), αλλά οι πιο δημοφιλείς (και βολικοί στη λειτουργία) έχουν γίνει οι πυραυλοκινητήρες που λειτουργούν με κηροζίνη και οξυγόνο, για παράδειγμα οι πύραυλοι Soyuz και Musk's Falcon, καθώς και κινητήρες που χρησιμοποιούν ασύμμετρη διμεθυλυδραζίνη (UDMH) με οξειδωτικό με τη μορφή μίγματος τετροξειδίου του αζώτου και νιτρικού οξέος (σοβιετικό και ρωσικό Proton, γαλλικό Ariane, αμερικανικός Τιτάνας). Η απόδοσή τους είναι 1,5 φορές χαμηλότερη από αυτή των κινητήρων καυσίμου υδρογόνου, αλλά μια ώθηση 3000 m/s και η ισχύς είναι αρκετά για να είναι οικονομικά κερδοφόρα η εκτόξευση τόνων ωφέλιμου φορτίου σε τροχιές κοντά στη Γη.
Αλλά οι πτήσεις σε άλλους πλανήτες απαιτούν πολύ μεγαλύτερο διαστημόπλοιο από οτιδήποτε έχει δημιουργήσει η ανθρωπότητα στο παρελθόν, συμπεριλαμβανομένου του αρθρωτού ISS. Σε αυτά τα πλοία είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί η μακροπρόθεσμη αυτόνομη ύπαρξη των πληρωμάτων και μια ορισμένη παροχή καυσίμου και διάρκεια ζωής των κύριων κινητήρων και κινητήρων για ελιγμούς και διόρθωση τροχιάς, ώστε να προβλεφθεί η παράδοση αστροναυτών σε ειδική μονάδα προσγείωσης στην επιφάνεια ενός άλλου πλανήτη, και την επιστροφή τους στο κύριο πλοίο μεταφοράς, και στη συνέχεια και την επιστροφή της αποστολής στη Γη.
Οι συσσωρευμένες γνώσεις μηχανικής και η χημική ενέργεια των κινητήρων καθιστούν δυνατή την επιστροφή στη Σελήνη και την άφιξη στον Άρη, επομένως υπάρχει μεγάλη πιθανότητα η ανθρωπότητα να επισκεφθεί τον Κόκκινο Πλανήτη την επόμενη δεκαετία.
Εάν βασιστούμε μόνο στις υπάρχουσες διαστημικές τεχνολογίες, τότε η ελάχιστη μάζα της κατοικήσιμης μονάδας για μια επανδρωμένη πτήση στον Άρη ή στους δορυφόρους του Δία και του Κρόνου θα είναι περίπου 90 τόνοι, δηλαδή 3 φορές περισσότερο από τα σεληνιακά πλοία των αρχών της δεκαετίας του 1970 , που σημαίνει ότι τα οχήματα εκτόξευσης για την εκτόξευση τους σε τροχιές αναφοράς για περαιτέρω πτήση προς τον Άρη θα είναι πολύ ανώτερα από το Saturn 5 (βάρος εκτόξευσης 2965 τόνοι) του σεληνιακού έργου Apollo ή του σοβιετικού αερομεταφορέα Energia (βάρος εκτόξευσης 2400 τόνοι). Θα χρειαστεί να δημιουργηθεί ένα διαπλανητικό σύμπλεγμα σε τροχιά βάρους έως 500 τόνων. Μια πτήση σε ένα διαπλανητικό πλοίο με χημικούς πυραυλοκινητήρες θα απαιτήσει από 8 μήνες έως 1 χρόνο μόνο προς μία κατεύθυνση, επειδή θα πρέπει να κάνετε ελιγμούς βαρύτητας, χρησιμοποιώντας τη βαρυτική δύναμη των πλανητών και μια κολοσσιαία παροχή καυσίμου για να επιταχύνετε επιπλέον το πλοίο .
Αλλά χρησιμοποιώντας τη χημική ενέργεια των πυραυλοκινητήρων, η ανθρωπότητα δεν θα πετάξει μακρύτερα από την τροχιά του Άρη ή της Αφροδίτης. Χρειαζόμαστε διαφορετικές ταχύτητες πτήσης διαστημικών σκαφών και άλλη πιο ισχυρή ενέργεια κίνησης.

