Shkarkimi midis anodës dhe katodës në një motor plazma

Berkant Goksel / Universiteti Teknik i Berlinit

Studiuesit nga Universiteti Teknik i Berlinit kanë zhvilluar dhe testuar një version të ri të motorit plazma, i cili, ndryshe nga prototipet e tjera, mund të funksionojë në presion normal dhe jo të ulët atmosferik. Puna e shkencëtarëve u botua në Revista e Fizikës: Seria e Konferencave, dhe një përmbledhje të shkurtër të saj Shkencëtar i ri. Termocentrali i ri është një lloj motori magnetoplazmodinamik që mund të përdoret potencialisht në një shumëllojshmëri të gjerë të klasave të avionëve.

Një motor plazma është një lloj motori me raketa elektrike. Në të, lëngu i punës fiton përshpejtim ndërsa është në gjendje plazmatike. Zhvillimi i sistemeve të tilla shtytëse është kryer nga organizata të ndryshme kërkimore me sukses të ndryshëm që nga vitet 1950. Në veçanti, prototipi i parë i punës i një motori plazma u krijua dhe u testua nga Qendra Kërkimore Lewis (tani Qendra Kërkimore Glenn) në 1961.

Në një motor plazma, gazi furnizohet në zonën unazore të punës, pjesa e jashtme e së cilës është anoda, dhe pjesa e brendshme, e vendosur më afër prizës, është katoda. Kur një tension konstant prej qindra voltësh aplikohet në anodë dhe katodë, në zonën e punës ndodh një shkarkesë jonizuese dhe formohet plazma. Pastaj kjo plazmë, nën ndikimin e forcës së Lorencit, fillon të lëvizë drejt daljes nga zona e punës, duke krijuar shtytje. Një motor plazma kërkon një sasi të madhe energjie për të funksionuar.

Sipas zhvilluesve, motori i tyre magnetoplazmodinamik është dukshëm më i lartë në shtytje ndaj prototipeve ekzistues më parë. Prototipi i tyre i testuar, kur shkallëzohet në madhësinë e një motori konvencional avioni, thuhet se është në gjendje të zhvillojë shtytje nga 50 në 150 kilonewton, në varësi të tensionit të aplikuar. Prototipi i testuar është një instalim me gjatësi 80 milimetra dhe diametër 14 milimetra.

Prototipi i motorit të plazmës përbëhet nga gjashtë anoda bakri të vendosura rreth katodës së bakrit në një distancë prej dy milimetrash. Fundi i katodës është bërë në formën e një koni. Gjatë testimit, studiuesit aplikuan tensione deri në 16 kilovolt në anodë dhe katodë përmes një gjeneratori pulsi me frekuencë të lartë, me tension të lartë. Tensioni i furnizuar varej nga ngarkesa e kondensatorëve përpara gjeneratorit. Kondensatorët u ngarkuan në 300, 400 dhe 500 volt.

Kur u aplikua tension në anodë dhe katodë në impulse, midis tyre u shfaqën shkarkime me një frekuencë prej 3.5 kilohertz. Falë tyre, plazma u formua në motor. Studiuesit verifikuan se termocentrali është në gjendje të prodhojë shtytje të dukshme duke përdorur një lavjerrës 55 milimetra të gjatë dhe me peshë 15 gram. Në varësi të tensionit të furnizuar në anodat dhe katodën e motorit, devijimi i lavjerrësit nga hunda varionte nga pesë në 25 gradë.

Studiuesit besojnë se në të ardhmen motorë të tillë magnetoplazmodinamikë mund të instalohen në avionë dhe termocentralet do të funksionojnë me efikasitet në të gjitha fazat: nga ngritja në fluturim në një lartësi prej 50 mijë metrash. Në të njëjtën kohë, studiuesit vërejnë se motorët plazma kërkojnë një sasi të madhe energjie, e cila nuk mund të ruhet duke përdorur bateri. Zhvilluesit besojnë se motorët e rinj të plazmës do të jenë në kërkesë kur të krijohen reaktorë kompakt termonuklear.

Duhet të theksohet se vetë motorët e raketave elektrike tashmë ekzistojnë dhe madje përdoren në satelitë. Ato krijojnë relativisht pak shtytje dhe për këtë arsye janë të përshtatshme për përdorim vetëm në hapësirë. Motorët elektrikë të raketave (lloji jonik) përfshijnë, në veçanti, shtytësin Hall të instaluar në disa modele satelitore. Testimi i një versioni të modernizuar të motorit Hall nga amerikanët në një dron orbital.

Motori Hall është një lloj motori jonik, por ndryshon nga ky i fundit në shtytje më të madhe dhe konsum më të ulët të lëngut të punës. Ksenoni përdoret si lëng pune në termocentral. Termocentrali është një dhomë unazore e vendosur midis anodës dhe katodës. Një lëng pune futet në të, i cili jonizohet nga katoda dhe anoda dhe përshpejtohet nga një fushë elektrostatike në drejtimin boshtor.

Vasily Sychev

Motorët e plazmës: mit dhe realitet

Mallkimi i Tsiolkovskit

Problemi jashtëzakonisht i vështirë i krijimit të një anije kozmike të aftë për të mbuluar distancat ndëryjore në një kohë të arsyeshme (të krahasueshme me një jetë njerëzore) përcaktohet nga paradigma e një rakete tradicionale. E cila mbart një furnizim me karburant në bord dhe, si rezultat, shpenzon pothuajse të gjithë energjinë e nxjerrë nga karburanti për ta përshpejtuar atë! Shprehja matematikore e këtij mallkimi është e ashtuquajtura. Formula Tsiolkovsky, që rezulton nga ligji i ruajtjes së momentit:

Kjo nuk merr parasysh kostot e karburantit për ngritjen nga Toka dhe hyrjen në orbitë, ku fillon përshpejtimi në shpejtësinë e lundrimit. Sidoqoftë, është e qartë se përpara se të niset në një udhëtim të gjatë, anija do të mblidhet nga module në orbitën e ulët të Tokës ose Hënës.

Motori jonik

N dhe sot nuk ka një ide të qartë se si anija kozmike do të kapërcejë ndonjëherë kufirin e shpejtësisë prej 10,000 km/sek. Ky është afërsisht 130 vjet fluturim drejt sistemit më të afërt yjor, Alpha Centauri. Nuk ka kuptim të merren në konsideratë fantazitë sterile si ylli i fotonit. Vetë ideja e përdorimit të fotoneve me vrullin e tyre të parëndësishëm në krahasim me energjinë për të krijuar shtytje është absurde! Një motor që përdor energjinë e shkrirjes termonukleare po konsiderohet si një mundësi reale. Megjithatë, metodat e propozuara të sintezës në shkallë të vogël, të cilat përfundojnë në ndezjen e peletave deuterium + helium-3 me rreze lazer ose rreze jon/elektroni, nuk ka gjasa të zbatohen ndonjëherë në bordin e një anije kozmike. Shpresat për velat diellore janë të pashpresë, sepse... Ndërsa largohen nga Dielli, shtytja e tyre tenton në zero. Me një sipërfaqe vela prej 1000 m2. km dhe masa fantastike e pajisjes me vela 1 ton, në një vit do të përshkohen 107.7 miliardë km, dhe shpejtësia e anijes me vela do të arrijë në 1714 km/sek. Dhe ky është një kufi praktik, pasi edhe pas 700 vitesh fluturim, kur pajisja të arrijë në sistemin Alpha Centauri, shpejtësia nuk do të kalojë 1715 km/sek. Modelet gjysmë të çmendura për velat me madhësinë e Evropës, të drejtuara nga miliona lazer nga Hëna, tregojnë qartë pafuqinë e idesë së një varke me vela hapësinore. Edhe pse për fluturimet në sistemin diellor, jo shumë larg nga Dielli, ai ka disa premtime.

