Descărcarea dintre anozi și catod într-un motor cu plasmă

Berkant Goksel / Universitatea Tehnică din Berlin

Cercetătorii de la Universitatea Tehnică din Berlin au dezvoltat și testat o nouă versiune a motorului cu plasmă care, spre deosebire de alte prototipuri, poate funcționa la presiunea atmosferică normală, nu scăzută. Lucrarea oamenilor de știință a fost publicată în Jurnalul de fizică: Seria de conferințe, și un scurt rezumat al acestuia Un nou om de știință. Noua centrală este un tip de motor magnetoplasmodinamic care poate fi utilizat pe o mare varietate de clase de aeronave.

Un motor cu plasmă este un tip de motor electric de rachetă. În el, fluidul de lucru capătă accelerație în timp ce se află într-o stare de plasmă. Dezvoltarea unor astfel de sisteme de propulsie a fost realizată de diverse organizații de cercetare cu succes variabil începând cu anii 1950. În special, primul prototip funcțional al unui motor cu plasmă a fost creat și testat de Centrul de Cercetare Lewis (acum Centrul de Cercetare Glenn) în 1961.

Într-un motor cu plasmă, gazul este furnizat în zona inelară de lucru, a cărei parte exterioară este anodul, iar partea interioară, situată mai aproape de ieșire, este catodul. Când se aplică anodului și catodului o tensiune constantă de sute de volți, în zona de lucru are loc o descărcare ionizantă și se formează plasmă. Apoi, această plasmă, sub influența forței Lorentz, începe să se miște spre ieșirea din zona de lucru, creând forță. Un motor cu plasmă necesită o cantitate mare de energie pentru a funcționa.

Potrivit dezvoltatorilor, motorul lor magnetoplasmodinamic este semnificativ superior ca forță față de prototipurile existente anterior. Prototipul lor testat, atunci când este scalat la dimensiunea unui motor de avion convențional, se spune că poate dezvolta o tracțiune de la 50 la 150 de kilonewtoni, în funcție de tensiunea aplicată. Prototipul testat este o instalație cu o lungime de 80 de milimetri și un diametru de 14 milimetri.

Prototipul motorului cu plasmă este format din șase anozi de cupru amplasați în jurul catodului de cupru la o distanță de doi milimetri. Capătul catodului este realizat sub formă de con. În timpul testării, cercetătorii au aplicat tensiuni de până la 16 kilovolți anodului și catodului printr-un generator de impulsuri de înaltă frecvență și tensiune. Tensiunea furnizată depindea de încărcarea condensatoarelor din fața generatorului. Condensatorii au fost încărcați la 300, 400 și 500 de volți.

Când tensiunea a fost aplicată anodului și catodului în impulsuri, între ele au apărut descărcări cu o frecvență de 3,5 kiloherți. Datorită lor, s-a format plasmă în motor. Cercetătorii au verificat că centrala electrică este capabilă să producă o forță vizibilă folosind un pendul lung de 55 de milimetri și cântărind 15 grame. În funcție de tensiunea furnizată anozilor și catodului motorului, abaterea pendulului de la duză a variat între cinci și 25 de grade.

Cercetătorii cred că în viitor astfel de motoare magnetoplasmoddinamice pot fi instalate pe aeronave, iar centralele vor funcționa eficient în toate etapele: de la decolare până la zbor la o altitudine de 50 de mii de metri. În același timp, cercetătorii observă că motoarele cu plasmă necesită o cantitate mare de energie, care nu poate fi stocată folosind baterii. Dezvoltatorii cred că noi motoare cu plasmă vor fi solicitate atunci când vor fi create reactoare termonucleare compacte.

Trebuie remarcat faptul că motoarele electrice de rachete în sine există deja și sunt chiar folosite pe sateliți. Ele creează o forță relativ mică și, prin urmare, sunt potrivite pentru utilizare numai în spațiu. Motoarele electrice de rachete (de tip ionic) includ, în special, propulsorul Hall instalat pe unele modele de satelit. Testarea unei versiuni modernizate a motorului Hall de către americani pe o dronă orbitală.

Motorul Hall este un tip de motor ionic, dar se deosebește de acesta din urmă prin o forță mai mare și un consum mai mic al fluidului de lucru. Xenonul este folosit ca fluid de lucru în centrala electrică. Centrala electrică este o cameră inelară situată între anod și catod. În el este introdus un fluid de lucru, care este ionizat de catod și anod și accelerat de un câmp electrostatic în direcția axială.

Vasily Sychev

Motoare cu plasmă: mit și realitate

Blestemul lui Ciolkovski

Problema extrem de dificilă a creării unei nave spațiale capabile să parcurgă distanțe interstelare într-un timp rezonabil (comparabil cu o viață umană) este determinată de paradigma unei rachete tradiționale. Care poartă la bord o rezervă de combustibil și, ca urmare, cheltuiește aproape toată energia extrasă din combustibil pentru a-l accelera! Expresia matematică a acestui blestem este așa-numita. Formula Tsiolkovsky, rezultată din legea conservării impulsului:

Aceasta nu ia în considerare costurile cu combustibilul pentru ridicarea de pe Pământ și intrarea pe orbită, unde începe accelerația până la viteza de croazieră. Cu toate acestea, este evident că, înainte de a porni într-o călătorie lungă, nava va fi asamblată din module pe orbită joasă a Pământului sau lunară.

motor ionic

N iar astăzi nu există o idee clară despre cum exact navele spațiale vor depăși vreodată limita de viteză de 10.000 km/sec. Este vorba de aproximativ 130 de ani de zbor către cel mai apropiat sistem stelar, Alpha Centauri. Nu are rost să luăm în considerare fanteziile sterile precum nava fotonică. Însăși ideea de a folosi fotonii cu impulsul lor nesemnificativ în comparație cu energia pentru a crea tracțiune este absurdă! Un motor care utilizează energia de fuziune termonucleară este considerat o posibilitate reală. Cu toate acestea, metodele de sinteză la scară mică propuse, care se reduc la aprinderea granulelor de deuteriu + heliu-3 cu fascicule laser sau fascicule de ioni/electroni, este puțin probabil să fie implementate vreodată la bordul unei nave spațiale. Speranțele pentru vele solare sunt fără speranță, pentru că... Pe măsură ce se îndepărtează de Soare, împingerea lor tinde spre zero. Cu o suprafață navigabilă de 1000 mp. km si masa fantastica a aparatului cu vela de 1 tona, intr-un an vor fi parcursi 107,7 miliarde km, iar viteza velierului va ajunge la 1714 km/sec. Și aceasta este o limită practică, deoarece nici după 700 de ani de zbor, când dispozitivul ajunge la sistemul Alpha Centauri, viteza nu va depăși 1715 km/sec. Design-uri pe jumătate nebunești pentru pânze de mărimea Europei, conduse de milioane de lasere de pe Lună, demonstrează în mod clar neputința ideii de barca cu pânze spațială. Deși pentru zborurile în sistemul solar, nu prea departe de Soare, are unele promisiuni.

