Солнечные ракетные двигатели кратко
Обновлено: 31.05.2024
Солнечный ракетный двигатель — Реактивный двигатель, использующий для нагрева рабочего тела (См. Рабочее тело) (например, водорода) солнечную энергию. Находится в стадии экспериментальной разработки (1976) … Большая советская энциклопедия
Ракетный двигатель — реактивный двигатель, источник энергии и рабочее тело которого находится в самом средстве передвижения. Ракетный двигатель единственный практически освоенный для вывода полезной нагрузки на орбиту искусственного спутника Земли и применения в… … Википедия
РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — (РД) реактивный двигатель, не использующий для работы окружающую среду (атм. воздух). В космонавтике в осн. применяются химические ракетные двигатели (ЖРД и РДТТ); разрабатываются и испытываются электрические ракетные двигатели (ЭРД), ядерные… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Фотонный двигатель — (квантовый) гипотетический реактивный двигатель, где источником энергии служит тело, которое излучает свет. Фотон имеет импульс, и, соответственно, при истекании из двигателя, свет создает реактивную тягу. Теоретически фотонный двигатель… … Википедия
РАКЕТА — летательный аппарат, движущийся вследствие отбрасывания высокоскоростных горячих газов, создаваемых реактивным (ракетным) двигателем. В большинстве случаев энергия для движения ракеты получается при сгорании двух или более химических компонентов… … Энциклопедия Кольера
Список новых перспективных технологий — содержит некоторые из самых выдающихся текущих событий, достижений и инноваций в различных областях современной технологии. Новые технологии это те технические нововведения, которые представляют прогрессивные изменения в рамках области… … Википедия
Луна — I Луна (Luna) Альваро де (1388, Каньете, июнь 1453, Вальядолид), граф, коннетабль (верховный главнокомандующий) Кастилии (с 1423). Фаворит кастильского короля Хуана II. Будучи фактическим правителем Кастилии, Л. вёл борьбу с крупными… … Большая советская энциклопедия
Давно известно, что главное препятствие для межпланетных полётов - это низкая мощность современных ракетных двигателей. Они имеют слишком малый КПД, требуют большого количества топлива и не подходят для быстрого изменения скорости. Да и сами скорости слишком малы в итоге.
Поэтому так интересны все альтернативные космические двигатели. Их же не так много: ионные, ядерные (реактивные и ионные в итоге), солнечные паруса и. хм, похоже, что из реального это всё.
Разве что, ещё гравитационный манёвр, но это не совсем двигатель, скорее мощный способ разгона с ограниченным применением.
Фотонные двигатели так и остались фантастикой.
Да, ещё лет 20 говорят о EmDrive, который чуть ли не противоречит физике, но пока на этом направлении тихо.
И вот, появился новый тип двигателя
Эм. здесь как в том анекдоте: не то чтобы это прямо "новый тип движка". И не "появился", а предложен :)
Cкорее, это новая модель сочетания известных физических принципов. Однако, техническая инженерная новизна здесь тоже имеется, причём интересная. Но, обо всём по-порядку :)
Итак, наткнулся я намедни на статью об одном странном проекте.
В двух словах: рассказывалось, что авторы хотят использовать солнечную энергию для нагрева рабочего тела в космическом реактивном двигателе. Некий щит с множеством внутренних трубок нагревается энергией солнечного света, в них разогревается рабочий газ (водород), который по давлением выбрасывается назад, создавая реактивную тягу.
Замысел прост и понятен.
Приводились даже слова авторов, что этот двигатель будет в три раза мощнее "обычных" химических движков, которые используются в современных ракетах. Да, вот так вот, скромненько.
Сначала я решил, что это бред какой-то.
Кстати, температура пламени ракетного водородно-кислородного движка - порядка +2482°С.
То есть, тяга при солнечном нагреве безусловно возникнет, но будет ничтожно малой.
И это на уровне орбиты Земли. А если к Марсу лететь? Там же нагрев от Солнца ещё слабее.
Ну, и о чём здесь может идти речь? Чего-то в статье не хватает:
Вряд ли авторы проекта этого не знают.
В общем, решил покопаться и увидел наконец ссылку на первоисточник . Это интервью с Джеймсом Бенкоски из Мериленда, который проводит эксперименты в Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса.
