воскресенье, 10 октября 2010
Электромагнитный ускоритель с изменяемым удельным импульсом Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket, VASIMR™На конференции NewSpace 2010 бывший астронавт Франклин Чанг-Диас объявил о том, что он уже договорился с НАСА об испытании в 2014 году своего прототипа магнитоплазменного реактивного двигателя VF-200 на МКС. Если придуманная им концепция окажется успешной, это позволит сократить время перелета на Марс до 39 дней.
читать дальше
Астронавт Франклин Чанг-Диас
Пилотируемой миссии к Марсу предстоит решить огромное количество проблем. Одна из самых сложных — длительное время путешествия. За год полета к Красной планете и еще один — обратно космонавт рискует получить необратимые изменения организма. Космическое излучение, дистрофия мышц, психологические проблемы — все это является реальной угрозой человеческой жизням, миссии и самой идее межпланетных перелетов. Пока биологи бьются над проблемой на своем поле боя, инженеры предлагают очевидный выход – создать быстрый корабль, который доставит людей с Земли на Марс и обратно в кратчайшие сроки. В настоящее время самая быстрая траектория предполагает перелет к Марсу за шесть месяцев. Бывший астронавт Франклин Чанг-Диас планирует сократить это время до фантастических 39 дней.
VASIMR использует пару радиоантенн для ионизации и разогрева газов (например, аргона) и ускорения реактивной струи с помощью силовых линий магнитного поля. В отличие от обычных химических ракетных двигателей VASIMR развивает меньшую тягу. Однако по сравнению с распространенным ионными ракетными двигателями он должен обладать довольно большим удельным импульсом — до 30000 секунд — и скоростью истечения реактивной струи до 300 км/с. Двигатель также способен регулировать тягу, он сравнительно конструктивно прост и компактен и использует очень высокие уровни энергии, измеряемые мегаваттами. Благодаря этому VASIMR может обеспечить в десятки раз большую тягу, при условии наличия подходящего источника электроэнергии. VASIMR также может непрерывно работать в течение нескольких дней или недель и потребляет мало топлива, что позволяет разогнать корабль до больших скоростей, а потом так же затормозить его. Это сокращает продолжительность миссии на Марс почти в пять раз.
VASIMR на испытательном стенде
Однако у концепции есть и серьезные недостатки. Прежде всего, это не очень большая полезная нагрузка, поскольку малый импульс двигателя медленно разгоняет массивный корабль. Чем тяжелее корабль – тем дольше миссия. Эта проблема частично снимается тем, что полет продлится не очень долго, и космонавтам не потребуется много воздуха, воды и пищи. Также можно снять вопрос массы, заранее разместив на орбите Марса беспилотные грузовые корабли, оборудованные стыковочными узлами, которые смогут обеспечить экипаж всем необходимым для выполнения миссии.
Установка "Топаз-2"
Но самый главный вопрос — это источник энергии. Для быстрого перемещения по солнечной системе Чанг-Диасу потребуется генератор мощностью не менее 200 Мвт. Для сравнения: каждый из 4-х энергоблоков Ленинградской АЭС имеет мощность 1000 МВт. Естественно, на солнечные батареи рассчитывать не приходится. Единственный вариант – ядерный реактор. Однако самый мощный космический ядерный реактор ТОПАЗ в СССР выдавал 10 киловатт и имел показатель удельной мощности (альфа) 100 килограммов на киловатт. В свое время НАСА для отмененной ныне программы Prometheus хотело получить показатель удельной мощности до 65 кг/кВт. И руководитель этой программы считает, что вряд ли при современных технологиях возможен космический реактор с показателями 20 кг/кВт. Однако VASIMR-у и кораблю марсианской миссии массой около 600 тонн нужна альфа 1 кг/кВт. Многие специалисты считают это фантастикой. Надо отметить, что у современных корабельных коммерческих реакторов этот показатель 54 кг/кВт. У атомных субмарин альфа лучше – около 45 кг/кВт. Но даже эти технически совершенные машины далеки от требуемого уровня технологии VASIMR. При мощности 200 Мвт космический реактор должен весить около 4 тонн, в то время как самые современные реакторы атомных субмарин схожей мощности весят около или более 10 тонн.
Тем не менее, Франклин Чанг-Диас не просто так взялся за испытания своего двигателя. Перспективы создания компактного реактора весьма хорошие. В 2003 году студенты Массачусетского технологического института предложили проект компактного солевого ядерного реактора на быстрых нейтронах с альфой менее 3 кг/кВт. Их проектный образец имеет мощность 4 Мвт, вес ядра — всего 185 кг, а размеры — 20X20X20 см.
Еще один интересный вариант — это представленный в начале этого года проект миниреактора компании Hyperion, масштабное производство которого начнется в 2013 году. Это компактный реактор размером 1,5х2,5 метра, мощностью 25Мвт и альфой 2 кг/кВт.
Также весьма перспективны для космоса ториевые реакторы Карло Руббиа. В них ядерная реакция запускается при помощи ускорителя частиц, что делает реактор компактным, абсолютно безопасным и не требующим тяжелого экранирования. Широкое внедрение этой технологии "запланировано" на 2025-2030 годы.
VASIMR VX-200, 15 секунд на полной мощности
Таким образом Франклин Чанг-Диас не поторопился, а лишь предвидел развитие технологий в области создания компактных ядерных источников питания. Объединение VASIMR с малогабаритным мощным ядерным реактором подарит человечеству всю солнечную систему и сделает путешествие к ближайшим планетам таким же "обыденным" занятием, как полеты на орбиту Земли сегодня.
Ссылки:
Плазменный ракетный двигатель VASIMR
Физика и конструкция двигателя VASIMR
Компоненты двигателя VASIMR
Летная демонстрация плазменного ракетного двигателя
Плазменные ракетные двигатели – революция в космических полетах
"ТОПАЗ-2" ИСПЫТАЮТ В КОСМОСЕ...
Разработка миниатюрных ториевых реакторов...
@темы:
Физики пытаютцо думать,
Физики проектируют,
Физики в звездной вселенной