Printre modelele testate capabile să ofere o forță semnificativă, motoarele nucleare răcite (NRE) sunt de neegalat. Un exemplu excelent al unui astfel de dispozitiv a fost dezvoltat și testat în URSS - RD0410 http://www.kbkha.ru/?p=8&cat=11&prod=66 . Viteza de curgere a fluidului de lucru din duză, acestea. impuls specific I RD poate fi 9 - 10 km/sec.Aceasta este mai mult decât dublul cifrelor orice motoare cu rachete chimice. Cu o limită rezonabilă a greutății de lansare de 10.000 de tone și o greutate netă modestă de 100 de tone(excluzând combustibilul și lichidul de lucru), viteza maximă a navei

Excelent pentru călătorii în Sistemul Solar, dar nu este bun pentru călătoriile către sistemul Alpha Centauri, care ar dura aproximativ 29.000 de ani! O schemă în două etape va da o viteză de două ori mai mare, dar masa de lansare va crește cu un ordin de mărime. Pentru nava noastră cuYARD șicu o masă netă de 100 de tone, care a accelerat la o viteză de 200 km/sec, masa de pornire ar fi mai apropiatăla 50 de miliarde tone! Vitezekm/sec corespunde unei aprovizionări nu atât de groaznice, dar și impresionante de fluid de lucru, care depășește 2 milioane de tone. Astfel, 100 km/sec este dificil de atins, practic limita pentru rachetele cu propulsie nucleară, pe măsură ce te apropii la care începe gigantomania. La prima vedere, o soluție simplă a problemei rezultă din formula lui Tsiolkovsky. Este necesară creșterea impulsului specific cu ordine de mărime, Și atunci nu va trebui să crești exponențial consumul de fluid de lucru. Un motor de propulsie nucleară este în mod fundamental nepotrivit pentru aceasta, din cauza faptului că fluidul de lucru este încălzit într-un reactor nuclear. Debitul necesar al jetuluipoate oferi așa-numita motor cu plasmă.Termenul poate fi aplicat unei familii mari de dispozitive care funcționează pe plasmă în diferite moduri, inclusiv propulsoare de ioni.

Motoare clasice cu plasmă

Orice motor rachetă emite plasmă slab ionizată din duză,dar numai cea care accelerează plasma datorită forțelor electromagnetice care acționează asupra particulelor încărcate este de obicei numită plasmă, ion, electroreactiv. DESPREtotuși, acest lucru este foarte dificil de realizat, deoarece orice sarcină de accelerare a câmpului electric din plasmă va da impulsuri totale de mărime egală ionilor și electronilor. De fapt, modificarea momentului de sarcină în timp este egală cu , unde este forța care acționează asupra sarcinii (într-un câmp cu intensitate ). Deoarece plasma în ansamblu este neutră din punct de vedere electric, suma tuturor sarcinilor pozitive este egală ca mărime cu suma celor negative. Într-un timp infinitezimal, întreaga masă de ioni pozitivi va primi impuls. La felca magnitudine, impulsul îndreptat în sens opus va primi întreaga masă a sarcinilor negative. Prin urmare, impulsul total este zero și, prin urmare, nu va apărea nicio împingere.

Astfel, pentru accelerarea electrică a unei plasme, este necesar să se separe cumva sarcini diferite pentru a accelera sarcinile unui semn, în timp ce sarcinile unui alt semn sunt îndepărtate din zona de acțiune a câmpului de accelerare. Cu toate acestea, este extrem de dificil să separați efectiv taxele! Acest lucru este prevenit de puternicele forțe atractive Coulomb care apar între cheaguri de plasmă încărcate opus și restabilesc imediat echilibrul electric.Metodele utilizate în motoarele cu plasmă existente pentru a separa ionii pozitivi de electroni folosesc un câmp electrostatic sau magnetic. În primul caz, motorul este denumit în mod tradițional ion, iar în al doilea - plasmă.

Diagrama funcțională a unui motor cu ioni „clasic”:

1 - alimentare cu fluid de lucru; 2 - ionizator; 3 - fascicul de ioni; 4 - electrod de focalizare; 5 - electrod de accelerare; 6 - electrod de blocare; 7 - neutralizator; 8 - sursa principala de energie; 9 - sursa de energie auxiliara.Într-un interval relativ îngust între anodul de plasă 4 și catodul 5, are loc accelerarea ionilor de gaz pozitivi (xenon, argon, hidrogen etc.), care este fluidul de lucru al motorului. În acest caz, electronii liberi formați în timpul procesului de ionizare sunt atrași de anod, după care sunt descărcați într-un curent de gaz încărcat pozitiv care curge afară pentru a-l neutraliza. Catodul 6 blochează atracția electronilor lăsând la anod neutralizatorul 7. Anodul nu este doar electrodul 4, ci și întreaga înveliș exterioară a camerei în care are loc ionizarea gazului. Anodul are cel mai mare potențial de ~1.000 V, în timp ce potențialul catodului 5 este de ~100 V, iar catodul 6 are un potențial și mai mic.

Viteza fluxului de gaz, accelerată în intervalul dintre grilele 4 și 5, poate ajunge până la 200 km/sec. Cu toate acestea, forța unui motor cu ioni este neglijabilă, atingând în cel mai bun caz ~0,1 newtoni. Acest lucru este direct legat de problema separării ionilor și electronilor. Care în aceasta, ca și în toate celelalte motoare cu plasmă, este rezolvată extrem de ineficient.Să presupunem cu optimism că împingerea unui motor ionic cu un impuls specific de 200 km/sec a fost adusă la 1 newton (100 de grame). Apoi, o navă cu o masă de lansare de aproximativ 15.000 de tone, din care 14.900 de tone este fluidul de lucru (gaz), va putea accelera până la 1.000 km/sec (conform formulei Tsiolkovsky . Timpul de accelerație este exprimat prin formula , unde este impulsul primit de navă și este forța de împingere. În acest caz avem= 100.000 kg ⋅ 1.000.000 m/sec / 1 N = 100 miliarde de secunde, adică aproximativ 3.200 de ani! Și aceasta este doar o estimare mai mică, iar timpul real de accelerare va fi mult mai lung datorită faptului că impulsul pe care l-a primit fluidul de lucru înainte de a trece prin motor și a zburat din duză trebuie adăugat și la numărătorul fracțiune.

Puterea unui astfel de motor este egală cu = 200.000 wați. Probele cu adevărat funcționale au un ordin de mărime mai puțin. Pentru a reduce timpul de accelerare până la viteza de croazieră, adică pentru a crește forța, consumul de energie electrică și, în consecință, dimensiunile motorului ar trebui mărite. Să presupunem că în acest fel am mărit tracțiunea de 1.000 de ori și am redus timpul de accelerație la o valoare rezonabilă de 3,2 ani. Nu-i rău pentru o viteză de km/sec, deși ar mai dura 1.300 de ani pentru a ajunge la Alpha Centauri. Cu toate acestea, consumul de energie va fi de sute de megawați, ceea ce corespunde unității de putere a unei centrale nucleare medii. Aceasta înseamnă că nu există surse rezonabile de energie pentru motoarele cu ioni spațiali cu o forță de cel puțin zeci de kilograme.

