Czy silniki jonowe przejmą kontrolę w kosmosie?

9
Czy silniki jonowe przejmą kontrolę w kosmosie?

Pod koniec 2011 roku NASA ogłosiła plany zorganizowania konkursu na opracowanie koncepcji systemów napędu jonowego dla statków kosmicznych, które byłyby zasilane panelami słonecznymi. Nieco później agencja kosmiczna podpisała pięć kontraktów z firmami, które zobowiązały się dostarczyć koncepcję „holownika” wyposażonego w silniki jonowe za 600 XNUMX dolarów w ciągu czterech miesięcy.

Na liście tych firm znalazły się Ball Aerospace & Technologies, Analytical Mechanics Associates, Lockheed Martin, Boeing i Northrop Grumman. Po przedstawieniu swoich koncepcji eksperci NASA przeprowadzą analizę możliwych sposobów przezwyciężenia ewentualnych trudności technicznych oraz serię eksperymentów w celu przetestowania kluczowych rozwiązań technicznych.



Konwencjonalne rakiety wyposażone w silniki chemiczne, które są w użyciu od ponad pół wieku, mogą podnosić ładunek z Ziemi i wyrzucać go w kosmos. Kosztuje jednak sporo pieniędzy, co utrudnia eksplorację kosmosu. Z kolei napęd jonowy, który jest używany od dziesięcioleci, niesie ze sobą inną obietnicę. Mają stosunkowo mały ciąg, więc nie można ich używać do umieszczania ładunku na orbicie. Mają jednak zdolność przyspieszania emitowanych przez siebie produktów spalania do ogromnych prędkości, dziesiątki razy wyższych niż te, które mogą osiągnąć chemiczne silniki rakietowe. Z tego powodu, aby nadać rozpęd, muszą wyrzucać znacznie mniej materii. Dlatego w warunkach otwartej przestrzeni są bardziej ekonomiczne niż konwencjonalne rakiety.

NASA planuje zapewnić konwencjonalnym przewoźnikom wystrzelenie ładunku na orbitę zbliżoną do Ziemi, gdzie holownik wyposażony w silniki jonowe zajmie się dalszym transportem, sprowadzając je na wysokie orbity - geostacjonarne lub pierwszy punkt Lagrange'a. W przyszłości urządzenia tego typu mogą posłużyć do wysłania statku w przestrzeń międzyplanetarną. A na orbitach w pobliżu Ziemi mogą holować komercyjne satelity, które zbliżyły się do atmosfery, zwiększając w ten sposób ich żywotność.

Tak może wyglądać holownik kosmiczny zasilany energią słoneczną z napędem jonowym. (Obraz Boeinga)


Takie holowniki mogą odegrać decydującą rolę w rozwoju Układu Słonecznego. Po dotarciu do punktu Lagrange'a grawitacja nie działa już na statek, a DSB mogą z łatwością „ciągnąć” pojazdy w odległe rejony kosmosu.

Warto dodać, że jeden z uczestników konkursu, Northrop Grumman, zapowiedział rozpoczęcie prac nad rozwojem alternatywnych źródeł zasilania oprócz istniejących paneli słonecznych. Nowa koncepcja zaproponowana przez firmę umożliwia skalowanie tych systemów do 300 kW, co jest znakomitym wynikiem.

Tak więc pierwszych rezultatów zbiorowej „burzy mózgów” można się spodziewać w najbliższych miesiącach. Jednak już teraz można zauważyć kluczowe problemy, które będą musieli rozwiązać deweloperzy. Pierwszym z nich jest rozproszenie energii słonecznej w kosmosie, co wymaga tworzenia dużych baterii. A żeby utrzymać zdolność poruszania się w cieniu Ziemi, DRK będzie potrzebowała dodatkowych baterii, co jeszcze bardziej zwiększy cały aparat. W naturalny sposób doprowadzi to do ograniczenia możliwości taniego i szybkiego transportu różnych towarów. Produkcja takiego urządzenia przy użyciu konwencjonalnych rakiet będzie dość kosztowna. Problematyczne jest również stosowanie paneli słonecznych już poza orbitą Marsa, ponieważ natężenie promieniowania spada.

Silniki jonowe od dawna są używane w statkach kosmicznych w celu stabilizacji orbity, wykonywania niewielkich manewrów. Wiele sond badawczych, w tym Hayabus, używało ich nawet jako maszerujących. Jednak napędzane energią słoneczną silniki jonowe nie są obecnie możliwe do zastosowania w ciężarówkach. Po prostu nie mają wystarczającej ilości energii słonecznej, aby wytworzyć wymagany ciąg.