Ndër modelet e testuara të afta për të siguruar shtytje të konsiderueshme, motorët bërthamorë të ftohur (NRE) janë të pakrahasueshëm. Një shembull i shkëlqyer i një pajisjeje të tillë u zhvillua dhe u testua në BRSS - RD0410 http://www.kbkha.ru/?p=8&cat=11&prod=66 . Shpejtësia e rrjedhjes së lëngut të punës nga hunda, ato. impulsi specifik I RD mund të jetë 9 - 10 km/sek.Kjo është më shumë se dyfishi i shifrave ndonjë motorët kimikë të raketave. Me një kufi të arsyeshëm të peshës së lëshimit prej 10,000 tonësh dhe një peshë neto modeste prej 100 tonësh(me përjashtim të karburantit dhe lëngut të punës), shpejtësia maksimale e anijes

E shkëlqyeshme për udhëtime në Sistemin Diellor, por jo e mirë për udhëtime në sistemin Alpha Centauri, i cili do të zgjaste rreth 29,000 vjet! Një skemë me dy faza do të japë dyfishin e shpejtësisë, por masa e nisjes do të rritet me një renditje të madhësisë. Për anijen tonë meOborr dheme një masë neto prej 100 ton, e cila u përshpejtua në një shpejtësi prej 200 km/sek, masa fillestare do të ishte më afërnë 50 miliardë ton! Shpejtësitëkm/sek korrespondon me një furnizim jo aq të tmerrshëm, por edhe mbresëlënës të lëngut punues, i cili i kalon 2 milionë tonë.. Kështu, 100 km/sek është e vështirë të arrihet, praktike kufiri për raketat me energji bërthamore, ndërsa afroheni tek e cila fillon gjigantomania. Në pamje të parë, një zgjidhje e thjeshtë për problemin rrjedh nga formula e Tsiolkovsky. Është e nevojshme të rritet impulsi specifik sipas urdhrave të madhësisë, Dhe atëherë nuk do t'ju duhet të rriteni në mënyrë eksponenciale konsumi i lëngut të punës. Një motor shtytës bërthamor është thelbësisht i papërshtatshëm për këtë, për shkak të faktit se lëngu i punës nxehet në një reaktor bërthamor. Shkalla e kërkuar e rrjedhës së avionitmund të sigurojë të ashtuquajturat motor plazma.Termi mund të përdoret për një familje të madhe pajisjesh që funksionojnë në plazmë në mënyra të ndryshme, duke përfshirë shtytësit e joneve.

Motorë plazma klasike

Çdo motor rakete lëshon plazmë të dobët të jonizuar nga hunda,por vetëm ajo që përshpejton plazmën për shkak të forcave elektromagnetike që veprojnë në grimcat e ngarkuara zakonisht quhet plazma, jon, elektroreaktive. RRETHmegjithatë, kjo është shumë e vështirë për t'u bërë, pasi çdo ngarkesë elektrike përshpejtuese e fushës në plazmë do t'u japë impulse totale me madhësi të barabartë joneve dhe elektroneve. Në fakt, ndryshimi i momentit të ngarkesës me kalimin e kohës është i barabartë me , ku është forca që vepron në ngarkesë (në një fushë me intensitet ). Meqenëse plazma në tërësi është elektrikisht neutrale, shuma e të gjitha ngarkesave pozitive është e barabartë në madhësi me shumën e atyre negative. Në një kohë të pafundme, e gjithë masa e joneve pozitive do të marrë vrull. Njësojnë madhësi, impulsi i drejtuar në drejtim të kundërt do të marrë të gjithë masën e ngarkesave negative. Prandaj, impulsi total është zero dhe, për rrjedhojë, nuk do të ndodhë asnjë shtytje.

Kështu, për nxitimin elektrik të një plazme, është e nevojshme që disi të ndahen ngarkesat ndryshe nga ato për të përshpejtuar ngarkesat e një shenje, ndërsa ngarkesat e një shenje tjetër hiqen nga zona e veprimit të fushës përshpejtuese. Megjithatë, është jashtëzakonisht e vështirë të ndash në mënyrë efektive tarifat! Kjo parandalohet nga forcat e fuqishme tërheqëse të Kulombit që lindin midis mpiksjeve të plazmës me ngarkesë të kundërt dhe rivendosin menjëherë ekuilibrin elektrik.Metodat e përdorura në motorët ekzistues të plazmës për të ndarë jonet pozitive nga elektronet përdorin një fushë elektrostatike ose magnetike. Në rastin e parë, motori quhet tradicionalisht jon, dhe në të dytën - plazma.

Diagrami funksional i një motori jonik "klasik":

1 - furnizimi me lëng pune; 2 - jonizues; 3 - rreze jonike; 4 - elektrodë fokusuese; 5 - elektrodë përshpejtuese; 6 - elektroda bllokuese; 7 - neutralizues; 8 - burimi kryesor i energjisë; 9 - burimi ndihmës i energjisë.Në një interval relativisht të ngushtë midis anodës së rrjetës 4 dhe katodës 5, ndodh nxitimi i joneve pozitive të gazit (ksenon, argon, hidrogjen, etj.), i cili është lëngu i punës i motorit. Në këtë rast, elektronet e lira të formuara gjatë procesit të jonizimit tërhiqen në anodë, pas së cilës ato shkarkohen në një rrjedhë gazi të ngarkuar pozitivisht që rrjedh për ta neutralizuar atë. Katoda 6 bllokon tërheqjen e elektroneve duke lënë neutralizuesin 7 në anodë. Anoda nuk është vetëm elektroda 4, por edhe e gjithë shtresa e jashtme e dhomës në të cilën ndodh jonizimi i gazit. Anoda ka potencialin më të lartë prej ~ 1000 V, ndërsa potenciali i katodës 5 është ~ 100 V, dhe katoda 6 ka një potencial edhe më të ulët.

Shpejtësia e rrymës së gazit, e përshpejtuar në intervalin ndërmjet rrjeteve 4 dhe 5, mund të arrijë deri në 200 km/sek. Megjithatë, shtytja e një motori jonik është e papërfillshme, duke arritur në ~ 0,1 njuton në rastin më të mirë. Kjo lidhet drejtpërdrejt me problemin e ndarjes së joneve dhe elektroneve. E cila në këtë, si në të gjithë motorët e tjerë të plazmës, zgjidhet jashtëzakonisht joefektivisht.Le të supozojmë me optimizëm se shtytja e një motori jonik me një impuls specifik prej 200 km/sek u soll në 1 Njuton (100 gram). Më pas, një anije me një masë lëshimi prej rreth 15,000 tonë, nga të cilat 14,900 tonë është lëngu (gazi) i punës, do të jetë në gjendje të përshpejtojë deri në 1000 km/sek (sipas formulës Tsiolkovsky . Koha e nxitimit shprehet me formulën , ku është impulsi i marrë nga anija dhe është forca e shtytjes. Në këtë rast kemi= 100,000 kg ⋅ 1,000,000 m/sek / 1 N = 100 miliardë sekonda, që është afërsisht 3200 vjet! Dhe ky është vetëm një vlerësim më i ulët, dhe koha aktuale e nxitimit do të jetë shumë më e gjatë për faktin se impulsi që lëngu i punës mori para se të kalonte nëpër motor dhe të fluturonte nga hunda duhet gjithashtu t'i shtohet numëruesit të fraksion.

Fuqia e një motori të tillë është e barabartë me = 200,000 Watts. Mostrat me të vërtetë të punës kanë një rend të madhësisë më pak. Për të reduktuar kohën e përshpejtimit në shpejtësinë e lundrimit, d.m.th., për të rritur shtytjen, duhet të rritet konsumi i energjisë elektrike dhe, në përputhje me rrethanat, dimensionet e motorit. Le të supozojmë se në këtë mënyrë e rritëm shtytjen me 1000 herë dhe e reduktuam kohën e nxitimit në 3.2 vjet të arsyeshëm. Jo keq për një shpejtësi prej km/sek, megjithëse do të duheshin edhe 1300 vjet të tjera për të arritur në Alpha Centauri. Megjithatë, konsumi i energjisë do të jetë qindra megavat, që korrespondon me njësinë e energjisë të një termocentrali mesatar bërthamor. Kjo do të thotë se nuk ka burime të arsyeshme energjie për motorët jonikë kozmikë me një shtytje prej të paktën dhjetëra kilogramë.