În anii 60 A.I. Morozov și-a propus conceptul de motor cu plasmă, care a fost testat cu succes în anii '70. Aici sarcinile sunt separate printr-un câmp magnetic radial, care este aplicat în zona de accelerare a ionilor pozitivi printr-un câmp electric longitudinal. Electroni mult mai ușori, sub influența forțelor Lorentz, se învârt în spirală în jurul liniilor câmpului magnetic și sunt, parcă, „trași” din plasmă de câmpul magnetic. În acest caz, ionii masivi prin inerție opresc câmpul magnetic, accelerând electric în direcția longitudinală. Mecanismul de neutralizare funcționează în același mod ca într-un motor cu ioni. Această schemă, deși are anumite avantaje față de ea, nu permite obținerea unei forțe semnificativ mai mari cu o putere comparabilă. Metoda magnetică de separare a sarcinii este departe de a fi o soluție eficientă a problemei și nu permite crearea de motoare cu plasmă care ar putea fi utilizate pentru călătoriile interstelare.

Pentru a verifica acest lucru, să presupunem că 1 gram de ioni a putut fi separat de electroni, iar aceștia din urmă s-au acumulat la ieșirea din duză, înfășurându-se în jurul liniilor de forță ale câmpului magnetic transversal cu inducție Tc. Acest exces de sarcină negativă va fi apoi de aproximativ -95.000 C. Este ușor de verificat că ionii „excesului” corespunzători cu o masă totală de 1 g vor accelera până la ~10.000 km/sec în câteva femtosecunde. În acest caz, electronii de sarcină în exces nu vor dobândi un impuls egal față de ioni, ceea ce ar neutraliza efectul reactiv, deoarece câmpul magnetic va transforma acești electroni în traiectorii circulare cu raze de ordinul a 1 metru. Astfel, pentru a da aparatului un impuls de tracțiune10.000 kg ⋅ m/sec = 0,001 kg ⋅ 10.000.000 m/secva fi necesar să se creeze un câmp magnetic super-puternic de ordinul a 10.000 Tesla într-un volum de câțiva metri cubi. Astfel de câmpuri extreme sunt create numai de generatoarele magnetice explozive A.D. Saharov și variațiile lor moderne și există doar pentru microsecunde și în volume măsurate în decimetri cubi. În acest caz, energia câmpului magnetic va fi de ordinul a 10 TeraJoules. Ținând cont de faptul că generatoarele cumulative sunt capabile să transforme până la 20–30% din energia unei explozii chimice, pentru a oferi navei spațiale un impuls de tracțiune de ~10.000kg⋅ m/ secar fi necesar să se utilizeze eficient energia unei explozii nucleare cu o putere de ~10 kt.

Cu o masă a navei de 100 de tone, un milion de astfel de impulsuri vor fi necesare pentru a-și crește viteza cu doar 100 km/sec. Și apoi numai cu condiția ca încărcăturile nucleare să nu fie transportate la bord și să fie plasate în spațiu în avans în zona de accelerație. Dar un milion de bombe nucleare sunt câteva mii de tone de plutoniu, din care puțin mai mult de 300 de tone au fost produse de-a lungul întregii perioade de existență a armelor nucleare. Astfel, având doar un motor cu plasmă cu separare a sarcinii magnetice, este mai bine să uităm de zborul spre stele.

Ce să faci cu plasma?

Aparent, problema separării efective a sarcinii în motoarele cu plasmă este fundamental insolubilă. Există modele avansate de motoare cu plasmă cu o putere de 5 MW și un impuls specific de 1.000 km/sec, dar forța lorar fi egal cu 5.000.000 W / 1.000.000 m/s = 5 N, deci problema reducerii timpului de accelerație rămâne de netrecut. Ca să nu mai vorbim de faptul că megawați de energie electrică consumată sunt greu de obținut în spațiu.

Înțelegând aceste probleme, dezvoltatorii de motoare cu plasmă caută alte abordări. Un entuziasm remarcabil este generat de noul concept VASIMR, care în laborator arată cele mai bune rezultate dintre motoarele cu plasmă: impuls specific 50 km/sec, tracțiune 6 Newtoni și eficiență 60 - 70% (test VX-200). Strict vorbind, VASIMR nici măcar nu este un motor cu plasmă, deoarece generează plasmă la temperatură înaltă, care este accelerată într-o duză Laval - datorită efectelor dinamice ale gazelor și fără electricitate.

Gazul este furnizat sub presiune prin tubul 1, care este mai întâi încălzit și ușor ionizat de radiația cu microunde de la 3. Apoi fluxul de plasmă, izolat de pereți de câmpul magnetic al bobinelor 4, este încălzit suplimentar de antena 5, care emite unde radio. la frecvența ciclotronului (aceasta este frecvența rotației șurubului electronului în jurul liniilor de câmp magnetic longitudinal de putere). O astfel de încălzire rezonantă crește temperatura plasmei la milioane de grade, după care se varsă în duza magnetică Laval 6. Aceasta din urmă protejează pereții de contactul cu plasma fierbinte și transformă energia mișcării termice a ionilor în energia mișcării de translație. a jetului de gaz. În esență, VASIMR produce plasmă foarte fierbinte, puternic ionizată prin încălzire cu microunde. Accelerația cu plasmă are loc destul de similar cu modul în care un jet de gaz este accelerat la ieșirea dintr-un motor de rachetă convențional. Este imposibil să se obțină o astfel de temperatură a plasmei prin arderea combustibilului chimic, dar acest lucru se poate face printr-o explozie nucleară. Rezultatele VASIMR arată unele progrese, dar sunt încă infinit de departe de nevoile expedițiilor interstelare și în mod clar nu au perspective de dezvoltare în această direcție. În ceea ce privește impulsul specific, VASIMR este un pas înapoi.

Estcu normă întreagă: http://spaceflight.nasa.gov/shuttle/support/researching/aspl/images/vasimr.jpg

Există un alt concept, relativ nou, de motor cu plasmă - propulsorul MPD, care are mari speranțe. Ideea este următoarea. Între anod și catod este creată o descărcare de plasmă, astfel încât curentul electric corespunzător induce un câmp magnetic inel. Prin forța Lorentz, câmpul acționează asupra sarcinilor curente în mișcare, deviind unele dintre ele în direcția longitudinală. Acesta este modul în care un cheag de plasmă curge „spre dreapta”, ceea ce creează o împingere de tracțiune. Motorul funcționează în modul puls, deoarece sunt necesare pauze scurte între descărcări pentru a permite acumularea încărcărilor pe electrozi.