Μοντέρνος σχεδιασμός πυρηνικού πυραυλοκινητήρα Princeton Satellite Systems

Για να εξερευνήσετε το βαθύ διάστημα, είναι απαραίτητο να αυξήσετε σημαντικά την αναλογία ώθησης προς βάρος και την απόδοση του πυραυλοκινητήρα, και επομένως να αυξήσετε την ειδική ώθηση και τη διάρκεια ζωής του. Και για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να θερμάνετε μια ουσία αερίου ή ρευστού εργασίας με χαμηλή ατομική μάζα μέσα στο θάλαμο του κινητήρα σε θερμοκρασίες αρκετές φορές υψηλότερες από τη θερμοκρασία χημικής καύσης των παραδοσιακών μειγμάτων καυσίμων και αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας μια πυρηνική αντίδραση.
Εάν, αντί για συμβατικό θάλαμο καύσης, τοποθετηθεί ένας πυρηνικός αντιδραστήρας μέσα σε έναν πυραυλοκινητήρα, στην ενεργό ζώνη του οποίου τροφοδοτείται μια ουσία σε υγρή ή αέρια μορφή, τότε θα αρχίσει να θερμαίνεται υπό υψηλή πίεση έως πολλές χιλιάδες μοίρες. να εκτιναχθεί μέσω του καναλιού του ακροφυσίου, δημιουργώντας ώθηση πίδακα. Η ειδική ώθηση ενός τέτοιου πυρηνικού κινητήρα αεριωθουμένων θα είναι αρκετές φορές μεγαλύτερη από εκείνη ενός συμβατικού με χημικά συστατικά, πράγμα που σημαίνει ότι η απόδοση τόσο του ίδιου του κινητήρα όσο και του οχήματος εκτόξευσης συνολικά θα αυξηθεί πολλαπλάσια. Σε αυτή την περίπτωση, δεν απαιτείται οξειδωτικό για την καύση του καυσίμου και το ελαφρύ αέριο υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ουσία που δημιουργεί ώθηση πίδακα· γνωρίζουμε ότι όσο μικρότερη είναι η μοριακή μάζα του αερίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η ώθηση και αυτό θα μειώστε τη μάζα του πυραύλου με καλύτερη απόδοση κινητήρα ισχύος.
Ένας πυρηνικός κινητήρας θα είναι καλύτερος από έναν συμβατικό, αφού στη ζώνη του αντιδραστήρα το ελαφρύ αέριο μπορεί να θερμανθεί σε θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τους 9 χιλιάδες βαθμούς Kelvin και ένας πίδακας τέτοιου υπερθερμασμένου αερίου θα παρέχει πολύ υψηλότερη ειδική ώθηση από ό,τι οι συμβατικοί χημικοί κινητήρες . Αλλά αυτό είναι στη θεωρία.
Ο κίνδυνος δεν είναι καν ότι όταν εκτοξεύεται ένα όχημα εκτόξευσης με τέτοια πυρηνική εγκατάσταση, μπορεί να προκληθεί ραδιενεργή μόλυνση της ατμόσφαιρας και του χώρου γύρω από την εξέδρα εκτόξευσης· το κύριο πρόβλημα είναι ότι σε υψηλές θερμοκρασίες ο ίδιος ο κινητήρας, μαζί με το διαστημόπλοιο, μπορεί να λυώνω. Οι σχεδιαστές και οι μηχανικοί το καταλαβαίνουν αυτό και προσπαθούν να βρουν κατάλληλες λύσεις εδώ και αρκετές δεκαετίες.
Οι πυρηνικοί πυραυλοκινητήρες (NRE) έχουν ήδη τη δική τους ιστορία δημιουργίας και λειτουργίας στο διάστημα. Η πρώτη ανάπτυξη πυρηνικών κινητήρων ξεκίνησε στα μέσα της δεκαετίας του 1950, δηλαδή πριν από την ανθρώπινη πτήση στο διάστημα, και σχεδόν ταυτόχρονα τόσο στην ΕΣΣΔ όσο και στις ΗΠΑ, και η ίδια η ιδέα της χρήσης πυρηνικών αντιδραστήρων για τη θέρμανση της εργασίας ουσία σε μια μηχανή πυραύλων γεννήθηκε μαζί με τους πρώτους πρυτάνεις στα μέσα της δεκαετίας του '40, δηλαδή πριν από περισσότερα από 70 χρόνια.
Στη χώρα μας, ο εμπνευστής της δημιουργίας της πυρηνικής πρόωσης ήταν ο θερμικός φυσικός Vitaly Mikhailovich Ievlev. Το 1947, παρουσίασε ένα έργο που υποστηρίχθηκε από τους S. P. Korolev, I. V. Kurchatov και M. V. Keldysh. Αρχικά, σχεδιάστηκε να χρησιμοποιηθούν τέτοιοι κινητήρες για πυραύλους κρουζ και στη συνέχεια να εγκατασταθούν σε βαλλιστικούς πυραύλους. Την ανάπτυξη ανέλαβαν τα κορυφαία γραφεία αμυντικού σχεδιασμού της Σοβιετικής Ένωσης, καθώς και τα ερευνητικά ινστιτούτα NIITP, CIAM, IAE, VNIINM.
Ο σοβιετικός πυρηνικός κινητήρας RD-0410 συναρμολογήθηκε στα μέσα της δεκαετίας του '60 στο Γραφείο Σχεδιασμού Χημικών Αυτοματισμών του Voronezh, όπου δημιουργήθηκαν οι περισσότεροι υγροί πυραυλοκινητήρες για διαστημική τεχνολογία.
Το RD-0410 χρησιμοποίησε υδρογόνο ως λειτουργικό ρευστό, το οποίο σε υγρή μορφή περνούσε μέσα από ένα «ψυκτικό χιτώνιο», αφαιρώντας την περίσσεια θερμότητας από τα τοιχώματα του ακροφυσίου και εμποδίζοντάς το να λιώσει, και στη συνέχεια εισήλθε στον πυρήνα του αντιδραστήρα, όπου θερμάνθηκε σε 3000K και απελευθερώνεται μέσω των ακροφυσίων των καναλιών, μετατρέποντας έτσι τη θερμική ενέργεια σε κινητική ενέργεια και δημιουργώντας μια συγκεκριμένη ώθηση 9100 m/s.
Στις ΗΠΑ, το έργο πυρηνικής πρόωσης ξεκίνησε το 1952 και η πρώτη μηχανή λειτουργίας δημιουργήθηκε το 1966 και ονομάστηκε NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Στις δεκαετίες του '60 και του '70, η Σοβιετική Ένωση και οι Ηνωμένες Πολιτείες προσπάθησαν να μην υποχωρήσουν η μία στην άλλη.
Είναι αλήθεια ότι τόσο ο δικός μας RD-0410 όσο και ο αμερικανικός NERVA ήταν πυρηνικοί κινητήρες στερεάς φάσης (το πυρηνικό καύσιμο με βάση τα καρβίδια ουρανίου ήταν σε στερεή κατάσταση στον αντιδραστήρα) και η θερμοκρασία λειτουργίας τους ήταν μεταξύ 2300-3100 Κ.
Για να αυξηθεί η θερμοκρασία του πυρήνα χωρίς τον κίνδυνο έκρηξης ή τήξης των τοιχωμάτων του αντιδραστήρα, είναι απαραίτητο να δημιουργηθούν τέτοιες συνθήκες πυρηνικής αντίδρασης υπό τις οποίες το καύσιμο (ουράνιο) μετατρέπεται σε αέρια κατάσταση ή μετατρέπεται σε πλάσμα και διατηρείται μέσα στον αντιδραστήρα. από ισχυρό μαγνητικό πεδίο, χωρίς να αγγίζει τους τοίχους. Και τότε το υδρογόνο που εισέρχεται στον πυρήνα του αντιδραστήρα «ρέει γύρω από» το ουράνιο στην αέρια φάση και μετατρέπεται σε πλάσμα, εκτοξεύεται με πολύ υψηλή ταχύτητα μέσω του καναλιού του ακροφυσίου.
Αυτός ο τύπος κινητήρα ονομάζεται πυρηνικός κινητήρας αερίου φάσης. Οι θερμοκρασίες του καυσίμου αερίου ουρανίου σε τέτοιους πυρηνικούς κινητήρες μπορεί να κυμαίνονται από 10 χιλιάδες έως 20 χιλιάδες βαθμούς Kelvin και η συγκεκριμένη ώθηση μπορεί να φτάσει τα 50.000 m/s, που είναι 11 φορές υψηλότερη από αυτή των πιο αποτελεσματικών χημικών κινητήρων πυραύλων.
Η δημιουργία και η χρήση κινητήρων πυρηνικής πρόωσης αέριας φάσης ανοιχτού και κλειστού τύπου στη διαστημική τεχνολογία είναι η πιο ελπιδοφόρα κατεύθυνση στην ανάπτυξη των κινητήρων διαστημικών πυραύλων και ακριβώς αυτό που χρειάζεται η ανθρωπότητα για να εξερευνήσει τους πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος και τους δορυφόρους τους.
Η πρώτη έρευνα για το έργο πυρηνικής πρόωσης σε αέρια φάση ξεκίνησε στην ΕΣΣΔ το 1957 στο Ερευνητικό Ινστιτούτο Θερμικών Διεργασιών (Εθνικό Κέντρο Ερευνών με το όνομα M. V. Keldysh) και η απόφαση να αναπτυχθούν πυρηνικοί διαστημικοί σταθμοί βασισμένοι σε πυρηνικούς αντιδραστήρες αέριας φάσης έγινε το 1963 από τον ακαδημαϊκό V. P. Glushko (NPO Energomash) και στη συνέχεια εγκρίθηκε με ψήφισμα της Κεντρικής Επιτροπής του ΚΚΣΕ και του Συμβουλίου Υπουργών της ΕΣΣΔ.
Η ανάπτυξη κινητήρων πυρηνικής πρόωσης αέριας φάσης πραγματοποιήθηκε στη Σοβιετική Ένωση για δύο δεκαετίες, αλλά, δυστυχώς, δεν ολοκληρώθηκε ποτέ λόγω ανεπαρκούς χρηματοδότησης και ανάγκης για πρόσθετη θεμελιώδη έρευνα στον τομέα της θερμοδυναμικής του πυρηνικού καυσίμου και του πλάσματος υδρογόνου. φυσική νετρονίων και μαγνητοϋδροδυναμική.
Σοβιετικοί πυρηνικοί επιστήμονες και μηχανικοί σχεδιασμού αντιμετώπισαν μια σειρά προβλημάτων, όπως η επίτευξη κρισιμότητας και η διασφάλιση της σταθερότητας της λειτουργίας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα αέριας φάσης, η μείωση της απώλειας τετηγμένου ουρανίου κατά την απελευθέρωση υδρογόνου που θερμαίνεται σε αρκετές χιλιάδες βαθμούς, η θερμική προστασία του ακροφυσίου και της γεννήτριας μαγνητικού πεδίου, και της συσσώρευσης προϊόντων σχάσης ουρανίου, επιλογή χημικά ανθεκτικών δομικών υλικών κ.λπ.
Και όταν το όχημα εκτόξευσης Energia άρχισε να δημιουργείται για το σοβιετικό πρόγραμμα Mars-94 για την πρώτη επανδρωμένη πτήση στον Άρη, το έργο του πυρηνικού κινητήρα αναβλήθηκε επ' αόριστον. Η Σοβιετική Ένωση δεν είχε αρκετό χρόνο, και το πιο σημαντικό, πολιτική βούληση και οικονομική αποτελεσματικότητα, για να προσγειώσει τους κοσμοναύτες μας στον πλανήτη Άρη το 1994. Αυτό θα ήταν ένα αναμφισβήτητο επίτευγμα και απόδειξη της ηγετικής μας θέσης στην υψηλή τεχνολογία τις επόμενες δεκαετίες. Όμως το διάστημα, όπως και πολλά άλλα, προδόθηκε από την τελευταία ηγεσία της ΕΣΣΔ. Η ιστορία δεν μπορεί να αλλάξει, οι επιστήμονες και μηχανικοί που έφυγαν δεν μπορούν να επιστραφούν και η χαμένη γνώση δεν μπορεί να αποκατασταθεί. Πολλά θα πρέπει να δημιουργηθούν εκ νέου.
Αλλά η διαστημική πυρηνική ενέργεια δεν περιορίζεται μόνο στη σφαίρα των πυρηνικών κινητήρων πρόωσης στερεάς και αερίου φάσης. Η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία θερμαινόμενης ροής ύλης σε έναν κινητήρα τζετ. Αυτή η ιδέα εκφράστηκε για πρώτη φορά από τον Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky το 1903 στο έργο του «Εξερεύνηση των παγκόσμιων διαστημάτων με χρήση jet instruments».
Και η πρώτη ηλεκτροθερμική μηχανή πυραύλων στην ΕΣΣΔ δημιουργήθηκε τη δεκαετία του 1930 από τον Valentin Petrovich Glushko, έναν μελλοντικό ακαδημαϊκό της Ακαδημίας Επιστημών της ΕΣΣΔ και επικεφαλής της NPO Energia.
Οι αρχές λειτουργίας των ηλεκτρικών πυραυλοκινητήρων μπορεί να είναι διαφορετικές. Συνήθως χωρίζονται σε τέσσερις τύπους:

• ηλεκτροθερμική (θέρμανση ή ηλεκτρικό τόξο). Σε αυτά, το αέριο θερμαίνεται σε θερμοκρασίες 1000–5000 Κ και εκτοξεύεται από το ακροφύσιο με τον ίδιο τρόπο όπως σε έναν πυρηνικό πυραυλοκινητήρα.
• ηλεκτροστατικοί κινητήρες (κολλοειδείς και ιοντικοί), στους οποίους η ουσία εργασίας πρώτα ιονίζεται και στη συνέχεια θετικά ιόντα (άτομα χωρίς ηλεκτρόνια) επιταχύνονται σε ένα ηλεκτροστατικό πεδίο και εκτινάσσονται επίσης μέσω του καναλιού του ακροφυσίου, δημιουργώντας ώθηση πίδακα. Οι ηλεκτροστατικοί κινητήρες περιλαμβάνουν επίσης σταθερούς κινητήρες πλάσματος.
• κινητήρες μαγνητοπλάσματος και μαγνητοδυναμικών πυραύλων. Εκεί, το αέριο πλάσμα επιταχύνεται λόγω της δύναμης Ampere στο μαγνητικό και το ηλεκτρικό πεδίο που τέμνονται κάθετα.
• παλμικοί πυραυλοκινητήρες, οι οποίοι χρησιμοποιούν την ενέργεια των αερίων που προκύπτει από την εξάτμιση ενός λειτουργικού ρευστού σε μια ηλεκτρική εκκένωση.