Nawiasem mówiąc, to właśnie zmusiło USA i ZSRR do rozważenia możliwości zastosowania reaktorów jądrowych w statkach kosmicznych. ZSRR upadł, a Stany Zjednoczone anulowały projekt Prometheus w 2005 roku z powodu trudności finansowych. Oczywiście produkcja takich statków jest wysoce niepożądana, ponieważ każdy wypadek w atmosferze doprowadzi do uwolnienia materiałów radioaktywnych. NASA postawiła na energię „słoneczną”, co oznacza, że ​​amerykańscy deweloperzy mają do wykonania trudne zadanie.
9 komentarzy
informacja
Drogi Czytelniku, aby móc komentować publikację, musisz login.
  1. 0
    3 lutego 2012 09:08
    Kiedyś było to w książkach i filmach science fiction, ale teraz jest rzeczywistością. Hmm, technologia nie stoi w miejscu.
  2. +5
    3 lutego 2012 11:14
    Rosja stworzy silnik jądrowy dla statku kosmicznego

    Dyrektor RSC Energia Witalij Łopota powiedział, że pierwsze uruchomienia reaktorów o mocy od 150 do 500 kW mogą nastąpić w 2020 roku.
    Rozwój megawatowych systemów energii jądrowej dla załogowych statków kosmicznych ma kluczowe znaczenie dla utrzymania konkurencyjności Rosji w przemyśle kosmicznym, w tym eksploracji Księżyca i Marsa. Projekt będzie wymagał około 17 miliardów rubli. Ponadto korporacja pracuje nad koncepcją atomowego holownika kosmicznego, który może obniżyć o ponad połowę koszt umieszczenia ładunku na orbicie.

    Reaktor jądrowy używany jako źródło energii dla silnika jonowego jest w stanie przenieść astronautykę na zupełnie nowy poziom. Zasada działania silnika polega na jonizacji gazu i przyspieszaniu go polem elektrostatycznym do dużych prędkości przekraczających 210 km/s, czyli znacznie więcej niż w klasycznych chemicznych silnikach rakietowych (3-4,5 km/s). Obecnie w statkach kosmicznych szeroko stosowane są silniki jonowe. Są to jednak głównie elektrownie małej mocy o słabym ciągu, ponieważ silnik jonowy wymaga dużej ilości energii elektrycznej, mierzonej w setkach kilowatogodzin, a reaktor jądrowy może podgrzać wodór do kilku tysięcy stopni i dać duży strumień ciąg, bez potrzeby stosowania utleniacza.

    W dowolnej formie kosmiczny reaktor jądrowy będzie w stanie zapewnić statkom kosmicznym niezbędną energię, ciąg i zapewnić szybki lot do najbardziej odległych zakątków Układu Słonecznego, gdzie jest zbyt mało światła słonecznego, aby korzystać z paneli słonecznych.

    http://www.exyavenue.com/novosti_vysokih_tehnologij/rossiya_sozdast_yadernyj_dvi
    gatelj_dlya_kosmolyotov
  3. snek
    0
    3 lutego 2012 12:38
    "Czy napęd jonowy przejmie kontrolę w przestrzeni kosmicznej?" Cóż, na razie wyglądają bardzo obiecująco, zwłaszcza jeśli chodzi o loty międzyplanetarne.
    1. Sergh
      0
      3 lutego 2012 15:08
      W latach 90. na silniku jonowym amery wysyłali stacje kosmiczne do Jowisza i Saturna (jeśli potrafię kopać, niechętnie), latali bezpiecznie i robili zdjęcia pierścieniom i naturalnym satelitom obu, wrzucili sondę do atmosfera. Jest nawet dokumentalny Discovery i National Geographics.
      1. zynaps
        0
        5 lutego 2012 00:43
        bajki. technologia plazmowych silników elektrycznych odrzutowych była mniej lub bardziej sprawdzona, a nawet wtedy jako pomocnicze. aby zapewnić długotrwałą pracę silnika jonowego poza orbitą Marsa, nie będą wymagane ogniwa paliwowe, a nie radioizotopy (jak poprzednio), ale pełnoprawna elektrownia jądrowa. w którym panele emitujące nadmiar ciepła mogą pokryć rozmiar paneli słonecznych.
  4. 0
    3 lutego 2012 13:52
    Pytanie - Moduły M-70, M-100 produkowane przez OKB Fakel - ile z nich jest obecnie produkowanych rocznie?
    W latach 80. robiliśmy ich około XNUMX rocznie i trafiały na satelity, których przeznaczenie jest zwykle wyciszane
  5. 0
    3 lutego 2012 17:26
    Cytat: Ascetyczny
    Rosja stworzy silnik jądrowy dla statku kosmicznego


    z reaktorami program będzie na razie zamknięty (mam na myśli, że nie da się zapewnić 100% braku awarii startów) Amerykanie kiedyś mieli nawet problemy z radykalnym źródłem zasilania, gdy jakiś satelita został wystrzelony, wtedy wpadła na nie chłodna zieleń
  6. dmitry98
    +1
    3 lutego 2012 18:45
    „Jednak mają zdolność do rozproszenia produkty spalaniaże wyrzucają
    oszukać
    Silnik jonowy NIE posiada produktów spalania, używany jest gaz (obojętny, im lżejszy, tym więcej UV). Jest zjonizowany i przyspieszany w ESP.
    1. zynaps
      0
      5 lutego 2012 00:48
      Ojej. w takim razie głównym problemem silników jonowych jest to, gdzie w przystępnej cenie zdobyć dla nich ciężkie metale alkaliczne, cez lub rubid. skoro w silniku jonowym nie mówimy o bardziej kalorycznym paliwie rakietowym, a jedynie o szybkości ulatniania się cząstek, to ciężkie pierwiastki dadzą większe RI. w przeciwnym razie przyspieszenie aparatu do wymaganych prędkości z lekkimi cząstkami zajmie żmudnie dużo czasu.
  7. 0
    11 styczeń 2015 13: 25
    Cóż, niech polecą na Marsa na silnikach jonowych. Amerykanie naprawdę chcą na nim wylądować, więc niech latają. Cały postęp w eksploracji kosmosu.