Në vitet '60 A.I. Morozov propozoi konceptin e tij të një motori plazma, i cili u testua me sukses në vitet '70. Këtu ngarkesat ndahen nga një fushë magnetike radiale, e cila aplikohet në zonën e nxitimit të joneve pozitive nga një fushë elektrike gjatësore. Elektrone shumë më të lehta, nën ndikimin e forcave të Lorencit, rrotullohen rreth linjave të fushës magnetike dhe, si të thuash, "tërhiqen" nga plazma nga fusha magnetike. Në këtë rast, jonet masive nga inercia e kalojnë fushën magnetike, duke u përshpejtuar elektrikisht në drejtimin gjatësor. Mekanizmi i neutralizimit funksionon në të njëjtën mënyrë si në një motor jonik. Kjo skemë, megjithëse ka disa avantazhe ndaj saj, nuk lejon arritjen e një shtytje dukshëm më të madhe me fuqi të krahasueshme. Metoda magnetike e ndarjes së ngarkesës është larg nga një zgjidhje efektive për problemin dhe nuk lejon krijimin e motorëve plazma që mund të përdoren për udhëtime ndëryjore.

Për ta verifikuar këtë, le të supozojmë se 1 gram jone ishte në gjendje të ndahej nga elektronet dhe këto të fundit të grumbulloheshin në dalje nga hunda, duke u mbështjellë rreth vijave të forcës së fushës magnetike tërthore me induksion Tc. Kjo ngarkesë negative e tepërt atëherë do të jetë afërsisht -95,000 C. Është e lehtë të verifikohet se jonet përkatëse "të tepërta" me një masë totale prej 1 g do të përshpejtohen në ~ 10,000 km/sek në disa femtosekonda. Në këtë rast, elektronet me ngarkesë të tepërt nuk do të fitojnë vrull të barabartë drejt joneve, gjë që do të neutralizonte efektin reaktiv, sepse fusha magnetike do t'i kthejë këto elektrone në trajektore rrethore me rreze të rendit 1 metër. Kështu, për t'i dhënë aparatit një impuls tërheqës10,000 kg ⋅ m/sek = 0,001 kg ⋅ 10,000,000 m/sekdo të jetë e nevojshme të krijohet një fushë magnetike super e fuqishme e rendit 10,000 Tesla në një vëllim prej disa metrash kub. Fusha të tilla ekstreme krijohen vetëm nga gjeneratorët magnetikë shpërthyes A.D. Sakharov dhe variacionet e tyre moderne, dhe ato ekzistojnë vetëm për mikrosekonda dhe në vëllime të matura në decimetra kub. Në këtë rast, energjia e fushës magnetike do të jetë e rendit të 10 TeraJoules. Duke marrë parasysh faktin se gjeneratorët kumulativë janë në gjendje të konvertojnë deri në 20-30% të energjisë së një shpërthimi kimik, për t'i dhënë anijes një impuls tërheqës prej ~ 10,000kg⋅ m/ sekdo të ishte e nevojshme të përdoret në mënyrë efektive energjia e një shpërthimi bërthamor me fuqi ~10 kt.

Me një masë anijeje prej 100 tonësh, do të nevojiten një milion impulse të tilla për të rritur shpejtësinë e saj me vetëm 100 km/sek. Dhe pastaj vetëm me kushtin që ngarkesat bërthamore të mos duhej të mbaheshin në bord dhe ato të vendoseshin në hapësirë ​​paraprakisht në zonën e nxitimit. Por një milion bomba bërthamore janë disa mijëra ton plutonium, nga të cilat pak më shumë se 300 tonë u prodhuan gjatë gjithë periudhës së ekzistencës së armëve bërthamore. Kështu, duke pasur vetëm një motor plazma me ndarje të ngarkesës magnetike, është më mirë të harrosh fluturimin drejt yjeve.

Çfarë të bëni me plazmën?

Me sa duket, problemi i ndarjes efektive të ngarkesës në motorët e plazmës është thelbësisht i pazgjidhshëm. Ekzistojnë modele të avancuara të motorëve plazma me fuqi 5 MW dhe një impuls specifik prej 1000 km/sek, por shtytja e tyredo të ishte e barabartë me 5,000,000 W / 1,000,000 m/s = 5 N, kështu që problemi i reduktimit të kohës së nxitimit mbetet i pakapërcyeshëm. Për të mos përmendur që megavat e konsumit të energjisë elektrike janë të vështira për t'u gjetur në hapësirë.

Duke kuptuar këto probleme, zhvilluesit e motorëve plazma po kërkojnë qasje të tjera. Entuziazmi i dukshëm gjenerohet nga koncepti i ri VASIMR, i cili në laborator tregon rezultatet më të mira midis motorëve plazma: impuls specifik 50 km/sek, shtytje 6 Njuton dhe rendiment 60 - 70% (test VX-200). Në mënyrë të rreptë, VASIMR nuk është as një motor plazma, sepse gjeneron plazmë me temperaturë të lartë, e cila përshpejtohet në një grykë Laval - për shkak të efekteve dinamike të gazit dhe pa energji elektrike.

Gazi furnizohet nën presion përmes tubit 1, i cili fillimisht nxehet dhe jonizohet pak nga rrezatimi i mikrovalës nga 3. Më pas rrjedha e plazmës, e izoluar nga muret nga fusha magnetike e bobinave 4, nxehet gjithashtu nga antena 5, e cila lëshon valë radio në frekuencën e ciklotronit (kjo është frekuenca e rrotullimit të vidës së elektronit rreth linjave të fushës magnetike gjatësore të fuqisë). Një ngrohje e tillë rezonante rrit temperaturën e plazmës në miliona gradë, pas së cilës ajo derdhet në grykën magnetike Laval 6. Kjo e fundit mbron muret nga kontakti me plazmën e nxehtë dhe e shndërron energjinë e lëvizjes termike të joneve në energjinë e lëvizjes përkthimore të avionit të gazit. Në thelb, VASIMR prodhon plazmë shumë të nxehtë, shumë të jonizuar përmes ngrohjes me mikrovalë. Përshpejtimi i plazmës ndodh në mënyrë të ngjashme me mënyrën se si një avion gazi përshpejtohet në daljen e një motori rakete konvencionale. Është e pamundur të arrihet një temperaturë e tillë e plazmës duke djegur lëndë djegëse kimike, por kjo mund të bëhet përmes një shpërthimi bërthamor.. Rezultatet e VASIMR tregojnë njëfarë progresi, por ato janë ende pafundësisht larg nevojave të ekspeditave ndëryjore dhe qartësisht nuk kanë perspektiva për zhvillim në këtë drejtim. Për sa i përket impulsit specifik, VASIMR është një hap prapa.

Lindjakohë e plotë: http://spaceflight.nasa.gov/shuttle/support/researching/aspl/images/vasimr.jpg

Ekziston një koncept tjetër, relativisht i ri i një motori plazma - shtytësi MPD, i cili ka shpresa të mëdha. Ideja është si më poshtë. Një shkarkesë plazmatike krijohet midis anodës dhe katodës në mënyrë që rryma elektrike përkatëse të shkaktojë një fushë magnetike unazore. Me anë të forcës së Lorencit, fusha vepron në lëvizjen e ngarkesave aktuale, duke devijuar disa prej tyre në drejtimin gjatësor. Kjo është mënyra se si një mpiksje plazma rrjedh "në të djathtë", e cila krijon një shtytje tërheqëse. Motori funksionon në modalitetin e pulsit, sepse Pauzat e shkurtra midis shkarkimeve janë të nevojshme për të lejuar që ngarkesat të grumbullohen në elektroda.