Το πλεονέκτημα αυτών των ηλεκτρικών κινητήρων πυραύλων είναι η χαμηλή κατανάλωση του ρευστού εργασίας, η απόδοση έως και 60% και η υψηλή ταχύτητα ροής σωματιδίων, η οποία μπορεί να μειώσει σημαντικά τη μάζα του διαστημικού σκάφους, αλλά υπάρχει επίσης ένα μειονέκτημα - χαμηλή πυκνότητα ώσης και επομένως χαμηλή ισχύς, καθώς και το υψηλό κόστος του ρευστού εργασίας (αδρανή αέρια ή ατμοί αλκαλικών μετάλλων) για τη δημιουργία πλάσματος.
Όλοι οι αναφερόμενοι τύποι ηλεκτροκινητήρων έχουν εφαρμοστεί στην πράξη και έχουν χρησιμοποιηθεί επανειλημμένα στο διάστημα τόσο σε σοβιετικά όσο και σε αμερικανικά διαστημόπλοια από τα μέσα της δεκαετίας του '60, αλλά λόγω της χαμηλής ισχύος τους χρησιμοποιήθηκαν κυρίως ως κινητήρες διόρθωσης τροχιάς.
Από το 1968 έως το 1988, η ΕΣΣΔ εκτόξευσε μια ολόκληρη σειρά δορυφόρων Cosmos με πυρηνικές εγκαταστάσεις επί του σκάφους. Οι τύποι των αντιδραστήρων ονομάστηκαν: «Buk», «Topaz» και «Yenisei».
Ο αντιδραστήρας του έργου Yenisei είχε θερμική ισχύ έως 135 kW και ηλεκτρική ισχύ περίπου 5 kW. Το ψυκτικό ήταν ένα τήγμα νατρίου-καλίου. Αυτό το έργο έκλεισε το 1996.
Ένας πραγματικός κινητήρας πυραύλων πρόωσης απαιτεί μια πολύ ισχυρή πηγή ενέργειας. Και η καλύτερη πηγή ενέργειας για τέτοιους διαστημικούς κινητήρες είναι ένας πυρηνικός αντιδραστήρας.
Η πυρηνική ενέργεια είναι ένας από τους κλάδους υψηλής τεχνολογίας όπου η χώρα μας διατηρεί ηγετική θέση. Και ένας ουσιαστικά νέος πυραυλικός κινητήρας δημιουργείται ήδη στη Ρωσία και αυτό το έργο είναι κοντά στην επιτυχή ολοκλήρωση το 2018. Οι πτητικές δοκιμές έχουν προγραμματιστεί για το 2020.
Και αν η πυρηνική πρόωση σε αέρια φάση είναι ένα θέμα για τις επόμενες δεκαετίες στο οποίο θα πρέπει να επανέλθει μετά από θεμελιώδη έρευνα, τότε η σημερινή εναλλακτική λύση είναι ένα σύστημα πυρηνικής πρόωσης (NPPU) κλάσης μεγαβάτ, και έχει ήδη δημιουργηθεί από τη Rosatom και Επιχειρήσεις Roscosmos από το 2009.
Η NPO Krasnaya Zvezda, η οποία είναι επί του παρόντος ο μοναδικός κατασκευαστής και κατασκευαστής διαστημικών πυρηνικών σταθμών στον κόσμο, καθώς και το Ερευνητικό Κέντρο που φέρει το όνομα του A. M. V. Keldysh, NIKIET im. N.A. Dollezhala, Ερευνητικό Ινστιτούτο NPO "Luch", "Kurchatov Institute", IRM, IPPE, RIAR και NPO Mashinostroeniya.
Το σύστημα πυρηνικής πρόωσης περιλαμβάνει έναν υψηλής θερμοκρασίας αερόψυκτο πυρηνικό αντιδραστήρα νετρονίων με ένα σύστημα στροβιλομηχανής για τη μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια, ένα σύστημα εκπομπών ψυγείων για την απομάκρυνση της περίσσειας θερμότητας στο διάστημα, ένα διαμέρισμα οργάνων, ένα μπλοκ στήριξης ηλεκτροκινητήρες πλάσματος ή ιόντων και ένα δοχείο για την υποδοχή του ωφέλιμου φορτίου.