MPD - propulsorul nu trebuie să se separe, spre deosebire de sarcini, deoarece în curentul de descărcare se mișcă în direcții opuse și, în consecință, forțele Lorentz au aceleași direcții. Teoretic, acest concept are performanțe remarcabile în comparație cu alte motoare cu plasmă, deoarece poate dezvolta kilograme de tracțiune. Cu toate acestea, un câmp magnetic, în principiu, nu este capabil să accelereze sarcini electrice, deoarece forța Lorentz acționează perpendicular pe viteza sarcinii și, prin urmare, nu își modifică energia cinetică. MPD - propulsorul deviază doar direcția de mișcare a sarcinilor, astfel încât plasma să zboare în direcția longitudinală. Dar pentru ca curentul dintre anod și catod să fie suficient de dens pentru a crea forță, va trebui cheltuită multă energie electrică. În orice caz, puterea electrică consumată nu este inferioară puterii jetului de plasmă. Cu un impuls specific de ~1.000 km/sec și o tracțiune de 100 kg, consumul de energie va fi de sute de megawați, ceea ce este aproape imposibil de generat în spațiu. Dar chiar și cu astfel de indicatori, până acum doar posibil teoretic, ai propulsorului MPD, o navă echipată cu acesta cu o masă netă de 100 de tone va accelera până la10.000 km/sec în 317 ani (!) cu o masă de lansare nerealistă de 2.200.000 de tone. În plus, este imposibil să ne imaginăm consumul de milioane de tone de gaz într-un motor care trece prin el descărcări electrice puternice. Evident, niciun electrod nu poate rezista la astfel de sarcini termice și chimice. La.

Diagrama schematică a MPD - propulsor,

Motoarele cu plasmă sunt folosite astăzi în industria spațială. Cu toate acestea, aceste sisteme, spre deosebire de modelele lichide, pot fi utilizate doar într-un mediu cu vid. Ele sunt cel mai adesea folosite în industria spațială pentru a ține un satelit staționar la anumite coordonate. Recent, fizicienii ruși au testat un motor cu plasmă pentru avioane. Implementarea lui va fi posibilă numai după crearea unor generatoare de energie de dimensiuni adecvate.

Principiul de funcționare al unui motor cu plasmă

Sistemele cu plasmă sunt o versiune a unui motor rachetă care transformă combustibilul în gaz ionizat. În viitor, dezvoltatorii iau în considerare utilizarea acestui echipament pentru zboruri ultrarapide în spațiul cosmic. Primele dezvoltări ale unor astfel de instalații au fost realizate în a doua jumătate a secolului XX..

Un motor de acest tip funcționează pe următorul principiu:

1. În stadiul inițial, gazul este furnizat într-o cameră specială, a cărei suprafață interioară acționează ca un catod, iar suprafața exterioară ca un anod.
2. Când se aplică o tensiune înaltă, câmpul magnetic formează o descărcare de gaz cu ionizarea ulterioară a gazului, care se transformă în plasmă.
3. Substanța plasmatică, respectând legile fizice, iese din zona de lucru, creând propulsie de jet.

Puterea echipamentului depinde direct de intensitatea câmpului magnetic și de dimensiunile dispozitivului. Procesul de formare a plasmei este mai rapid și mai ușorîntr-un mediu vid decât în ​​condiţii atmosferice.

Perspective pentru cea mai recentă dezvoltare

Noul tip de dispozitiv, potrivit dezvoltatorilor, depășește semnificativ predecesorii săi în putere. Este format din 6 anozi instalați în jurul catodului. Sub influența impulsurilor nanosecunde, în dispozitiv apar descărcări de gaze, creând ionizare.

Alexandru Losev

Dezvoltarea rapidă a tehnologiei rachetelor și spațiale în secolul al XX-lea a fost determinată de obiectivele și interesele militar-strategice, politice și, într-o anumită măsură, ideologice ale celor două superputeri - URSS și SUA, iar toate programele spațiale de stat au fost un continuarea proiectelor lor militare, unde sarcina principală a fost nevoia de a asigura capacitatea de apărare și paritatea strategică cu un potențial inamic. Costul creării echipamentelor și costurile operaționale nu aveau o importanță fundamentală atunci. Au fost alocate resurse enorme pentru crearea de vehicule de lansare și nave spațiale, iar zborul de 108 minute al lui Yuri Gagarin în 1961 și transmisiunea de televiziune a lui Neil Armstrong și Buzz Aldrin de la suprafața Lunii în 1969 nu au fost doar triumfuri ale științifice și tehnice. credeau că au fost considerate și victorii strategice în bătăliile din Războiul Rece.

Dar după ce Uniunea Sovietică s-a prăbușit și a renunțat la cursa pentru conducerea mondială, oponenții săi geopolitici, în primul rând Statele Unite, nu au mai avut nevoie să implementeze proiecte spațiale prestigioase, dar extrem de costisitoare, pentru a demonstra lumii întregi superioritatea economiei occidentale. sistem și concepte ideologice.
În anii '90, principalele sarcini politice din anii precedenți și-au pierdut relevanța, confruntarea blocurilor a fost înlocuită de globalizare, pragmatismul a predominat în lume, astfel că majoritatea programelor spațiale au fost restrânse sau amânate; doar ISS a rămas ca moștenire din proiectele de anvergură ale trecutul. În plus, democrația occidentală a făcut ca toate programele guvernamentale costisitoare să depindă de ciclurile electorale.
Sprijinul alegătorilor, necesar pentru a câștiga sau a menține puterea, obligă politicienii, parlamentele și guvernele să se încline spre populism și să rezolve probleme pe termen scurt, astfel încât cheltuielile pentru explorarea spațiului sunt reduse an de an.
Majoritatea descoperirilor fundamentale au fost făcute în prima jumătate a secolului al XX-lea, iar astăzi știința și tehnologia au atins anumite limite, în plus, popularitatea cunoștințelor științifice a scăzut în întreaga lume, iar calitatea predării matematicii, fizicii și a altor lucruri naturale. științele s-au deteriorat. Acesta a devenit motivul stagnării, inclusiv în sectorul spațial, din ultimele două decenii.
Dar acum devine evident că lumea se apropie de sfârșitul unui alt ciclu tehnologic bazat pe descoperirile secolului trecut. Prin urmare, orice putere care va poseda tehnologii fundamental noi promițătoare în momentul schimbării structurii tehnologice globale va asigura automat liderul global pentru cel puțin următorii cincizeci de ani.