MPD - shtytës nuk ka nevojë të ndahet ndryshe nga ngarkesat, sepse në rrymën e shkarkimit ato lëvizin në drejtime të kundërta dhe, në përputhje me rrethanat, forcat Lorentz kanë të njëjtat drejtime. Teorikisht, ky koncept ka performancë të jashtëzakonshme në krahasim me motorët e tjerë plazma, sepse mund të zhvillojë kilogramë shtytje. Sidoqoftë, një fushë magnetike, në parim, nuk është e aftë të përshpejtojë ngarkesat elektrike, sepse forca e Lorencit vepron pingul me shpejtësinë e ngarkesës dhe, për rrjedhojë, nuk e ndryshon energjinë e saj kinetike. MPD - shtytësi vetëm devijon drejtimin e lëvizjes së ngarkesave në mënyrë që plazma të fluturojë jashtë në drejtimin gjatësor. Por në mënyrë që rryma midis anodës dhe katodës të jetë mjaft e dendur për të krijuar shtytje, do të duhet të shpenzohet shumë energji elektrike. Në çdo rast, fuqia elektrike e konsumuar nuk është inferiore ndaj fuqisë së avionit të plazmës. Me një impuls specifik prej ~ 1000 km/sek dhe një shtytje prej 100 kg, konsumi i energjisë do të jetë qindra megavat, gjë që është pothuajse e pamundur të gjenerohet në hapësirë. Por edhe me tregues të tillë, deri më tani vetëm teorikisht të mundshëm, të MPD - shtytës, një anije e pajisur me të me një masë neto prej 100 tonë do të përshpejtohet në10,000 km/sek në 317 vjet (!) me një masë nisjeje joreale prej 2,200,000 tonësh. Për më tepër, është e pamundur të imagjinohet konsumi i miliona tonëve gaz në një motor që kalon shkarkime të fuqishme elektrike përmes tij. Natyrisht, asnjë elektrodë nuk mund të përballojë ngarkesa të tilla termike dhe kimike. për të.

Diagrami skematik i MPD - shtytës,

Motorët e plazmës përdoren sot në industrinë hapësinore. Megjithatë, këto sisteme, ndryshe nga modelet e lëngshme, mund të përdoren vetëm në një mjedis vakum. Ato përdoren më shpesh në industrinë hapësinore për të mbajtur një satelit të palëvizshëm në koordinata të caktuara. Kohët e fundit, fizikanët rusë testuan një motor plazma për avionë. Zbatimi i tij do të jetë i mundur vetëm pasi të krijohen gjeneratorë energjie të madhësive të përshtatshme.

Parimi i funksionimit të një motori plazma

Sistemet e plazmës janë një version i një motori rakete që konverton karburantin në gaz të jonizuar. Në të ardhmen, zhvilluesit po konsiderojnë përdorimin e kësaj pajisjeje për fluturime ultra të shpejta në hapësirën e jashtme. Zhvillimet e para të instalimeve të tilla u kryen në gjysmën e dytë të shekullit të 20-të..

Një motor i këtij lloji funksionon në parimin e mëposhtëm:

1. Në fazën fillestare, gazi furnizohet në një dhomë të veçantë, sipërfaqja e brendshme e së cilës vepron si një katodë, dhe sipërfaqja e jashtme si një anodë.
2. Kur aplikohet një tension i lartë, fusha magnetike formon një shkarkim gazi me jonizimin e mëvonshëm të gazit, i cili shndërrohet në plazmë.
3. Substanca plazmatike, duke iu bindur ligjeve fizike, shpërthen nga zona e punës, duke krijuar një shtytje jet.

Fuqia e pajisjes varet drejtpërdrejt nga forca e fushës magnetike dhe dimensionet e pajisjes. Procesi i formimit të plazmës është më i shpejtë dhe më i lehtë në një mjedis vakum sesa në kushte atmosferike.

Perspektivat për zhvillimin më të fundit

Lloji i ri i pajisjes, sipas zhvilluesve, tejkalon ndjeshëm paraardhësit e tij në fuqi. Ai përbëhet nga 6 anoda të instaluara rreth katodës. Nën ndikimin e pulseve nanosekonda, në pajisje ndodhin shkarkime gazi, duke krijuar jonizimin.

Aleksandër Losev

Zhvillimi i shpejtë i teknologjisë raketore dhe hapësinore në shekullin e 20-të u përcaktua nga qëllimet dhe interesat ushtarako-strategjike, politike dhe, në një farë mase, ideologjike të dy superfuqive - BRSS dhe SHBA, dhe të gjitha programet shtetërore hapësinore ishin një vazhdimi i projekteve të tyre ushtarake, ku detyra kryesore ishte nevoja e sigurimit të aftësisë mbrojtëse dhe barazisë strategjike me një armik të mundshëm. Kostoja e krijimit të pajisjeve dhe kostot e funksionimit nuk kishin rëndësi themelore atëherë. Burime të mëdha u ndanë për krijimin e mjeteve nisëse dhe anijeve kozmike, dhe fluturimi 108-minutësh i Yuri Gagarin në 1961 dhe transmetimi televiziv i Neil Armstrong dhe Buzz Aldrin nga sipërfaqja e Hënës në 1969 nuk ishin vetëm triumf të shkencës dhe teknikës. mendohej se ato konsideroheshin edhe si fitore strategjike në betejat e Luftës së Ftohtë.

Por pasi Bashkimi Sovjetik u shemb dhe u largua nga gara për lidershipin botëror, kundërshtarët e tij gjeopolitikë, kryesisht Shtetet e Bashkuara, nuk kishin më nevojë të zbatonin projekte hapësinore prestigjioze, por jashtëzakonisht të kushtueshme, në mënyrë që t'i provonin të gjithë botës epërsinë e ekonomisë perëndimore. sistemi dhe konceptet ideologjike.
Në vitet '90, detyrat kryesore politike të viteve të mëparshme humbën rëndësinë, përballja e bllokut u zëvendësua nga globalizimi, pragmatizmi mbizotëroi në botë, kështu që shumica e programeve hapësinore u kufizuan ose u shtynë; vetëm ISS mbeti si trashëgimi nga projektet në shkallë të gjerë të e shkuara. Përveç kësaj, demokracia perëndimore ka bërë që të gjitha programet e shtrenjta të qeverisë të varen nga ciklet zgjedhore.
Mbështetja e votuesve, e nevojshme për të fituar ose mbajtur pushtetin, i detyron politikanët, parlamentet dhe qeveritë të anojnë drejt populizmit dhe të zgjidhin problemet afatshkurtra, kështu që shpenzimet për eksplorimin e hapësirës reduktohen vit pas viti.
Shumica e zbulimeve themelore u bënë në gjysmën e parë të shekullit të njëzetë, dhe sot shkenca dhe teknologjia kanë arritur kufij të caktuar, për më tepër, popullariteti i njohurive shkencore është ulur në të gjithë botën, dhe cilësia e mësimdhënies së matematikës, fizikës dhe lëndëve të tjera natyrore. shkencat janë përkeqësuar. Kjo është bërë arsyeja e stagnimit, përfshirë edhe sektorin hapësinor, të dy dekadave të fundit.
Por tani bëhet e qartë se bota po i afrohet fundit të një cikli tjetër teknologjik bazuar në zbulimet e shekullit të kaluar. Prandaj, çdo fuqi që do të zotërojë teknologji thelbësisht të reja premtuese në kohën e ndryshimit të strukturës teknologjike globale do të sigurojë automatikisht lidershipin global për të paktën pesëdhjetë vitet e ardhshme.

Dizajni themelor i një motori shtytës bërthamor me hidrogjen si një lëng pune

Kjo realizohet si në Shtetet e Bashkuara të Amerikës, të cilat kanë vendosur rrugën e ringjalljes së madhështisë amerikane në të gjitha sferat e veprimtarisë, ashtu edhe në Kinë, e cila po sfidon hegjemoninë amerikane, dhe në Bashkimin Evropian, që po përpiqet me të gjitha forcat për të. ruajnë peshën e saj në ekonominë globale.
Ka një politikë industriale atje dhe ata janë të angazhuar seriozisht në zhvillimin e potencialit të tyre shkencor, teknik dhe të prodhimit, dhe sfera hapësinore mund të bëhet terreni më i mirë i testimit për testimin e teknologjive të reja dhe për të provuar ose hedhur poshtë hipotezat shkencore që mund të hedhin themelet. për krijimin e një teknologjie thelbësisht të ndryshme, më të avancuar të së ardhmes.
Dhe është krejt e natyrshme të pritet që Shtetet e Bashkuara të jenë vendi i parë ku do të rifillojnë projektet e eksplorimit të thellë të hapësirës për të krijuar teknologji unike inovative në fushën e armëve, transportit dhe materialeve strukturore, si dhe në biomjekësi dhe telekomunikacion.
Vërtetë, as Shteteve të Bashkuara nuk u garantohet suksesi në krijimin e teknologjive revolucionare. Ekziston një rrezik i lartë për të përfunduar në një rrugë pa krye kur përmirësohen motorët e raketave gjysmë shekulli të vjetër të bazuar në karburant kimik, siç po bën SpaceX i Elon Musk, ose kur krijohen sisteme të mbështetjes për jetën për fluturime të gjata të ngjashme me ato të zbatuara tashmë në ISS.
A mundet Rusia, stagnimi i së cilës në sektorin hapësinor po bëhet më i dukshëm çdo vit, të bëjë një hap në garën për lidershipin e ardhshëm teknologjik për të mbetur në klubin e superfuqive dhe jo në listën e vendeve në zhvillim?
Po, sigurisht, Rusia mundet, dhe për më tepër, një hap i dukshëm përpara është bërë tashmë në energjinë bërthamore dhe në teknologjitë e motorëve të raketave bërthamore, megjithë financimin kronik të industrisë hapësinore.
E ardhmja e astronautikës është përdorimi i energjisë bërthamore. Për të kuptuar se si teknologjia bërthamore dhe hapësira janë të lidhura, është e nevojshme të merren parasysh parimet themelore të shtytjes së avionëve.
Pra, llojet kryesore të motorëve modernë të hapësirës krijohen mbi parimet e energjisë kimike. Këta janë përshpejtues të karburantit të ngurtë dhe motorë raketash të lëngëta, në dhomat e tyre të djegies përbërësit e karburantit (karburanti dhe oksiduesi) hyjnë në një reaksion djegieje ekzotermike fizike dhe kimike, duke formuar një rrymë avion që nxjerr tonelata substanca nga gryka e motorit çdo sekondë. Energjia kinetike e lëngut të punës së avionit shndërrohet në një forcë reaktive të mjaftueshme për të shtyrë raketën. Impulsi specifik (raporti i shtytjes së gjeneruar me masën e karburantit të përdorur) i motorëve të tillë kimikë varet nga përbërësit e karburantit, presioni dhe temperatura në dhomën e djegies, si dhe nga pesha molekulare e përzierjes së gaztë të nxjerrë përmes grykë motori.
Dhe sa më e lartë të jetë temperatura e substancës dhe presioni brenda dhomës së djegies, dhe sa më e ulët të jetë masa molekulare e gazit, aq më i lartë është impulsi specifik, dhe rrjedhimisht efikasiteti i motorit. Impulsi specifik është një sasi lëvizjeje dhe zakonisht matet në metra për sekondë, ashtu si shpejtësia.
Në motorët kimikë, impulsi specifik më i lartë sigurohet nga përzierjet e karburantit oksigjen-hidrogjen dhe fluor-hidrogjen (4500-4700 m/s), por më të njohurit (dhe të përshtatshëm për t'u përdorur) janë motorët e raketave që funksionojnë me vajguri dhe oksigjen, për shembull raketat Soyuz dhe Musk's Falcon, si dhe motorët që përdorin dimetilhidrazinë josimetrike (UDMH) me një oksidues në formën e një përzierjeje tetrooksidi të azotit dhe acidit nitrik (Proton Sovjetik dhe Rus, Ariane franceze, Titan Amerikan). Efikasiteti i tyre është 1.5 herë më i ulët se ai i motorëve me karburant hidrogjeni, por një impuls prej 3000 m/s dhe fuqia janë mjaft të mjaftueshme për ta bërë ekonomikisht fitimprurës lëshimin e tonelave të ngarkesës në orbitat afër Tokës.
Por fluturimet drejt planetëve të tjerë kërkojnë një anije kozmike shumë më të madhe se çdo gjë që njerëzimi ka krijuar më parë, duke përfshirë ISS modulare. Në këto anije është e nevojshme të sigurohet ekzistenca afatgjatë autonome e ekuipazheve, dhe një furnizim i caktuar i karburantit dhe jetëgjatësia e motorëve dhe motorëve kryesorë për manovra dhe korrigjim të orbitës, për të siguruar dërgimin e astronautëve në një modul të posaçëm uljeje. në sipërfaqen e një planeti tjetër, dhe kthimi i tyre në anijen kryesore të transportit, dhe më pas dhe kthimi i ekspeditës në Tokë.
Njohuritë e akumuluara inxhinierike dhe energjia kimike e motorëve bëjnë të mundur kthimin në Hënë dhe arritjen e Marsit, kështu që ka një probabilitet të lartë që njerëzimi të vizitojë Planetin e Kuq në dekadën e ardhshme.
Nëse mbështetemi vetëm në teknologjitë ekzistuese hapësinore, atëherë masa minimale e modulit të banueshëm për një fluturim të drejtuar drejt Marsit ose satelitëve të Jupiterit dhe Saturnit do të jetë afërsisht 90 tonë, që është 3 herë më shumë se anijet hënore të fillimit të viteve 1970. , që do të thotë se mjetet lëshuese për nisjen e tyre në orbitat e referencës për fluturim të mëtejshëm drejt Marsit do të jenë shumë më superiore ndaj Saturnit 5 (pesha e nisjes 2965 tonë) të projektit hënor Apollo ose transportuesit sovjetik Energia (pesha e nisjes 2400 ton). Do të jetë e nevojshme të krijohet një kompleks ndërplanetar në orbitë me peshë deri në 500 tonë. Një fluturim në një anije ndërplanetare me motorë raketash kimike do të kërkojë nga 8 muaj deri në 1 vit vetëm në një drejtim, sepse do t'ju duhet të bëni manovra të gravitetit, duke përdorur forcën gravitacionale të planetëve dhe një furnizim kolosal të karburantit për të përshpejtuar shtesë anijen. .
Por duke përdorur energjinë kimike të motorëve të raketave, njerëzimi nuk do të fluturojë më larg se orbita e Marsit apo Venusit. Ne kemi nevojë për shpejtësi të ndryshme fluturimi të anijeve kozmike dhe energji të tjera më të fuqishme të lëvizjes.

Dizajni modern i një motori rakete bërthamore Princeton Satellite Systems

Për të eksploruar hapësirën e thellë, është e nevojshme të rritet ndjeshëm raporti i shtytjes ndaj peshës dhe efikasiteti i motorit të raketës, dhe për këtë arsye të rritet impulsi i tij specifik dhe jetëgjatësia e shërbimit. Dhe për ta bërë këtë, është e nevojshme të ngrohni një gaz ose substancë të lëngshme pune me masë atomike të ulët brenda dhomës së motorit në temperatura disa herë më të larta se temperatura e djegies kimike të përzierjeve tradicionale të karburantit, dhe kjo mund të bëhet duke përdorur një reaksion bërthamor.
Nëse, në vend të një dhome djegieje konvencionale, një reaktor bërthamor vendoset brenda një motori rakete, në zonën aktive të të cilit furnizohet një substancë në formë të lëngshme ose të gaztë, atëherë ai, i nxehtë nën presion të lartë deri në disa mijëra gradë, do të fillojë. të nxirret përmes kanalit të hundës, duke krijuar një shtytje jet. Impulsi specifik i një motori të tillë reaktiv bërthamor do të jetë disa herë më i madh se ai i një konvencional me përbërës kimikë, që do të thotë se efikasiteti i vetë motorit dhe i mjetit lëshues në tërësi do të rritet shumë herë. Në këtë rast, nuk do të kërkohet një oksidues për djegien e karburantit, dhe gazi i lehtë i hidrogjenit mund të përdoret si një substancë që krijon shtytje jet; ne e dimë se sa më e ulët të jetë masa molekulare e gazit, aq më i lartë është impulsi dhe kjo do të jetë shumë. zvogëloni masën e raketës me fuqinë e motorit me performancë më të mirë.
Një motor bërthamor do të jetë më i mirë se ai konvencional, pasi në zonën e reaktorit gazi i lehtë mund të nxehet në temperatura që tejkalojnë 9 mijë gradë Kelvin, dhe një avion i tillë gazi të mbinxehur do të sigurojë një impuls specifik shumë më të lartë sesa mund të japin motorët kimikë konvencionalë. . Por kjo është në teori.
Rreziku nuk është as që kur lëshohet një mjet lëshues me një instalim të tillë bërthamor, mund të ndodhë kontaminim radioaktiv i atmosferës dhe hapësirës rreth platformës së lëshimit; problemi kryesor është se në temperatura të larta vetë motori, së bashku me anijen kozmike, mund të shkrihet. Projektuesit dhe inxhinierët e kuptojnë këtë dhe janë përpjekur të gjejnë zgjidhje të përshtatshme për disa dekada.
Motorët e raketave bërthamore (NRE) tashmë kanë historinë e tyre të krijimit dhe funksionimit në hapësirë. Zhvillimi i parë i motorëve bërthamorë filloi në mesin e viteve 1950, pra edhe para fluturimit të njeriut në hapësirë, dhe pothuajse njëkohësisht në BRSS dhe SHBA, dhe vetë ideja e përdorimit të reaktorëve bërthamorë për të ngrohur punën. substanca në një motor rakete lindi së bashku me rektorët e parë në mesin e viteve '40, domethënë më shumë se 70 vjet më parë.
Në vendin tonë, iniciatori i krijimit të shtytjes bërthamore ishte fizikani termik Vitaly Mikhailovich Ievlev. Në vitin 1947, ai prezantoi një projekt që u mbështet nga S. P. Korolev, I. V. Kurchatov dhe M. V. Keldysh. Fillimisht, ishte planifikuar të përdoreshin motorë të tillë për raketa lundrimi, dhe më pas instalimi i tyre në raketa balistike. Zhvillimi u ndërmor nga zyrat kryesore të projektimit të mbrojtjes të Bashkimit Sovjetik, si dhe institutet kërkimore NIITP, CIAM, IAE, VNIINM.
Motori bërthamor sovjetik RD-0410 u mblodh në mesin e viteve '60 në Byronë e Dizajnit të Automatikës Kimike Voronezh, ku u krijuan shumica e motorëve të raketave të lëngshme për teknologjinë hapësinore.
RD-0410 përdori hidrogjenin si një lëng pune, i cili në formë të lëngshme kalonte përmes një "xhakete ftohëse", duke hequr nxehtësinë e tepërt nga muret e hundës dhe duke e penguar atë të shkrihej, dhe më pas hynte në bërthamën e reaktorit, ku nxehej në 3000K dhe lëshohet përmes grykave të kanalit, duke e kthyer kështu energjinë termike në energji kinetike dhe duke krijuar një impuls specifik prej 9100 m/s.
Në SHBA, projekti i shtytjes bërthamore u lançua në vitin 1952, dhe motori i parë operativ u krijua në 1966 dhe u emërua NERVA (Motor bërthamor për Aplikimin e Automjeteve Raketë). Në vitet '60 dhe '70, Bashkimi Sovjetik dhe Shtetet e Bashkuara u përpoqën të mos i nënshtroheshin njëri-tjetrit.
Vërtetë, si RD-0410 ashtu edhe amerikani NERVA ishin motorë bërthamorë të fazës së ngurtë (karburantet bërthamore të bazuara në karbidet e uraniumit ishin në gjendje të ngurtë në reaktor), dhe temperatura e tyre e funksionimit ishte në intervalin 2300-3100K.
Për të rritur temperaturën e bërthamës pa rrezikun e shpërthimit ose shkrirjes së mureve të reaktorit, është e nevojshme të krijohen kushte të tilla reagimi bërthamor në të cilat karburanti (uraniumi) kthehet në gjendje të gaztë ose kthehet në plazmë dhe mbahet brenda reaktorit. nga një fushë e fortë magnetike, pa prekur muret. Dhe pastaj hidrogjeni që hyn në bërthamën e reaktorit "rrjedh rreth" uraniumit në fazën e gazit dhe duke u kthyer në plazmë, hidhet me një shpejtësi shumë të lartë përmes kanalit të hundës.
Ky lloj motori quhet motor shtytës bërthamor me fazë gazi. Temperaturat e karburantit të uraniumit të gaztë në motorë të tillë bërthamorë mund të variojnë nga 10 mijë deri në 20 mijë gradë Kelvin, dhe impulsi specifik mund të arrijë 50,000 m/s, që është 11 herë më i lartë se ai i motorëve më efikasë të raketave kimike.
Krijimi dhe përdorimi i motorëve shtytës bërthamorë të fazës së gazit të llojeve të hapura dhe të mbyllura në teknologjinë hapësinore është drejtimi më premtues në zhvillimin e motorëve të raketave hapësinore dhe pikërisht ajo që ka nevojë njerëzimi për të eksploruar planetët e Sistemit Diellor dhe satelitët e tyre.
Hulumtimi i parë mbi projektin e shtytjes bërthamore në fazën e gazit filloi në BRSS në 1957 në Institutin e Kërkimeve të Proceseve Termike (Qendra Kombëtare e Kërkimeve me emrin M. V. Keldysh), dhe vendimi për zhvillimin e termocentraleve të hapësirës bërthamore bazuar në reaktorët bërthamorë të fazës së gazit. u bë në 1963 nga Akademiku V. P. Glushko (NPO Energomash), dhe më pas u miratua me një rezolutë të Komitetit Qendror të CPSU dhe Këshillit të Ministrave të BRSS.
Zhvillimi i motorëve shtytës bërthamorë në fazën e gazit u krye në Bashkimin Sovjetik për dy dekada, por, për fat të keq, nuk u përfundua kurrë për shkak të fondeve të pamjaftueshme dhe nevojës për kërkime themelore shtesë në fushën e termodinamikës së karburantit bërthamor dhe plazmës së hidrogjenit. fizika e neutroneve dhe magnetohidrodinamika.
Shkencëtarët bërthamorë sovjetikë dhe inxhinierët e projektimit u përballën me një sërë problemesh, të tilla si arritja e kritikës dhe sigurimi i qëndrueshmërisë së funksionimit të një reaktori bërthamor të fazës së gazit, zvogëlimi i humbjes së uraniumit të shkrirë gjatë lëshimit të hidrogjenit të ngrohur në disa mijëra gradë, mbrojtja termike. të gjeneratorit të grykës dhe fushës magnetike, dhe akumulimi i produkteve të ndarjes së uraniumit, përzgjedhja e materialeve ndërtimore rezistente kimikisht, etj.
Dhe kur automjeti lëshues Energia filloi të krijohej për programin Sovjetik Mars-94 për fluturimin e parë të drejtuar në Mars, projekti i motorit bërthamor u shty për një kohë të pacaktuar. Bashkimi Sovjetik nuk kishte kohë të mjaftueshme, dhe më e rëndësishmja, vullnet politik dhe efikasitet ekonomik, për të zbarkuar kozmonautët tanë në planetin Mars në 1994. Kjo do të ishte një arritje e pamohueshme dhe dëshmi e lidershipit tonë në teknologjinë e lartë gjatë dekadave të ardhshme. Por hapësira, si shumë gjëra të tjera, u tradhtua nga udhëheqja e fundit e BRSS. Historia nuk mund të ndryshohet, shkencëtarët dhe inxhinierët e larguar nuk mund të kthehen, dhe njohuritë e humbura nuk mund të rikthehen. Shumë do të duhet të krijohen përsëri.
Por fuqia bërthamore hapësinore nuk kufizohet vetëm në sferën e motorëve shtytës bërthamorë në fazë të ngurtë dhe të gaztë. Energjia elektrike mund të përdoret për të krijuar një rrjedhë të nxehtë të lëndës në një motor reaktiv. Kjo ide u shpreh për herë të parë nga Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky në vitin 1903 në veprën e tij "Eksplorimi i hapësirave botërore duke përdorur instrumente jet".
Dhe motori i parë i raketave elektrotermale në BRSS u krijua në vitet 1930 nga Valentin Petrovich Glushko, një akademik i ardhshëm i Akademisë së Shkencave të BRSS dhe kreu i NPO Energia.
Parimet e funksionimit të motorëve të raketave elektrike mund të jenë të ndryshme. Zakonisht ato ndahen në katër lloje:

• elektrotermik (ngrohje ose hark elektrik). Në to, gazi nxehet në temperatura 1000-5000K dhe nxirret nga hunda në të njëjtën mënyrë si në një motor rakete bërthamore.
• motorët elektrostatikë (koloidalë dhe jonikë), në të cilët substanca e punës fillimisht jonizohet, dhe më pas jonet pozitive (atomet pa elektrone) përshpejtohen në një fushë elektrostatike dhe nxirren gjithashtu përmes kanalit të hundës, duke krijuar një shtytje jet. Motorët elektrostatikë përfshijnë gjithashtu motorë të palëvizshëm të plazmës.
• motorët e raketave magnetoplazma dhe magnetodinamikë. Atje, plazma e gazit përshpejtohet për shkak të forcës së Amperit në fushat magnetike dhe elektrike që kryqëzohen pingul.
• motorët e raketave me puls, të cilët përdorin energjinë e gazeve që rrjedhin nga avullimi i një lëngu pune në një shkarkesë elektrike.

Avantazhi i këtyre motorëve elektrikë të raketave është konsumi i ulët i lëngut të punës, efikasiteti deri në 60% dhe shpejtësia e lartë e rrjedhës së grimcave, të cilat mund të zvogëlojnë ndjeshëm masën e anijes kozmike, por ka edhe një disavantazh - densitet të ulët të shtytjes, dhe për këtë arsye fuqi e ulët, si dhe kostoja e lartë e lëngut të punës (gazrat inerte ose avujt e metaleve alkali) për të krijuar plazmë.
Të gjitha llojet e listuara të motorëve elektrikë janë zbatuar në praktikë dhe janë përdorur vazhdimisht në hapësirë ​​si në anijet kozmike sovjetike ashtu edhe në ato amerikane që nga mesi i viteve '60, por për shkak të fuqisë së tyre të ulët ato u përdorën kryesisht si motorë korrigjimi të orbitës.
Nga viti 1968 deri në 1988, BRSS lëshoi ​​një seri të tërë satelitësh Cosmos me instalime bërthamore në bord. Llojet e reaktorëve janë emërtuar: “Buk”, “Topaz” dhe “Yenisei”.
Reaktori i projektit Yenisei kishte një fuqi termike deri në 135 kW dhe një fuqi elektrike rreth 5 kW. Ftohësi ishte një shkrirje natriumi-kaliumi. Ky projekt u mbyll në vitin 1996.
Një motor i vërtetë rakete shtytëse kërkon një burim shumë të fuqishëm energjie. Dhe burimi më i mirë i energjisë për motorë të tillë hapësinor është një reaktor bërthamor.
Energjia bërthamore është një nga industritë e teknologjisë së lartë ku vendi ynë mban një pozicion lider. Dhe një motor rakete thelbësisht i ri po krijohet tashmë në Rusi dhe ky projekt është afër përfundimit të suksesshëm në 2018. Testet e fluturimit janë planifikuar për vitin 2020.
Dhe nëse shtytja bërthamore në fazën e gazit është një temë për dekadat e ardhshme që do të duhet t'i rikthehet pas kërkimeve themelore, atëherë alternativa e tij e sotme është një sistem shtytës bërthamor i klasës megavat (NPPU), dhe ai tashmë është krijuar nga Rosatom dhe Ndërmarrjet Roscosmos që nga viti 2009.
NPO Krasnaya Zvezda, e cila aktualisht është zhvilluesi dhe prodhuesi i vetëm në botë i termocentraleve bërthamore hapësinore, si dhe Qendra Kërkimore me emrin A. M. V. Keldysh, NIKIET im. N.A. Dollezhala, Instituti Kërkimor OJF “Luch”, “Instituti Kurchatov”, IRM, IPPE, RIAR dhe OJF Mashinostroeniya.
Sistemi i shtytjes së energjisë bërthamore përfshin një reaktor bërthamor të shpejtë neutron të ftohur me gaz me temperaturë të lartë me një sistem turbomakine për konvertimin e energjisë termike në energji elektrike, një sistem emetuesish frigorifer për largimin e nxehtësisë së tepërt në hapësirë, një ndarje instrumentesh, një bllok mbajtës motorë elektrikë me plazmë ose jon, dhe një enë për të akomoduar ngarkesën. .
Në një sistem të shtytjes së energjisë, një reaktor bërthamor shërben si burim i energjisë elektrike për funksionimin e motorëve elektrikë të plazmës, ndërsa ftohësi i gazit i reaktorit që kalon përmes bërthamës hyn në turbinën e gjeneratorit elektrik dhe kompresorit dhe kthehet përsëri në reaktor në një lak i mbyllur dhe nuk hidhet në hapësirë ​​si në një motor shtytës bërthamor, gjë që e bën dizajnin më të besueshëm dhe të sigurt, dhe për këtë arsye të përshtatshëm për fluturimin në hapësirë ​​të drejtuar.
Është planifikuar që termocentrali bërthamor të përdoret për një tërheqje hapësinore të ripërdorshme për të siguruar shpërndarjen e ngarkesave gjatë eksplorimit të Hënës ose krijimit të komplekseve orbitale me shumë qëllime. Avantazhi do të jetë jo vetëm përdorimi i ripërdorshëm i elementeve të sistemit të transportit (të cilin Elon Musk po përpiqet ta arrijë në projektet e tij hapësinore SpaceX), por edhe aftësia për të ofruar tre herë më shumë ngarkesë sesa në raketa me motorë reaktiv kimik me fuqi të krahasueshme. duke zvogëluar masën e lëshimit të sistemit të transportit. Dizajni i veçantë i instalimit e bën atë të sigurt për njerëzit dhe mjedisin në Tokë.
Në vitin 2014, elementi i parë standard i dizajnit të karburantit (elementi i karburantit) për këtë sistem shtytës elektrik bërthamor u montua në SHA Mashinostroitelny Zavod në Elektrostal, dhe në vitin 2016 u kryen testet e një simulatori të shportës së bërthamës së reaktorit.
Tani (në vitin 2017) po punohet për prodhimin e elementeve strukturorë të instalimit dhe testimit të komponentëve dhe montimeve në modele, si dhe testimin autonom të sistemeve të konvertimit të energjisë turbomakine dhe njësive prototip të fuqisë. Përfundimi i punës është planifikuar për në fund të vitit të ardhshëm 2018, megjithatë, që nga viti 2015, prapambetja e orarit filloi të grumbullohej.
Pra, sapo të krijohet ky instalim, Rusia do të bëhet vendi i parë në botë që zotëron teknologji bërthamore hapësinore, të cilat do të përbëjnë bazën jo vetëm për projektet e ardhshme për eksplorimin e sistemit diellor, por edhe për energjinë tokësore dhe jashtëtokësore. . Termocentralet bërthamore hapësinore mund të përdoren për të krijuar sisteme për transmetimin në distancë të energjisë elektrike në Tokë ose në modulet hapësinore duke përdorur rrezatim elektromagnetik. Dhe kjo do të bëhet edhe një teknologji e avancuar e së ardhmes, ku vendi ynë do të ketë një pozicion drejtues.
Bazuar në motorët elektrikë të plazmës që po zhvillohen, do të krijohen sisteme të fuqishme shtytëse për fluturimet njerëzore në distanca të gjata në hapësirë ​​dhe, para së gjithash, për eksplorimin e Marsit, orbita e të cilit mund të arrihet në vetëm 1.5 muaj, dhe jo në më shumë se një vit, si kur përdorni motorë kimikë konvencionalë reaktivë.
Dhe e ardhmja fillon gjithmonë me një revolucion në energji. Dhe asgjë tjetër. Energjia është parësore dhe është sasia e konsumit të energjisë që ndikon në progresin teknik, aftësinë mbrojtëse dhe cilësinë e jetës së njerëzve.