Σε ένα σύστημα πρόωσης ισχύος, ένας πυρηνικός αντιδραστήρας χρησιμεύει ως πηγή ηλεκτρικής ενέργειας για τη λειτουργία ηλεκτρικών μηχανών πλάσματος, ενώ το ψυκτικό υγρό αερίου του αντιδραστήρα που διέρχεται από τον πυρήνα εισέρχεται στον στρόβιλο της ηλεκτρικής γεννήτριας και του συμπιεστή και επιστρέφει πίσω στον αντιδραστήρα στο ένας κλειστός βρόχος και δεν εκτοξεύεται στο διάστημα όπως σε μια μηχανή πυρηνικής πρόωσης, γεγονός που καθιστά το σχέδιο πιο αξιόπιστο και ασφαλές και επομένως κατάλληλο για επανδρωμένη διαστημική πτήση.
Προβλέπεται ότι ο πυρηνικός σταθμός θα χρησιμοποιηθεί για επαναχρησιμοποιήσιμο διαστημικό ρυμουλκό για να εξασφαλίσει την παράδοση φορτίου κατά την εξερεύνηση της Σελήνης ή τη δημιουργία τροχιακών συγκροτημάτων πολλαπλών χρήσεων. Το πλεονέκτημα δεν θα είναι μόνο η επαναχρησιμοποιήσιμη χρήση στοιχείων του συστήματος μεταφορών (που προσπαθεί να επιτύχει ο Elon Musk στα διαστημικά του έργα στο SpaceX), αλλά και η δυνατότητα παράδοσης τριπλάσιου φορτίου από ό,τι σε πυραύλους με χημικούς κινητήρες αεριωθουμένων αντίστοιχης ισχύος. μειώνοντας τη μάζα εκτόξευσης του συστήματος μεταφορών. Ο ειδικός σχεδιασμός της εγκατάστασης την καθιστά ασφαλή για τους ανθρώπους και το περιβάλλον στη Γη.
Το 2014, το πρώτο πρότυπο στοιχείο καυσίμου σχεδιασμού (στοιχείο καυσίμου) για αυτό το πυρηνικό ηλεκτρικό σύστημα πρόωσης συναρμολογήθηκε στο JSC Mashinostroitelny Zavod στο Elektrostal και το 2016 πραγματοποιήθηκαν δοκιμές ενός προσομοιωτή καλαθιού πυρήνα αντιδραστήρα.
Τώρα (το 2017) βρίσκονται σε εξέλιξη εργασίες για την κατασκευή δομικών στοιχείων εγκατάστασης και δοκιμής εξαρτημάτων και συγκροτημάτων σε μακέτες, καθώς και αυτόνομες δοκιμές συστημάτων μετατροπής ενέργειας στροβιλομηχανών και πρωτότυπων μονάδων ισχύος. Η ολοκλήρωση των εργασιών έχει προγραμματιστεί για το τέλος του επόμενου 2018, ωστόσο από το 2015 άρχισε να συσσωρεύεται το ανεκτέλεστο χρονοδιάγραμμα.
Έτσι, μόλις δημιουργηθεί αυτή η εγκατάσταση, η Ρωσία θα γίνει η πρώτη χώρα στον κόσμο που θα διαθέτει πυρηνικές διαστημικές τεχνολογίες, οι οποίες θα αποτελέσουν τη βάση όχι μόνο για μελλοντικά έργα για την εξερεύνηση του ηλιακού συστήματος, αλλά και για την επίγεια και εξωγήινη ενέργεια . Οι διαστημικοί πυρηνικοί σταθμοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία συστημάτων εξ αποστάσεως μετάδοσης ηλεκτρικής ενέργειας στη Γη ή σε διαστημικές μονάδες που χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Και αυτό θα γίνει επίσης μια προηγμένη τεχνολογία του μέλλοντος, όπου η χώρα μας θα έχει ηγετική θέση.
Με βάση τους ηλεκτρικούς κινητήρες πλάσματος που αναπτύσσονται, θα δημιουργηθούν ισχυρά συστήματα πρόωσης για ανθρώπινες πτήσεις μεγάλων αποστάσεων στο διάστημα και, πρώτα απ 'όλα, για την εξερεύνηση του Άρη, η τροχιά του οποίου μπορεί να φτάσει σε μόλις 1,5 μήνα και όχι σε περισσότερο από ένα χρόνο, όπως όταν χρησιμοποιείτε συμβατικούς χημικούς κινητήρες τζετ.
Και το μέλλον ξεκινά πάντα με μια επανάσταση στην ενέργεια. Και τίποτα άλλο. Η ενέργεια είναι πρωταρχική και είναι η ποσότητα της κατανάλωσης ενέργειας που επηρεάζει την τεχνική πρόοδο, την αμυντική ικανότητα και την ποιότητα ζωής των ανθρώπων.