Proiectarea fundamentală a unui motor de propulsie nucleară cu hidrogen ca fluid de lucru

Acest lucru se realizează atât în ​​Statele Unite, care au stabilit un curs pentru renașterea măreției americane în toate sferele de activitate, cât și în China, care contestă hegemonia americană, cât și în Uniunea Europeană, care încearcă din toate puterile să să-și mențină ponderea în economia globală.
Există o politică industrială acolo și sunt serios implicați în dezvoltarea propriului potențial științific, tehnic și de producție, iar sfera spațială poate deveni cel mai bun teren de testare pentru testarea noilor tehnologii și pentru demonstrarea sau infirmarea ipotezelor științifice care pot pune bazele. pentru crearea unei tehnologii fundamental diferite, mai avansate a viitorului.
Și este firesc să ne așteptăm ca Statele Unite să fie prima țară în care proiectele de explorare a spațiului adânc vor fi reluate pentru a crea tehnologii inovatoare unice în domeniul armelor, transporturilor și materialelor structurale, precum și în biomedicină și telecomunicații.
Adevărat, nici măcar SUA nu este garantat succesul în crearea de tehnologii revoluționare. Există un risc mare de a ajunge într-o fundătură atunci când se îmbunătățesc motoare de rachete vechi de o jumătate de secol bazate pe combustibil chimic, așa cum face SpaceX de la Elon Musk, sau când se creează sisteme de susținere a vieții pentru zboruri lungi, similare celor deja implementate pe ISS.
Poate Rusia, a cărei stagnare în sectorul spațial devine din ce în ce mai vizibilă în fiecare an, să facă un salt în cursa pentru ca viitoarea conducere tehnologică să rămână în clubul superputerilor, și nu pe lista țărilor în curs de dezvoltare?
Da, desigur, Rusia poate și, în plus, un pas înainte a fost deja făcut în energia nucleară și în tehnologiile motoarelor de rachete nucleare, în ciuda subfinanțării cronice a industriei spațiale.
Viitorul astronauticii este utilizarea energiei nucleare. Pentru a înțelege modul în care tehnologia nucleară și spațiul sunt conectate, este necesar să se ia în considerare principiile de bază ale propulsiei cu reacție.
Deci, principalele tipuri de motoare spațiale moderne sunt create pe principiile energiei chimice. Acestea sunt acceleratoare cu combustibil solid și motoare rachete lichide, în camerele lor de ardere componentele combustibilului (combustibil și oxidant) intră într-o reacție de combustie fizică și chimică exotermă, formând un curent jet care ejectează tone de substanță din duza motorului în fiecare secundă. Energia cinetică a fluidului de lucru al jetului este transformată într-o forță reactivă suficientă pentru a propulsa racheta. Impulsul specific (raportul dintre forța generată și masa combustibilului utilizat) al unor astfel de motoare chimice depinde de componentele combustibilului, de presiunea și temperatura din camera de ardere, precum și de greutatea moleculară a amestecului gazos ejectat prin duza motorului.
Și cu cât temperatura substanței și presiunea din interiorul camerei de ardere sunt mai mari și cu cât masa moleculară a gazului este mai mică, cu atât impulsul specific este mai mare și, prin urmare, eficiența motorului. Impulsul specific este o cantitate de mișcare și este de obicei măsurat în metri pe secundă, la fel ca viteza.
În motoarele chimice, cel mai mare impuls specific este furnizat de amestecurile de combustibil oxigen-hidrogen și fluor-hidrogen (4500–4700 m/s), dar cele mai populare (și convenabile de operat) au devenit motoarele-rachetă care funcționează cu kerosen și oxigen, pt. de exemplu, rachetele Soyuz și Musk's Falcon, precum și motoarele care utilizează dimetilhidrazină nesimetrică (UDMH) cu un oxidant sub formă de amestec de tetroxid de azot și acid azotic (proton sovietic și rusesc, francez Ariane, american Titan). Eficiența lor este de 1,5 ori mai mică decât cea a motoarelor cu hidrogen, dar un impuls de 3000 m/s și puterea sunt destul de suficiente pentru a face rentabilă din punct de vedere economic lansarea de tone de sarcină utilă pe orbitele apropiate de Pământ.
Dar zborurile către alte planete necesită nave spațiale mult mai mari decât orice a creat omenirea anterior, inclusiv ISS modulară. În aceste nave este necesar să se asigure existența autonomă pe termen lung a echipajelor și o anumită aprovizionare cu combustibil și durata de viață a principalelor motoare și motoare pentru manevre și corectarea orbitei, pentru a asigura livrarea astronauților într-un modul special de aterizare. la suprafața altei planete și întoarcerea lor pe nava principală de transport și apoi și întoarcerea expediției pe Pământ.
Cunoștințele de inginerie acumulate și energia chimică a motoarelor fac posibilă întoarcerea pe Lună și ajungerea pe Marte, așa că există o mare probabilitate ca omenirea să viziteze Planeta Roșie în următorul deceniu.
Dacă ne bazăm doar pe tehnologiile spațiale existente, atunci masa minimă a modulului locuibil pentru un zbor cu echipaj uman către Marte sau către sateliții lui Jupiter și Saturn va fi de aproximativ 90 de tone, adică de 3 ori mai mult decât navele lunare de la începutul anilor 1970. , ceea ce înseamnă că vehiculele de lansare pentru lansarea lor pe orbite de referință pentru un zbor ulterioară către Marte vor fi mult superioare Saturn 5 (greutate de lansare 2965 tone) al proiectului lunar Apollo sau transportatorului sovietic Energia (greutate de lansare 2400 tone). Va fi necesar să se creeze un complex interplanetar pe orbită cu o greutate de până la 500 de tone. Un zbor pe o navă interplanetară cu motoare cu rachete chimice va necesita de la 8 luni la 1 an doar într-o singură direcție, deoarece va trebui să faceți manevre gravitaționale, folosind forța gravitațională a planetelor și o rezervă colosală de combustibil pentru a accelera suplimentar nava. .
Dar folosind energia chimică a motoarelor de rachete, omenirea nu va zbura mai departe de orbita lui Marte sau a lui Venus. Avem nevoie de viteze diferite de zbor ale navelor spațiale și de altă energie de mișcare mai puternică.