Motori eksperimental i raketave plazma i NASA-s

Astrofizikani sovjetik Nikolai Kardashev propozoi një shkallë të zhvillimit të qytetërimeve në vitin 1964. Sipas kësaj shkalle, niveli i zhvillimit teknologjik të qytetërimeve varet nga sasia e energjisë që popullsia e planetit përdor për nevojat e saj. Kështu, qytetërimi i tipit I përdor të gjitha burimet e disponueshme në dispozicion në planet; Qytetërimi i tipit II - merr energjinë e yllit të tij në sistemin në të cilin ndodhet; dhe një qytetërim i tipit III përdor energjinë e disponueshme të galaktikës së tij. Njerëzimi ende nuk është pjekur në qytetërimin e tipit I në këtë shkallë. Ne përdorim vetëm 0,16% të rezervës totale të energjisë potenciale të planetit Tokë. Kjo do të thotë se Rusia dhe e gjithë bota kanë hapësirë ​​për t'u rritur dhe këto teknologji bërthamore do t'i hapin vendit tonë rrugën jo vetëm drejt hapësirës, ​​por edhe prosperitetit ekonomik në të ardhmen.
Dhe, ndoshta, e vetmja mundësi për Rusinë në sferën shkencore dhe teknike është që tani të bëjë një përparim revolucionar në teknologjitë e hapësirës bërthamore, në mënyrë që të kapërcejë vonesën shumëvjeçare pas liderëve në një "kërcim" dhe të jetë pikërisht në origjinën e një revolucion i ri teknologjik në ciklin e ardhshëm të zhvillimit të qytetërimit njerëzor. Një shans i tillë unik i bie një vendi të caktuar vetëm një herë në disa shekuj.
Për fat të keq, Rusia, e cila nuk i ka kushtuar vëmendje të mjaftueshme shkencave themelore dhe cilësisë së arsimit të lartë dhe të mesëm gjatë 25 viteve të fundit, rrezikon ta humbasë këtë shans përgjithmonë nëse programi kufizohet dhe një brez i ri studiuesish nuk zëvendëson shkencëtarët dhe shkencëtarët aktualë dhe përgjithmonë. inxhinierë. Sfidat gjeopolitike dhe teknologjike me të cilat do të përballet Rusia në 10-12 vjet do të jenë shumë serioze, të krahasueshme me kërcënimet e mesit të shekullit të njëzetë. Për të ruajtur sovranitetin dhe integritetin e Rusisë në të ardhmen, tani është urgjentisht e nevojshme të fillohet trajnimi i specialistëve të aftë për t'iu përgjigjur këtyre sfidave dhe për të krijuar diçka thelbësisht të re.
Ka vetëm rreth 10 vjet për ta shndërruar Rusinë në një qendër globale intelektuale dhe teknologjike, dhe kjo nuk mund të bëhet pa një ndryshim serioz në cilësinë e arsimit. Për një përparim shkencor dhe teknologjik, është e nevojshme të ktheheni në sistemin arsimor (si në shkollë ashtu edhe në universitet) pikëpamjet sistematike mbi pamjen e botës, themelin shkencor dhe integritetin ideologjik.
Sa i përket stagnimit aktual në industrinë hapësinore, kjo nuk është e frikshme. Parimet fizike mbi të cilat bazohen teknologjitë moderne hapësinore do të jenë të kërkuara për një kohë të gjatë në sektorin e shërbimeve satelitore konvencionale. Le të kujtojmë se njerëzimi përdori vela për 5.5 mijë vjet, dhe epoka e avullit zgjati pothuajse 200 vjet, dhe vetëm në shekullin e njëzetë bota filloi të ndryshojë me shpejtësi, sepse ndodhi një revolucion tjetër shkencor dhe teknologjik, i cili nisi një valë inovacioni. dhe një ndryshim në strukturat teknologjike, i cili në fund ndryshoi si ekonominë ashtu edhe politikën botërore. Gjëja kryesore është të jesh në origjinën e këtyre ndryshimeve [email i mbrojtur] ,
uebfaqja: https://delpress.ru/information-for-subscribers.html

Ju mund të regjistroheni në versionin elektronik të revistës Arsenal i Atdheut duke përdorur lidhjen.
Kostoja vjetore e abonimit -
10800 fshij.

Portali ushtarakarms.ru raporton se në vitin 2016, një aplikim iu dorëzua Fondacionit për Kërkime të Avancuara, të hartuar nga këshilli shkencor dhe teknik i NPO Energomash dhe Instituti Kombëtar i Kërkimeve Kurchatov. Aplikacioni i dedikohet zbatimit të një projekti mjaft ambicioz që do të lejojë krijimin e një motori rakete plazma pa elektrodë. Shkurtuar si BPRD. Është përcaktuar një fushë e qartë e punës për të lejuar prodhimin e një kampioni laboratorik të motorit.

Në thelbin e tij, një motor elektrik shtytës (motori elektrik i raketës) është një motor elektrik në të cilin lëngu i punës është i aftë të përftojë nxitim në një gjendje të veçantë të plazmës. Ideja origjinale e motorëve plazma i përket fizikanit sovjetik A. I. Morozov, i cili e parashtroi atë në vitet '60. Aplikimi i sotëm i motorëve të tillë është të mbështesin pikat e pozicionimit për satelitët e komunikimit.

Gjenerata e re e motorëve plazma, të cilët do të prodhohen në Energomash, kanë një fuqi mbi 100 kW. Ato mund të përdoren jo vetëm për satelitët gjeostacionarë. Motorë të tillë janë të përshtatshëm për fluturime që karakterizohen si ndëryjore.

Vitet e fundit në botë janë shënuar nga disa zhvillime të motorëve plazma. Ata mund të klasifikohen si një gjeneratë e re. Ky është një motor plazma helikoni nga Agjencia Evropiane e Hapësirës, ​​që bashkëpunon me Agjencinë Hapësinore Iraniane dhe Universitetin Kombëtar Australian. Ky është gjithashtu zhvillimi i inxhinierëve kanadezë dhe amerikanëve nga Ad Astra Rocket Company. Motori amerikano-kanadez ka një fuqi prej 200 kW.

Mekanika popullore

Portali topwar.ru sqaroi se, sipas shërbimit për shtyp të Roscosmos. Byroja e Dizajnit të Automatikës Kimike do të marrë pjesë në zhvillimin e motorit. Faqja citon një komunikatë për shtyp nga Roscosmos: “Versioni i motorit të raketës plazma pa elektrodë që po shqyrtohet aktualisht është një gjeneratë e re e shtytjes elektrike. Ky është një motor me fuqi të lartë, substanca e punës në të cilën është në gjendje plazme. Ka efikasitet të lartë energjetik, aftësi për të përdorur pothuajse çdo substancë si lëng pune, është i aftë të ndryshojë vlerën specifike të impulsit, dhe fuqia maksimale e motorit kufizohet pothuajse ekskluzivisht nga furnizimi me energji elektrike i gjeneratorit me frekuencë të lartë. Gjithashtu, një motor i këtij lloji mund të ketë një jetë të gjatë shërbimi, pasi hiqen të gjitha kufizimet që lidhen me ndikimin e një lënde pune të ngopur me energji me elementë strukturorë, "tha shërbimi për shtyp.

Si përfundim, do të doja të them se asnjë motor i vetëm plazma për anijen kozmike që ekziston në kohën tonë nuk është në gjendje të dërgojë një raketë edhe në yjet më të afërt. Kjo vlen si për pajisjet e testuara eksperimentalisht ashtu edhe për ato të llogaritura teorikisht.

Shumë shkencëtarë arrijnë në një përfundim pesimist - hendeku midis planetit tonë dhe yjeve është fatalisht i pakapërcyeshëm. Edhe për sistemin Alpha Centauri, disa përbërës të të cilit janë të dukshëm me sy të lirë nga Toka, por distanca është 39.9 trilion kilometra. Edhe në një anije kozmike të aftë për të udhëtuar me shpejtësinë e dritës, për të mbuluar këtë distancë do të duheshin rreth 4.2-4.3 vjet.

Pra, njësitë e plazmës së yjeve janë, më tepër, nga sfera e fantashkencës. Por kjo nuk e zvogëlon aspak rëndësinë e tyre! Ato përdoren si motorë manovrimi, ndihmës dhe korrigjues të orbitës. Prandaj, shpikja është plotësisht e justifikuar.

Por një njësi pulsi bërthamore, e cila përdor energjinë e shpërthimeve, ka potencial të mundshëm zhvillimi. Në çdo rast, të paktën në teori, dërgimi i një sondë automatike në sistemin më të afërt të yjeve është i mundur.