Космос автор: shotlandec | 25-07-2010, 16:59

Ускоритель плазмы осилит дорогу до Марса за месяц

Огромный электроракетный двигатель с рекордными характеристиками прошёл наземный тест под нагрузкой, превышающей номинал. Новичок совмещает приличную тягу с экономичностью. А это позволяет надеяться на новый виток в развитии космической отрасли. Экзотический ускоритель плазмы способен распахнуть людям двери на другие планеты.Американская компания Ad Astra Rocket успешно проверила в вакуумной камере свой оригинальный «Магнитоплазменный двигатель с переменным удельным импульсом» (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket — VASIMR), а точнее — его самую крупную модификацию VX-200.Первые его испытания состоялись несколько месяцев назад, но 30 сентября 2009 года прошёл тест при рекордном уровне в 201 киловатт. «Это самый мощный плазменный двигатель в мире на данный момент», — утверждает основатель Ad Astra Rocket, бывший астронавт NASA, Франклин Чан-Диаз (Franklin Chang-Diaz).Ближе всего по данному параметру к VX-200 находится один из вариантов двигателя Hall, который NASA разрабатывало своими силами. Но он был вчетверо слабее и употреблял из сети «всего» 50 киловатт. Остальные конструкции отстают ещё больше.
Ускоритель плазмы осилит дорогу до Марса за месяц

Основные части и принцип работы VASIMR. При помощи электромагнитного излучения рабочее тело (аргон) ионизируется. Далее газ попадает в «бустер», где вторая радиоволновая антенна резко увеличивает температуру плазмы. Набор же сверхпроводящих катушек используется как сопло с магнитными стенками, в котором плазма разгоняется до высокой скорости (иллюстрация Ad Astra Rocket Company).
Как работает VASIMR в тестовой камере, можно увидеть в этом ролике. Правда, он относится к давнему испытанию, во время которого аппарат потреблял только 179 киловатт. Из них 30 кВт использовались в первой части двигателя для создания плазмы, а 149 — на разогрев и разгон её во второй камере.

На максимальной же паспортной мощности в 200 кВт распределение энергопотребления двух «ступеней» плазменного ускорителя VX-200 остаётся аналогичным: 32 кВт уходит на ионизацию газа и 168 – на его нагрев и разгон. И хотя во время опыта пиковую свою мощность аппарат развивал доли секунды, создатели машины убеждены, что её рабочая версия сможет непрерывно работать минутами, а если потребуется – часами, днями и месяцами.
Ускоритель плазмы осилит дорогу до Марса за месяц

Франклин Чан-Диаз летал на шаттле семь раз. Он также является физиком, специалистом по плазме. Ad Astra Rocket он основал в 2005 году (снимок 2005-го, кстати), выйдя в отставку из рядов NASA. Тогда же Чан-Диаз предложил концепцию VASIMR, которую и принялась развивать его компания. Любопытно, что в том же году NASA сократило собственные работы по электроракетным двигателям из-за секвестра бюджета.Ad Astra Rocket обладает штаб-квартирой и исследовательским отделом в Техасе и ещё одним научно-исследовательским подразделением в Коста-Рике. Выбор второй страны не случаен – Франклин костариканец по происхождению, и на родине до сих пор живут его мать, братья и сёстры (фото NASA/Johnson Space Center).
Плазменные ракетные двигатели (одним из вариантов которых и является VASIMR) наряду со своими близкими родственниками — ионными двигателями — сулят человечеству новые возможности в освоении космоса. От химических ракетных движков они выгодно отличаются колоссальной экономичностью.Правда, увы, такие устройства дают малую тягу. В случае с VX-200 речь идёт о величине порядка 5 ньютонов (500 граммов). По меркам химических движков — это сущая мелочь, но по меркам электроракетных — очень солидная величина.
Ускоритель плазмы осилит дорогу до Марса за месяц