Design modern al unui motor de rachetă nucleară Princeton Satellite Systems

Pentru a explora spațiul adânc, este necesar să creștem semnificativ raportul tracțiune-greutate și eficiența motorului rachetei și, prin urmare, să creștem impulsul specific și durata de viață a acestuia. Și pentru a face acest lucru, este necesar să încălziți un gaz sau o substanță fluidă de lucru cu masă atomică scăzută în interiorul camerei motorului la temperaturi de câteva ori mai mari decât temperatura de ardere chimică a amestecurilor de combustibil tradiționale, iar acest lucru se poate face folosind o reacție nucleară.
Dacă, în locul unei camere de ardere convenționale, un reactor nuclear este plasat în interiorul unui motor rachetă, în zona activă a căreia este furnizată o substanță sub formă lichidă sau gazoasă, atunci acesta, încălzit la presiune ridicată până la câteva mii de grade, va începe. pentru a fi ejectat prin canalul duzei, creând tracțiunea jetului. Impulsul specific al unui astfel de motor nuclear cu reacție va fi de câteva ori mai mare decât cel al unuia convențional cu componente chimice, ceea ce înseamnă că eficiența atât a motorului în sine, cât și a vehiculului de lansare în ansamblu va crește de multe ori. În acest caz, nu va fi necesar un oxidant pentru arderea combustibilului, iar hidrogenul gazos ușor poate fi utilizat ca substanță care creează propulsie de jet; știm că cu cât masa moleculară a gazului este mai mică, cu atât impulsul va fi mai mare, iar acest lucru va fi foarte mare. reduceți masa rachetei cu o putere mai bună a motorului.
Un motor nuclear va fi mai bun decât unul convențional, deoarece în zona reactorului gazul ușor poate fi încălzit la temperaturi care depășesc 9 mii de grade Kelvin, iar un jet de astfel de gaz supraîncălzit va oferi un impuls specific mult mai mare decât poate oferi motoarele chimice convenționale. . Dar asta este în teorie.
Pericolul nici măcar nu este ca atunci când este lansat un vehicul de lansare cu o astfel de instalație nucleară, poate apărea contaminarea radioactivă a atmosferei și spațiului din jurul rampei de lansare; principala problemă este că la temperaturi ridicate motorul însuși, împreună cu nava spațială, poate topi. Designerii și inginerii înțeleg acest lucru și încearcă de câteva decenii să găsească soluții potrivite.
Motoarele de rachete nucleare (NRE) au deja propria lor istorie de creare și funcționare în spațiu. Prima dezvoltare a motoarelor nucleare a început la mijlocul anilor 1950, adică chiar înainte de zborul uman în spațiu și aproape simultan atât în ​​URSS, cât și în SUA, și însăși ideea de a folosi reactoare nucleare pentru a încălzi funcționarea. substanța într-un motor de rachetă s-a născut împreună cu primii rectori la mijlocul anilor 40, adică acum mai bine de 70 de ani.
În țara noastră, inițiatorul creării propulsiei nucleare a fost fizicianul termic Vitali Mikhailovici Ievlev. În 1947, a prezentat un proiect care a fost susținut de S. P. Korolev, I. V. Kurchatov și M. V. Keldysh. Inițial, s-a planificat utilizarea unor astfel de motoare pentru rachete de croazieră și apoi instalarea lor pe rachete balistice. Dezvoltarea a fost întreprinsă de principalele birouri de proiectare a apărării din Uniunea Sovietică, precum și de institutele de cercetare NIITP, CIAM, IAE, VNIINM.
Motorul nuclear sovietic RD-0410 a fost asamblat la mijlocul anilor ’60 la Biroul de proiectare a automatelor chimice Voronezh, unde au fost create majoritatea motoarelor de rachete lichide pentru tehnologia spațială.
RD-0410 a folosit hidrogen ca fluid de lucru, care sub formă lichidă a trecut printr-o „manta de răcire”, eliminând excesul de căldură de pe pereții duzei și împiedicând-o să se topească, apoi a intrat în miezul reactorului, unde a fost încălzit la 3000K și eliberat prin duzele canalului, transformând astfel energia termică în energie cinetică și creând un impuls specific de 9100 m/s.
În SUA, proiectul de propulsie nucleară a fost lansat în 1952, iar primul motor de funcționare a fost creat în 1966 și a fost numit NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). În anii 60 și 70, Uniunea Sovietică și Statele Unite au încercat să nu cedeze reciproc.
Adevărat, atât RD-0410-ul nostru, cât și NERVA american au fost motoare cu propulsie nucleară în fază solidă (combustibilul nuclear pe bază de carburi de uraniu era în stare solidă în reactor), iar temperatura lor de funcționare era în intervalul 2300-3100K.
Pentru a crește temperatura miezului fără riscul de explozie sau topire a pereților reactorului, este necesar să se creeze astfel de condiții de reacție nucleară în care combustibilul (uraniul) se transformă în stare gazoasă sau se transformă în plasmă și este menținut în interiorul reactorului. printr-un câmp magnetic puternic, fără a atinge pereții. Și apoi hidrogenul care intră în miezul reactorului „curge în jurul” uraniului în fază gazoasă și, transformându-se în plasmă, este ejectat cu o viteză foarte mare prin canalul duzei.
Acest tip de motor se numește motor de propulsie nucleară în fază gazoasă. Temperaturile combustibilului gazos de uraniu din astfel de motoare nucleare pot varia de la 10 mii la 20 mii de grade Kelvin, iar impulsul specific poate ajunge la 50.000 m/s, care este de 11 ori mai mare decât cel al celor mai eficiente motoare cu rachete chimice.
Crearea și utilizarea motoarelor de propulsie nucleară în fază gazoasă de tipuri deschise și închise în tehnologia spațială este cea mai promițătoare direcție în dezvoltarea motoarelor de rachete spațiale și exact ceea ce umanitatea are nevoie pentru a explora planetele Sistemului Solar și sateliții lor.
Primele cercetări privind proiectul de propulsie nucleară în fază gazoasă au început în URSS în 1957 la Institutul de Cercetare a Proceselor Termice (Centrul Național de Cercetare numit după M. V. Keldysh), și decizia de a dezvolta centrale nucleare spațiale bazate pe reactoare nucleare în fază gazoasă. a fost realizat în 1963 de academicianul V. P. Glushko (NPO Energomash), apoi aprobat printr-o rezoluție a Comitetului Central al PCUS și a Consiliului de Miniștri al URSS.
Dezvoltarea motoarelor de propulsie nucleară în fază gazoasă a fost realizată în Uniunea Sovietică timp de două decenii, dar, din păcate, nu a fost niciodată finalizată din cauza finanțării insuficiente și a necesității unor cercetări fundamentale suplimentare în domeniul termodinamicii combustibilului nuclear și a plasmei de hidrogen, fizica neutronilor si magnetohidrodinamica.
Oamenii de știință nucleari sovietici și inginerii de proiectare s-au confruntat cu o serie de probleme, cum ar fi atingerea criticității și asigurarea stabilității funcționării unui reactor nuclear în fază gazoasă, reducerea pierderii de uraniu topit în timpul eliberării hidrogenului încălzit la câteva mii de grade, protecție termică. a duzei și a generatorului de câmp magnetic și acumularea de produse de fisiune a uraniului, selecția materialelor de construcție rezistente chimic etc.
Și când vehiculul de lansare Energia a început să fie creat pentru programul sovietic Mars-94 pentru primul zbor cu echipaj către Marte, proiectul motorului nuclear a fost amânat pe termen nelimitat. Uniunea Sovietică nu a avut suficient timp și, cel mai important, voință politică și eficiență economică, pentru a ateriza cosmonauții noștri pe planeta Marte în 1994. Aceasta ar fi o realizare incontestabilă și o dovadă a liderului nostru în domeniul tehnologiei înalte în următoarele câteva decenii. Dar spațiul, ca multe alte lucruri, a fost trădat de ultima conducere a URSS. Istoria nu poate fi schimbată, oamenii de știință și inginerii plecați nu pot fi readuși înapoi, iar cunoștințele pierdute nu pot fi restaurate. Multe vor trebui create din nou.
Dar energia nucleară spațială nu se limitează doar la sfera motoarelor de propulsie nucleară în fază solidă și gazoasă. Energia electrică poate fi folosită pentru a crea un flux încălzit de materie într-un motor cu reacție. Această idee a fost exprimată pentru prima dată de Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky în 1903 în lucrarea sa „Explorarea spațiilor lumii folosind instrumente cu reacție”.
Iar primul motor de rachetă electrotermic din URSS a fost creat în anii 1930 de Valentin Petrovici Glushko, viitor academician al Academiei de Științe a URSS și șeful NPO Energia.
Principiile de funcționare ale motoarelor electrice cu rachete pot fi diferite. Ele sunt de obicei împărțite în patru tipuri:

• electrotermic (încălzire sau arc electric). În ele, gazul este încălzit la temperaturi de 1000–5000K și ejectat din duză în același mod ca într-un motor de rachetă nucleară.
• motoarele electrostatice (coloidale și ionice), în care substanța de lucru este mai întâi ionizată, iar apoi ionii pozitivi (atomi lipsiți de electroni) sunt accelerați într-un câmp electrostatic și sunt, de asemenea, ejectați prin canalul duzei, creând tracțiunea jetului. Motoarele electrostatice includ și motoarele cu plasmă staționare.
• magnetoplasmă și motoare rachete magnetodinamice. Acolo, plasma de gaz este accelerată datorită forței Ampere în câmpurile magnetice și electrice care se intersectează perpendicular.
• motoarele cu rachete cu impulsuri, care folosesc energia gazelor rezultate din evaporarea unui fluid de lucru într-o descărcare electrică.