Оказалось, что журналисты написали правду, рассказав о главном - о тепловом разогреве водорода солнечным излучением. Но, не упомянули одну деталь, без которой потерялся весь смысл разработки.
Оказывается авторы исследования говорят, что этот двигатель будет эффективен только если будет использоваться в окрестностях Солнца. Ещё точнее - во время выполнения гравитационного манёвра на расстоянии 1 миллиона километров от нашего светила.
Parker Solar Probe - зонд, который пролетит в 6,2 миллиона километров от Солнца, совершая гравитационный манёвр в 2025 году.
Видите его щит, защищающий аппарат от Солнца?
Вот теперь всё встало на свои места :)
То есть, это не отдельный двигатель, а дополнительное средство разгона при гравитационном манёвре. На расстоянии в 150 раз ближе к Солнцу, его излучение на порядки сильнее, чем на орбите Земли. Поэтому, щит должен нагреваться до "очень высоких" температур. Соответственно, и газ будет нагреваться до температур, сравнимых с температурой сжигания в ракетных двигателях.
В статьях маловато цифр, но кое что есть.
Говорится, что зонд должен будет провести около двух часов при температуре 4500°F (2482°С). Это потребовало разработать новые материалы, способные выдержать такую температуру. (кто бы сомневался. )
Щит будет защищать аппарат от перегрева своею тенью. А холодный водород, поступающий в трубки на горячей стороне щита, будет забирать тепло щита и охлаждать его. Перегретый таким образом водород будет выбрасываться назад, создавая реактивную струю и унося лишнее тепло.
Двойная выгода: тяга и охлаждение :)
Температура "сгорания" водорода в ракетных двигателях - около 2419°С.
Кроме того, химические движки работают считанные минуты, а в данной разработке время нахождения в горячей зоне - около двух часов. То есть, дополнительный разгон за счёт нагрева водорода, будет длиться дольше, а в итоге и развиваемая скорость - выше. Всё зависит от объёма водородного бака.
Выгоды
То есть, здесь соединены сразу две технологии: гравитационный манёвр и реактивное движение.
Первый - самый мощный способ разгона из имеющихся сегодня.
Ну, а второй, через разогрев водорода Солнцем, - вспомогательный и потенциально довольно действенный.
Ну и ещё раз, всё происходит около самого Солнца, где тепловой энергии - пруд пруди.
Кроме того, в данном случае у аппарата вовсе нет ракетных двигателей. Нет и всех проблем и устройств, которые связаны со смешиванием и поджигом водородно-кислородной смеси, которая, потенциально взрывоопасна.
Есть только ёмкости для водорода, насос для прокачки газа, обратные клапаны и сам щит.
А вот пламени вроде как и нет, несмотря на температуру?
В свете всего этого, слова авторов о превышении скорости по сравнению с "обычными" ракетами уже не кажутся совсем уж фантастикой.
(Хотя, это утверждение требует пояснений насчёт трёхкратного преимущества. Из статьи не понятно что именно сравнивали: только химию с разогревом или итоговые скорости аппаратов. как учитывали гравитационный манёвр - тоже не ясно.)
Как Вы поняли, это лишь концепция. Примут ли её в итоге - трудно сказать.
Однако, сама мысль использовать энергию, которая пропадает даром при совершении гравитационного манёвра вокруг Солнца - довольно здравая.
Кроме того, чем ближе к Солнцу, тем выше набранная скорость. Но, там и горячее. А, водород послужит и охладителем заодно.
Опытная модель в лаборатории уже построена. Конечно же, пока не с реальными уровнями излучения - важно было подтвердить сам принцип. Пока результаты соответствуют расчётным.
Недостатки концепта я пока затрудняюсь назвать. Навскидку: жаростойкие материалы для солнечного щита. Размеры щита - видимо это уже не проблема, поскольку мы видим щит на Parker Solar Probe.
Что думаете? Есть мнения?
Дорогие друзья, каналу очень нужна ваша поддержка
Подпишитесь на мой канал :)
Нажмите палец вверх - Вам не сложно, а автору приятно.
Впервые с момента появления концепции солнечно-теплового ракетного (реактивного) двигателя инженеры создали его рабочий прототип. Хотя это установка лишь для подтверждения концепции, она доказывает возможность практического воплощения идеи.
