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.
Вроде бы, мысль авторов проекта понятна: да, в космосе тела сильно нагреваются. Нагрев усугубляется отсутствием атмосферы, которая рассеивает солнечный свет. Кроме того, в вакууме нет атомов газов, которые могут отвести тепло - охлаждение идёт только за счёт инфракрасного излучения.
В итоге, если на Земле песок обычно не разогревается выше +70-80°С, то температура грунта на поверхности Луны достигает +127 °C. То есть, разница действительно есть, хотя не особо впечатляет.
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.
Статьи по теме:
Сборка российского космического ядерного буксира начата