Avantajul acestor motoare electrice de rachetă este consumul redus de fluid de lucru, eficiența de până la 60% și viteza mare de curgere a particulelor, care poate reduce semnificativ masa navei spațiale, dar există și un dezavantaj - densitatea scăzută de tracțiune și, prin urmare, putere redusă, precum și costul ridicat al fluidului de lucru (gaze inerte sau vapori de metale alcaline) pentru a crea plasmă.
Toate tipurile de motoare electrice enumerate au fost implementate în practică și au fost utilizate în mod repetat în spațiu atât pe navele spațiale sovietice, cât și pe cele americane încă de la mijlocul anilor ’60, dar datorită puterii lor reduse au fost folosite în principal ca motoare de corectare a orbitei.
Din 1968 până în 1988, URSS a lansat o serie întreagă de sateliți Cosmos cu instalații nucleare la bord. Tipurile de reactoare au fost denumite: „Buk”, „Topaz” și „Yenisei”.
Reactorul proiectului Yenisei avea o putere termică de până la 135 kW și o putere electrică de aproximativ 5 kW. Lichidul de răcire a fost o topitură de sodiu-potasiu. Acest proiect a fost încheiat în 1996.
Un motor de rachetă cu propulsie reală necesită o sursă foarte puternică de energie. Și cea mai bună sursă de energie pentru astfel de motoare spațiale este un reactor nuclear.
Energia nucleară este una dintre industriile high-tech în care țara noastră își menține o poziție de lider. Și un motor de rachetă fundamental nou este deja creat în Rusia și acest proiect este aproape de finalizare cu succes în 2018. Testele de zbor sunt programate pentru 2020.
Și dacă propulsia nucleară în fază gazoasă este un subiect pentru deceniile viitoare la care va trebui revenit după cercetări fundamentale, atunci alternativa sa de astăzi este un sistem de propulsie nucleară de clasă megawați (NPPU) și a fost deja creat de Rosatom și Întreprinderile Roscosmos din 2009.
NPO Krasnaya Zvezda, care este în prezent singurul dezvoltator și producător de centrale nucleare spațiale din lume, precum și Centrul de cercetare numit după A. M. V. Keldysh, NIKIET numit după. N.A. Dollezhala, Institutul de Cercetare NPO „Luch”, „Institutul Kurchatov”, IRM, IPPE, RIAR și NPO Mashinostroeniya.
Sistemul de propulsie nucleară include un reactor nuclear cu neutroni rapid, răcit cu gaz, la temperatură înaltă, cu un sistem de turbomașină pentru conversia energiei termice în energie electrică, un sistem de emițătoare frigorifice pentru îndepărtarea excesului de căldură în spațiu, un compartiment de instrumente, un bloc de susținere. motoare electrice cu plasmă sau ioni și un container pentru a găzdui sarcina utilă.
Într-un sistem de propulsie, un reactor nuclear servește ca sursă de energie electrică pentru funcționarea motoarelor electrice cu plasmă, în timp ce lichidul de răcire cu gaz al reactorului care trece prin miez intră în turbina generatorului și compresorului electric și se întoarce înapoi în reactor în o buclă închisă și nu este aruncată în spațiu ca într-un motor de propulsie nucleară, ceea ce face ca designul să fie mai fiabil și mai sigur și, prin urmare, potrivit pentru zborul spațial cu echipaj.
Este planificat ca centrala nucleară să fie folosită pentru un remorcher spațial reutilizabil pentru a asigura livrarea mărfurilor în timpul explorării Lunii sau crearea de complexe orbitale multifuncționale. Avantajul va fi nu numai utilizarea reutilizabilă a elementelor sistemului de transport (pe care Elon Musk încearcă să le realizeze în proiectele sale spațiale SpaceX), ci și capacitatea de a livra de trei ori mai multă marfă decât pe rachete cu motoare cu reacție chimice de putere comparabilă. prin reducerea masei de lansare a sistemului de transport . Designul special al instalației o face sigură pentru oameni și mediul de pe Pământ.
În 2014, primul element de combustibil de proiectare standard (element de combustibil) pentru acest sistem de propulsie electrică nucleară a fost asamblat la JSC Mashinostroitelny Zavod din Elektrostal, iar în 2016 au fost efectuate teste ale unui simulator de coș de miez de reactor.
Acum (în 2017) se lucrează la fabricarea elementelor structurale de instalare și testare a componentelor și ansamblurilor pe machete, precum și testarea autonomă a sistemelor de conversie a energiei turbomașinilor și a unităților de putere prototip. Finalizarea lucrărilor este programată pentru sfârșitul anului 2018, însă, din 2015, restanța de program a început să se acumuleze.
Deci, de îndată ce această instalație va fi creată, Rusia va deveni prima țară din lume care deține tehnologii spațiale nucleare, care vor sta la baza nu numai pentru proiectele viitoare de explorare a sistemului solar, ci și pentru energia terestră și extraterestră. . Centralele nucleare spațiale pot fi utilizate pentru a crea sisteme pentru transmiterea de la distanță a energiei electrice pe Pământ sau către modulele spațiale folosind radiații electromagnetice. Și aceasta va deveni și o tehnologie avansată a viitorului, unde țara noastră va avea o poziție de lider.
Pe baza motoarelor electrice cu plasmă aflate în curs de dezvoltare, vor fi create sisteme de propulsie puternice pentru zborurile umane pe distanțe lungi în spațiu și, în primul rând, pentru explorarea lui Marte, a cărui orbită poate fi atinsă în doar 1,5 luni, și nu în mai mult de un an, ca atunci când se utilizează motoare cu reacție chimice convenționale.
Iar viitorul începe întotdeauna cu o revoluție a energiei. Si nimic altceva. Energia este primară și este cantitatea de energie consumată care afectează progresul tehnic, capacitatea de apărare și calitatea vieții oamenilor.