Схема двигателя VX-200 и его фотографии перед установкой в вакуумную камеру (иллюстрации Ad Astra Rocket Company).
Для сравнения стоит вспомнить американский межпланетный аппарат Dawn, который стартовал осенью 2007-го (к своей первой цели, Весте, он прибудет в 2011 году). Для разгона к поясу астероидов Dawn использует три ионных двигателя, каждый из которых развивает максимальную тягу в 90 миллиньютонов.«Это идентично весу одного листка из блокнота», — образно поясняет NASA. В чём, спрашивается, смысл? Дело в том, что «ионники» примерно в 10 раз эффективнее химических ракетных двигателей. В частности, удельный импульс устройств, стоящих на Dawn, составляет 3100 секунд.Потому 425 килограммов рабочего тела (ксенона) им хватит на 2100 дней работы. Пусть ускорение Dawn невозможно заметить глазу, но общее приращение скорости за всё время миссии составит порядка 10 километров в секунду.И сам аппарат получился сравнительно лёгким (тонна с четвертью). Потому для его старта с Земли понадобилась ракета меньшего класса (Delta II), а значит — более дешёвая, в сравнении той, что потребовалась бы для подъёма на орбиту гипотетического исследователя астероидов, построенного на основе химических движков.
Ускоритель плазмы осилит дорогу до Марса за месяц

VX-200 на одном из испытаний. По идее, применённая в нём технология позволяет получать удельный импульс от 3000 до 30 тысяч секунд в одном устройстве (путём вариации как расхода рабочего тела, так и мощности, подводимой к излучателям, греющим плазму), но конкретные характеристики разных моделей VASIMR могут сильно различаться (фото Ad Astra Rocket Company).
Удельный импульс установки VX-200 составляет порядка 5000 секунд. Вообще же он может меняться, что и отражено в названии устройства. Больший КПД можно получить при малой тяге, меньший — при максимальной.Так можно варьировать режим работы маршевого движка в зависимости от целей миссии космического аппарата. Где-то можно позволить себе потратить несколько больше рабочего тела, но сократить время полёта, где-то, напротив, выполнить задание за больший срок, но при минимальном расходе «горючего», а значит, — минимальном весе аппарата.Тут надо отметить, что VASIMR претендует на роль некоего промежуточного варианта создания тяги в условиях космоса. Промежуточного между химическими ускорителями (мощными, но прожорливыми) и чрезвычайно миниатюрными электроракетными движками, экономичность которых может быть гораздо выше, чем даже у VX-200, но тяга будет составлять лишь доли грамма.VASIMR обладает ещё одним преимуществом перед соперниками из стана электроракетных двигателей в целом: в нём плазма ни в одной точке не соприкасается с деталями аппарата, а контактирует только с полями.Это означает, что устройство от Ad Astra сможет работать по многу месяцев и даже лет без деградации конструкции — то что надо для разгона космических аппаратов на пути в глубины Солнечной системы или коррекции орбиты спутников. У классических ионных ракетных двигателей больной вопрос – эрозия решёток-электродов. У VASIMR же таковых попросту нет.Ad Astra Rocket строит богатые планы применения VASIMR в ряде проектов. Так, по соглашению с американским космическим агентством в 2013 году лётный вариант VX-200, названный VF-200-1, должен попасть на испытания на МКС. Разрабатываемый ныне аппарат будет базироваться на общем дизайне VX-200, но состоять из двух фактически параллельных движков по 100 киловатт каждый.(Интересно, что Ad Astra Rocket ведёт переговоры о доставке VF-200-1 на станцию при помощи частного носителя от SpaceX либо Orbital Sciences).
Ускоритель плазмы осилит дорогу до Марса за месяц

Примерное расположение двигателя VF-200-1 на МКС и его общий вид (иллюстрации Ad Astra Rocket Company).
VF-200-1 попробует поднимать орбиту станции, регулярно «проседающую» из-за слабого торможения в остатках атмосферы, имеющихся даже на 400-километровой высоте. VF-200-1 будет включаться на короткое время (несколько минут) эпизодически. А поскольку мощность, забираемая им из сети, очень велика, двигатель должен потреблять энергию, накопленную в специальных аккумуляторах, которые, в свою очередь, во время пауз в работе плазменного ускорителя будут понемногу подзаряжаться от солнечных батарей МКС.Если тест пройдёт успешно, на такой способ подъёма орбиты, возможно, и переведут станцию. А это обещает солидную экономию. Ведь нынешний вариант подъёма орбиты (при помощи химических движков транспортных кораблей снабжения) означает расход 7,5 тонны горючего в год, в то время как VASIMR потребует на ту же цель 300 килограммов аргона ежегодно. Перспективы же технологии ещё заманчивее.На основе одного или нескольких VF-200-1, полагает компания, можно построить беспилотный грузовик, который будет переправлять большие грузы с низкой околоземной орбиты на окололунную. Питание эти движки получали бы от солнечных батарей.
Ускоритель плазмы осилит дорогу до Марса за месяц