Πειραματική μηχανή πυραύλων πλάσματος της NASA

Ο Σοβιετικός αστροφυσικός Νικολάι Καρντάσεφ πρότεινε μια κλίμακα ανάπτυξης πολιτισμών το 1964. Σύμφωνα με αυτή την κλίμακα, το επίπεδο της τεχνολογικής ανάπτυξης των πολιτισμών εξαρτάται από την ποσότητα ενέργειας που χρησιμοποιεί ο πληθυσμός του πλανήτη για τις ανάγκες του. Έτσι, ο πολιτισμός τύπου Ι χρησιμοποιεί όλους τους διαθέσιμους πόρους που είναι διαθέσιμοι στον πλανήτη. Πολιτισμός τύπου II - λαμβάνει την ενέργεια του αστεριού του στο σύστημα του οποίου βρίσκεται. και ένας πολιτισμός τύπου III χρησιμοποιεί τη διαθέσιμη ενέργεια του γαλαξία του. Η ανθρωπότητα δεν έχει ακόμη ωριμάσει σε πολιτισμό τύπου Ι σε αυτήν την κλίμακα. Χρησιμοποιούμε μόνο το 0,16% του συνολικού δυναμικού ενεργειακού αποθέματος του πλανήτη Γη. Αυτό σημαίνει ότι η Ρωσία και ολόκληρος ο κόσμος έχουν περιθώρια ανάπτυξης και αυτές οι πυρηνικές τεχνολογίες θα ανοίξουν το δρόμο για τη χώρα μας όχι μόνο στο διάστημα, αλλά και στη μελλοντική οικονομική ευημερία.
Και, ίσως, η μόνη επιλογή για τη Ρωσία στον επιστημονικό και τεχνικό τομέα είναι να κάνει τώρα μια επαναστατική ανακάλυψη στις πυρηνικές διαστημικές τεχνολογίες, προκειμένου να ξεπεράσει την πολυετή υστέρηση πίσω από τους ηγέτες με ένα «άλμα» και να βρεθεί ακριβώς στην αρχή της μια νέα τεχνολογική επανάσταση στον επόμενο κύκλο ανάπτυξης του ανθρώπινου πολιτισμού. Μια τέτοια μοναδική ευκαιρία πέφτει σε μια συγκεκριμένη χώρα μόνο μία φορά κάθε λίγους αιώνες.
Δυστυχώς, η Ρωσία, η οποία δεν έχει δώσει αρκετή προσοχή στις θεμελιώδεις επιστήμες και την ποιότητα της τριτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης τα τελευταία 25 χρόνια, κινδυνεύει να χάσει αυτή την ευκαιρία για πάντα εάν το πρόγραμμα περιοριστεί και μια νέα γενιά ερευνητών δεν αντικαταστήσει τους σημερινούς επιστήμονες και μηχανικοί. Οι γεωπολιτικές και τεχνολογικές προκλήσεις που θα αντιμετωπίσει η Ρωσία σε 10-12 χρόνια θα είναι πολύ σοβαρές, συγκρίσιμες με τις απειλές των μέσων του εικοστού αιώνα. Προκειμένου να διατηρηθεί η κυριαρχία και η ακεραιότητα της Ρωσίας στο μέλλον, είναι πλέον επειγόντως απαραίτητο να ξεκινήσει η εκπαίδευση ειδικών ικανών να ανταποκριθούν σε αυτές τις προκλήσεις και να δημιουργήσουν κάτι θεμελιωδώς νέο.
Υπάρχουν μόνο περίπου 10 χρόνια για να μετατραπεί η Ρωσία σε παγκόσμιο πνευματικό και τεχνολογικό κέντρο, και αυτό δεν μπορεί να γίνει χωρίς μια σοβαρή αλλαγή στην ποιότητα της εκπαίδευσης. Για μια επιστημονική και τεχνολογική ανακάλυψη, είναι απαραίτητο να επιστρέψουμε στο εκπαιδευτικό σύστημα (τόσο στο σχολείο όσο και στο πανεπιστήμιο) συστηματικές απόψεις σχετικά με την εικόνα του κόσμου, την επιστημονική θεμελίωση και την ιδεολογική ακεραιότητα.
Όσο για τη σημερινή στασιμότητα στη διαστημική βιομηχανία, αυτό δεν είναι τρομακτικό. Οι φυσικές αρχές στις οποίες βασίζονται οι σύγχρονες διαστημικές τεχνολογίες θα είναι ζητούμενες για μεγάλο χρονικό διάστημα στον τομέα των συμβατικών δορυφορικών υπηρεσιών. Ας θυμηθούμε ότι η ανθρωπότητα χρησιμοποίησε το πανί για 5,5 χιλιάδες χρόνια, και η εποχή του ατμού διήρκεσε σχεδόν 200 χρόνια, και μόνο στον εικοστό αιώνα ο κόσμος άρχισε να αλλάζει γρήγορα, επειδή έλαβε χώρα μια άλλη επιστημονική και τεχνολογική επανάσταση, η οποία ξεκίνησε ένα κύμα καινοτομία και μια αλλαγή στις τεχνολογικές δομές, που άλλαξαν τελικά τόσο την παγκόσμια οικονομία όσο και την πολιτική. Το κύριο πράγμα είναι να βρεθούμε στην αρχή αυτών των αλλαγών [email προστατευμένο] ,
ιστότοπος: https://delpress.ru/information-for-subscribers.html

Μπορείτε να εγγραφείτε στην ηλεκτρονική έκδοση του περιοδικού Arsenal of the Fatherland χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο.
Ετήσιο κόστος συνδρομής -
10.800 τρίψτε.

Η πύλη ushtarakarms.ru αναφέρει ότι το 2016, υποβλήθηκε αίτηση στο Ίδρυμα Προηγμένης Έρευνας, που καταρτίστηκε από το επιστημονικό και τεχνικό συμβούλιο της NPO Energomash και το Εθνικό Κέντρο Ερευνών του Ινστιτούτου Kurchatov. Η εφαρμογή είναι αφιερωμένη στην υλοποίηση ενός αρκετά φιλόδοξου έργου που θα επιτρέψει τη δημιουργία ενός κινητήρα πυραύλων πλάσματος χωρίς ηλεκτροδία. Συντομεύεται ως BPRD. Έχει καθοριστεί ένα σαφές πεδίο εργασιών για να επιτραπεί η παραγωγή ενός εργαστηριακού δείγματος του κινητήρα.

Στον πυρήνα του, ένας ηλεκτρικός κινητήρας πρόωσης (ηλεκτρικός κινητήρας πυραύλων) είναι ένας ηλεκτροκινητήρας στον οποίο το λειτουργικό ρευστό είναι ικανό να αποκτήσει επιτάχυνση σε μια ειδική κατάσταση πλάσματος. Η αρχική ιδέα των κινητήρων πλάσματος ανήκει στον Σοβιετικό φυσικό A. I. Morozov. Την παρουσίασε στη δεκαετία του '60. Η σημερινή εφαρμογή τέτοιων κινητήρων είναι η υποστήριξη σημείων εντοπισμού θέσης για δορυφόρους επικοινωνίας.

Η νέα γενιά κινητήρων πλάσματος, που πρόκειται να κατασκευαστούν στην Energomash, έχουν ισχύ άνω των 100 kW. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο για γεωστατικούς δορυφόρους. Τέτοιοι κινητήρες είναι κατάλληλοι για πτήσεις που χαρακτηρίζονται ως διαστρικές.

Τα τελευταία χρόνια στον κόσμο έχουν χαρακτηριστεί από πολλές εξελίξεις των κινητήρων πλάσματος. Μπορούν να ταξινομηθούν ως νέα γενιά. Πρόκειται για μια μηχανή πλάσματος ελικόνων από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος, που συνεργάζεται με την Ιρανική Διαστημική Υπηρεσία και το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Αυστραλίας. Αυτή είναι επίσης η ανάπτυξη Καναδών μηχανικών και Αμερικανών από την Ad Astra Rocket Company. Ο αμερικανοκαναδικός κινητήρας έχει ισχύ 200 kW.

Δημοφιλείς μηχανικοί

Η πύλη topwar.ru διευκρίνισε ότι, σύμφωνα με την υπηρεσία Τύπου της Roscosmos. Το Chemical Automatics Design Bureau θα λάβει μέρος στην ανάπτυξη του κινητήρα. Ο ιστότοπος παραθέτει ένα ανακοινωθέν τύπου από τη Roscosmos: «Η έκδοση του κινητήρα πυραύλων πλάσματος χωρίς ηλεκτροδία που εξετάζεται αυτή τη στιγμή είναι μια νέα γενιά ηλεκτρικής πρόωσης. Αυτός είναι ένας κινητήρας υψηλής ισχύος, η λειτουργική ουσία στην οποία βρίσκεται σε κατάσταση πλάσματος. Έχει υψηλή ενεργειακή απόδοση, τη δυνατότητα χρήσης σχεδόν οποιασδήποτε ουσίας ως λειτουργικό ρευστό, είναι ικανό να αλλάξει την ειδική τιμή παλμού και η μέγιστη ισχύς του κινητήρα περιορίζεται σχεδόν αποκλειστικά από την τροφοδοσία της γεννήτριας υψηλής συχνότητας. Επίσης, ένας κινητήρας αυτού του τύπου μπορεί να έχει δυνητικά μεγάλη διάρκεια ζωής, αφού αφαιρούνται όλοι οι περιορισμοί που σχετίζονται με την επίδραση μιας ενεργειακά κορεσμένης ουσίας εργασίας με δομικά στοιχεία», ανέφερε η υπηρεσία Τύπου.

Εν κατακλείδι, θα ήθελα να πω ότι ούτε ένας κινητήρας πλάσματος για διαστημόπλοια που υπάρχει στην εποχή μας δεν είναι ικανός να παραδώσει έναν πύραυλο ακόμη και στα πλησιέστερα αστέρια. Αυτό ισχύει τόσο για πειραματικά δοκιμασμένες συσκευές όσο και για θεωρητικά υπολογισμένες.

Πολλοί επιστήμονες καταλήγουν σε ένα απαισιόδοξο συμπέρασμα - το χάσμα μεταξύ του πλανήτη μας και των αστεριών είναι μοιραία ανυπέρβλητο. Ακόμη και στο σύστημα Άλφα του Κενταύρου, ορισμένα στοιχεία του οποίου είναι ορατά με γυμνό μάτι από τη Γη, αλλά η απόσταση είναι 39,9 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα. Ακόμη και σε ένα διαστημόπλοιο ικανό να ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός, η κάλυψη αυτής της απόστασης θα χρειαζόταν περίπου 4,2-4,3 χρόνια.

Έτσι, οι μονάδες πλάσματος των διαστημόπλοιων είναι, μάλλον, από τη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας. Αυτό όμως δεν μειώνει καθόλου τη σημασία τους! Χρησιμοποιούνται ως κινητήρες ελιγμών, βοηθητικών και διόρθωσης τροχιάς. Επομένως, η εφεύρεση είναι απολύτως δικαιολογημένη.

Αλλά μια μονάδα πυρηνικών παλμών, που χρησιμοποιεί την ενέργεια των εκρήξεων, έχει πιθανές δυνατότητες ανάπτυξης. Σε κάθε περίπτωση, τουλάχιστον θεωρητικά, η αποστολή ενός αυτόματου καθετήρα στο πλησιέστερο αστρικό σύστημα είναι δυνατή.