Motor experimental de rachetă cu plasmă NASA

Astrofizicianul sovietic Nikolai Kardashev a propus o scară de dezvoltare a civilizațiilor încă din 1964. Conform acestei scale, nivelul de dezvoltare tehnologică a civilizațiilor depinde de cantitatea de energie pe care populația planetei o folosește pentru nevoile sale. Astfel, civilizația de tip I folosește toate resursele disponibile disponibile pe planetă; Civilizația de tip II - primește energia stelei sale în sistemul în care se află; iar o civilizație de tip III folosește energia disponibilă a galaxiei sale. Omenirea nu s-a maturizat încă la civilizația de tip I la această scară. Folosim doar 0,16% din rezerva totală de energie potențială a planetei Pământ. Aceasta înseamnă că Rusia și întreaga lume au loc să crească, iar aceste tehnologii nucleare vor deschide calea țării noastre nu numai către spațiu, ci și către prosperitatea economică viitoare.
Și, poate, singura opțiune pentru Rusia în sfera științifică și tehnică este să facă acum o descoperire revoluționară în tehnologiile spațiale nucleare pentru a depăși decalajul de mulți ani în spatele liderilor într-un singur „salt” și a fi chiar la originile o nouă revoluție tehnologică în următorul ciclu de dezvoltare a civilizației umane. O astfel de șansă unică revine unei anumite țări doar o dată la câteva secole.
Din păcate, Rusia, care nu a acordat suficientă atenție științelor fundamentale și calității învățământului superior și secundar în ultimii 25 de ani, riscă să piardă pentru totdeauna această șansă dacă programul este restrâns și o nouă generație de cercetători nu îi înlocuiește pe actualii oameni de știință și ingineri. Provocările geopolitice și tehnologice cu care se va confrunta Rusia în 10-12 ani vor fi foarte serioase, comparabile cu amenințările de la mijlocul secolului XX. Pentru a păstra în viitor suveranitatea și integritatea Rusiei, acum este urgent să începem formarea de specialiști capabili să răspundă acestor provocări și să creeze ceva fundamental nou.
Sunt doar aproximativ 10 ani pentru a transforma Rusia într-un centru intelectual și tehnologic global, iar acest lucru nu se poate face fără o schimbare serioasă a calității educației. Pentru o descoperire științifică și tehnologică, este necesar să se revină sistemului de învățământ (atât școlar, cât și universitar) opinii sistematice asupra imaginii lumii, fundamentalității științifice și integrității ideologice.
În ceea ce privește stagnarea actuală din industria spațială, acest lucru nu este înfricoșător. Principiile fizice pe care se bazează tehnologiile spațiale moderne vor fi solicitate mult timp în sectorul serviciilor convenționale prin satelit. Să ne amintim că omenirea a folosit vele timp de 5,5 mii de ani, iar epoca aburului a durat aproape 200 de ani, iar abia în secolul al XX-lea lumea a început să se schimbe rapid, pentru că a avut loc o altă revoluție științifică și tehnologică, care a lansat un val de inovație. și o schimbare a structurilor tehnologice, care a schimbat în cele din urmă atât economia mondială, cât și politica. Principalul lucru este să fii la originile acestor schimbări [email protected] ,
site: https://delpress.ru/information-for-subscribers.html

Vă puteți abona la versiunea electronică a revistei Arsenalul Patriei folosind link-ul.
Costul abonamentului anual -
10.800 de ruble.

Portalul militaryarms.ru relatează că, în 2016, a fost depusă o cerere la Fundația pentru Cercetare Avansată, întocmită de consiliul științific și tehnic al NPO Energomash și Centrul Național de Cercetare Institutul Kurchatov. Aplicația este dedicată implementării unui proiect destul de ambițios care va permite crearea unui motor de rachetă cu plasmă fără electrod. Abreviat ca BPRD. A fost stabilit un domeniu clar de lucru pentru a permite producerea unui eșantion de laborator al motorului.

În esență, un motor electric de propulsie (motor rachetă electric) este un motor electric în care fluidul de lucru este capabil să dobândească accelerație într-o stare specială de plasmă. Ideea originală a motoarelor cu plasmă aparține fizicianului sovietic A. I. Morozov, care a propus-o încă din anii 60. Aplicația de astăzi a unor astfel de motoare este de a sprijini punctele de poziționare pentru sateliții de comunicații.

Noua generație de motoare cu plasmă, care urmează să fie fabricate la Energomash, au o putere de peste 100 kW. Ele pot fi folosite nu numai pentru sateliții geostaționari. Astfel de motoare sunt potrivite pentru zboruri care sunt caracterizate ca fiind interstelare.

Ultimii ani în lume au fost marcați de mai multe dezvoltări ale motoarelor cu plasmă. Ei pot fi clasificați ca o nouă generație. Acesta este un motor cu plasmă helicon de la Agenția Spațială Europeană, care colaborează cu Agenția Spațială Iraniană și Universitatea Națională Australiană. Aceasta este și dezvoltarea inginerilor canadieni și a americanilor de la Ad Astra Rocket Company. Motorul american-canadian are o putere de 200 kW.

Mecanici populare

Portalul topwar.ru a clarificat că, potrivit serviciului de presă al Roscosmos. Biroul de proiectare a automatelor chimice va lua parte la dezvoltarea motorului. Site-ul citează un comunicat de presă de la Roscosmos: „Versiunea motorului rachetei cu plasmă fără electrozi care este luată în considerare în prezent este o nouă generație de propulsie electrică. Acesta este un motor de mare putere, substanța de lucru în care se află în stare de plasmă. Are o eficiență energetică ridicată, capacitatea de a folosi aproape orice substanță ca fluid de lucru, este capabil să modifice valoarea impulsului specific, iar puterea maximă a motorului este limitată aproape exclusiv de alimentarea cu energie a generatorului de înaltă frecvență. De asemenea, un motor de acest tip poate avea o durată de viață îndelungată, deoarece toate restricțiile asociate cu influența unei substanțe de lucru saturate de energie cu elemente structurale sunt înlăturate”, a spus serviciul de presă.

În concluzie, aș dori să spun că niciun motor cu plasmă pentru navele spațiale existente în timpul nostru nu este capabil să livreze o rachetă chiar și către cele mai apropiate stele. Acest lucru se aplică atât dispozitivelor testate experimental, cât și celor calculate teoretic.

Mulți oameni de știință ajung la o concluzie pesimistă - decalajul dintre planeta noastră și stele este fatal de netrecut. Chiar și la sistemul Alpha Centauri, dintre care unele componente sunt vizibile cu ochiul liber de pe Pământ, dar distanța este de 39,9 trilioane de kilometri. Chiar și pe o navă spațială capabilă să călătorească cu viteza luminii, acoperirea acestei distanțe ar dura aproximativ 4,2-4,3 ani.

Deci, unitățile de plasmă ale navelor stelare sunt, mai degrabă, din domeniul science fiction-ului. Dar asta nu le diminuează deloc importanța! Sunt folosite ca motoare de manevră, auxiliare și de corectare a orbitei. Prin urmare, invenția este complet justificată.

Dar o unitate de impuls nuclear, care utilizează energia exploziilor, are un potențial probabil de dezvoltare. În orice caz, cel puțin în teorie, este posibilă trimiterea unei sonde automate către cel mai apropiat sistem stelar.