Орбитальный тягач с двигателями VASIMR может выглядеть так. Вариант с четырьмя или пятью установками, идентичными VF-200-1, ещё может обойтись в плане электропитания крупными солнечными батареями (мощностью до мегаватта) (иллюстрация Ad Astra Rocket Company).
Выгода от замены химического орбитального буксира на магнитоплазменный в целом аналогична той, что была продемонстрирована в случае с установкой ионных двигателей на Dawn. То есть речь идёт о снижении массы комплексов, которые сначала нужно поднять на околоземную орбиту.Так для переправки в одном рейсе 34 тонн полезного груза между земной и лунной орбитой химическим двигателям потребуется сжечь 60 тонн пары кислород/водород, а пятёрка VF-200-1 обойдётся 8 тоннами аргона. То, что лунный перелёт «на плазме» будет длиться месяцами, в случае беспилотной миссии не играет никакой роли.А вот будущие двигатели VASIMR (несколько штук по 10-20 мегаватт) могли бы донести пилотируемый комплекс к Марсу всего за 39 дней, — утверждает Чан-Диаз. И тут многократное сокращение времени миссии — главная выгода. Ведь в таком случае астронавты получат намного меньшую дозу космической радиации, от которой иначе придётся защищаться толстыми стенками корабля (а это масса) либо магнитным щитом.
Ускоритель плазмы осилит дорогу до Марса за месяц

Марсианский пилотируемый аппарат с двигателями VASIMR. Питать их должен небольшой атомный реактор. Компания пишет, что подобный корабль с магнитоплазменной установкой мощностью «всего» 12 мегаватт долетел бы до Марса менее чем за четыре месяца, что уже неплохо. Ну а вариант с 39-дневным перелётом потребует суммарной мощности установки в 200 мегаватт. Много. Но зато сам аппарат вышел бы относительно лёгким и количество рабочего тела на его борту было бы невелико (иллюстрация Ad Astra Rocket Company).
Для такого аппарата, скорее всего, потребовалась бы бортовая атомная электростанция — солнечные панели нужной мощности вышли бы просто чудовищно большими.О том, что электроракетные движки для дальних миссий «просят» ядерную подпитку, специалисты говорят давно. Никаких принципиальных и неразрешимых трудностей в постройке подобного генератора сейчас нет.Ещё не все вопросы относительно тонкостей работы самого VASIMR сняты. Учёным предстоит повысить полный КПД системы и найти лучший способ избавления от лишнего тепла, рассеиваемого таким движком. Но в целом технология вполне уже подходит к этапу, когда исключительно наземные экспериментальные установки должны породить модификации, предназначенные для отправки на орбиту. Чан-Диаз и его коллеги полагают, что коммерческие версии двигателей типа VASIMR могут появиться на рынке в 2014 году.

Читайте так же:

Статьи раздела Космос

Тестирование самого мощного в мире Плазменного двигателя

Тестирование самого мощного в мире Плазменного двигателяРакеты которые будут использовать заряженные частицы для продвижения сверхбыстрых полётов на Марс теперь, когда уменьшенный в размере прототип был продемонстрирован на полную мощность, стали на шаг ближе.

Ионный двигатель доставит на Марс за 39 дней

Ионный двигатель доставит на Марс за 39 днейВ то время как НАСА пытается ещё раз отправить астронавтов на Луну, сами побывавшие там 40 лет назад герои говорят, что на Луне нет ничего интересного. По их словам, действительно интересная цель — это Марс. Но критики возражают, что полёт к Марсу может оказаться невыносимо сложным. Шесть месяцев в открытом космосе только в одну сторону — можно ли перенести такое без ущерба для здоровья?

Загадка «Хаябуса»

«Хаябуса» означает в дословном переводе «сокол». На самом деле абсолютно никакого сходства между этим космическим аппаратом и гордой птицей не существовало, спутник скорее напоминал параллелепипед, который имел основание 1,5 на 2 м, а также высоту 1 м. на данном спутнике разработчики закрепили специальные панели множества солнечных батарей, а также установили остронаправленную антенну, диаметр которой составил 1,5 м.

Тестовый самолёт на глазах публики ушёл в смешанную реальность

Тестовый самолёт на глазах публики ушёл в смешанную реальностьНастоящие самолёты летят по виртуальным коридорам, висящим прямо в небе. Такова фантастическая идея, которая готова вот-вот превратиться в новый вид спорта. Ещё недавно она могла похвастать только бумажными набросками, но вот на днях необходимая технология наряду с самими летательными аппаратами была впервые продемонстрирована в деле.

Тяжёлая ракета легко взяла невиданную частниками высоту

Тяжёлая ракета легко взяла невиданную частниками высотуЧетвёртого июня 2010 года новая ракета-носитель, стартовавшая с космодрома на мысе Канаверал в 22:45 по московскому времени, вывела на околоземную орбиту прототип космического корабля. И пусть до его полёта с экипажем пройдёт не один год, сегодняшний день можно считать началом отсчёта новой эпохи – присутствия частных фирм в пилотируемой космонавтике.

 (голосов: 1)

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.

Это интересно
Последние новости

Уход за старой кошкой

Хозяева зачастую, в суете дней не улавливают того момента когда их кошка стареет и нуждается в большем уходе. Внешне поведение может совсем не измениться, но звоночком может послужить изменение его поведения: апатия, потеря аппетита, увеличение продолжительности сна.


Алхимия: из низшего в высшее

Некоторые ученые полагают, что само понятие «алхимия» ведет свою историю от греческого термина «хио», которое означает «изливать» или «лить металл», поскольку очень многое в алхимии связано с металлами, разнообразными способами их получения и обработки.


Кольцо в небе над Венесуэллой

Необычное явление наблюдалось 21 июня 2003 г. в 20 километрах к западу от Каракаса. В 6 часов вечера люди заметили в небе странное плотное облако, по форме отдаленно напоминающее чечевицу.


Кресло исполняет желания

Есть на планете места, где удивительным образом тайное становится явным, а мечты вдруг приобретают вполне осязаемые реальные черты.


Призрак короля

Невероятно таинственная история случилась в 1792 г. В период французского революционного переворота. Таинственный призрак, повлиявший на течение исторических событий, предотвратил назревавшее кровопролитие между французами и австрийско-прусской империей.


Человек произошел от скрещивания шимпанзе со свиньей

Даже по сей день диспуты о происхождении человека не утихают, а становятся все горячее. Генетик из Америки выдвинул новую гипотезу о происхождении человека. Разработал он ее в университете Джорджии со своими коллегами.


Город оплавленных камней

Прибрежные равнины Перу, окруженные высокогорьем Анд считаются самой протяженной горной цепью, которую называют остовом Южного континента Америки. Здесь в нагорной долине, окруженной неприступными скалами, зарождающяяся империя кечуа, заложила основу своего государства Куско.


Загадочные двойники
Американец Адриан Браун работает шофером в частной охранной фирме. Каждую ночь объезжает объекты строго по установленному маршруту.


Человек по своей природе крайне суеверный, оттуда и берутся многочисленные приметы и разные народные суеверия. Этих суеверий великое множество. Так одни из самых распространённых имеют тематику «потерял- нашел». 


Женское имя - Лариса. Тайна имени
Лариса - имя, имеющее латинские корни. В переводе означает «чайка». Как вольная птица, Лариса все старается взмыть повыше в небо, то и дело подвергая сомнению законы гравитации.


Мужское имя - Геннадий. Тайна имени
Геннадий (в буквальном переводе означает «родовитый») - имя имеющее древнегреческие корни. И действительно, Геннадии часто находятся под гнетом своей родословной. 


Космический телескоп Хаббла.

Прошедшее столетие далеко продвинуло человеческие познания в сфере исследования нашей Вселенной. Было сделано множество открытий с помощью сложных оптических телескопов, расположенных в высокогорных исследовательских обсерваториях.



Титан – металл для освоения космических пространств.

Бездна космических глубин начинается сразу же за тонкой оболочкой земной атмосферы. Наша Солнечная система выглядит совсем небольшой на фоне этой абсолютной пустоты.



Самая маленькая птица на Земле.
Радужная птичка колибри является самой маленькой птицей на Земле. Это прекрасное творение природы обитает на просторах Американского континента от Аляски до Огненной Земли. 


Интересные факты про насекомых.
Одним из самых необычных фактов о насекомых является то, что в отличие от людей, они не испытывают боли. Боль – это неприятное телесное и эмоциональное ощущение, которое связано с реальным или возможным повреждением тканей организма.

Популярные новости