Схема Солнечной системы (не в масштабе) / ©JHUAPL
Звучит просто, но подобную установку проверяют на работоспособность впервые. В ней еще нет ничего, что можно применить на реальном межпланетном зонде, однако сам принцип работы соответствует концепции. Свет нагревает специальный экран, тепло передается газу, газ совершает работу в реактивном сопле. Цель эксперимента — подтвердить, что это имеет смысл и эффективность установки будет выше, чем при банальном испарении гелия.
Пока ученые из JHUAPL не называют никаких конкретных цифр, лишь итог — система сработала. Более подробные результаты будут опубликованы в 2021 году. На конец следующего года запланировано подведение итогов декады гелиофизических исследований в Национальной академии наук, инженерии и медицины США. Демонстратор солнечно-теплового реактивного двигателя разрабатывался по заказу NASA в рамках предварительной проработки проекта межзвездного исследовательского зонда.
За всю историю космических исследований человечество смогло достичь пределов Солнечной системы лишь двумя аппаратами. Причем исключительно в рамках побочной программы миссий, да и сам факт достижения границ под вопросом. Слишком трудно судить о том, что есть край звездной системы на основе показаний зондов, отправленных в полет 43 года назад. Тем более, если они заставляют пересмотреть некоторые детали существующих теорий строения Солнечной системы.
Одним из возможных способов так сильно разогнаться может стать солнечно-тепловой реактивный двигатель на водороде. Его использование отлично сочетается с гравитационным маневром у звезды. Пролетая на расстоянии всего в 1,6 миллиона километров над солнечной короной межзвездный зонд получит необходимое тепло для испарения газа и создания тяги, а также дополнительный импульс за счет эффекта Оберта. Это позволит получить необходимый прирост скорости для успеха миссии — с 48 до 320 тысяч километров в час.
В теории все выглядит выполнимо. Нужно только решить проблему с тепловым экраном, которому придется выдерживать температуру почти в 2,5 тысячи градусов. Хорошая новость — максимальное сближение продлится всего два с половиной часа. Плохая — проблем добавляет водород, который при высоких температурах способен на весьма неприятные реакции с большинством материалов. Инженеры и ученые Университета Джона Хопкинса нашли теоретические решения большинства сложностей и теперь работают над их практической реализацией.
Одна из самых амбициозных космических миссий этого года начинает первое сближение со своей целью — Солнцем. Правда, данные, полученные в ходе первого облета нашего светила, поступят не сразу.
В последние десятилетия освоение космоса сталкивается с множеством препятствий, а обыватели уверены, что всё дело в недостатке денег и инициативы. Вполне возможно, что Илону Маску и удастся достичь некоторых результатов, вот только цена этого будет несоизмеримо больше, чем человечество готово заплатить. Дело в том, что все современные ракеты и космические корабли используют химическое топливо, которое составляет большую часть веса самого звездолёта. Мало того, такое топливо неэффективно, поэтому не способно доставить нас на далёкие звёзды. Сюда же прибавьте относительно низкую скорость и взрывоопасность, что в условиях космоса грозит полным крахом для любой миссии.
реклама
Одним из перспективных ракетных двигателей считается ионный. Подобные агрегаты используются много десятилетий, но так и не получили широкого распространения по целому ряду причин. Эксперты отмечают, что есть все основания полагать, что будущее космических полётов за геликонными двигателями. Если вас интересуют подробности, то милости просим на Хабр, а мы кратко поясним, что эффективность подобного двигателя может оказаться на порядок (в 10 раз и больше) выше традиционных ракетных агрегатов, а в качестве источника задействуется не только водород или аргон, но и азот, либо многие другие газы, которые считаются широко распространёнными во Вселенной. Таким образом человечеству не нужно будет пытаться добыть воду, а после превратить её в водород для дозаправки, ведь необходимое топливо окажется буквально везде.
В качестве решения предлагается заменить гигантские магниты катушкой со специальной проволокой, созданной из ферромагнитных материалов. Это снизит вес ракетного двигателя и его массу, поскольку именно катушка будет выполнять зачади рабочего тела. Пока это только патент, но российские учёные полагают, что в будущем один из таких двигателей способен стать основой для создания космических кораблей. Он будет доставлять людей на Марс и другие планеты, сделав освоение Солнечной системы более безопасным и быстрым.
Читайте также: