Невероятно, но факт!
Главная / Космос / Перспективные направления совершенствования энергетических и двигательных установок ракетно-космической техники

Перспективные направления совершенствования энергетических и двигательных установок ракетно-космической техники

Перспективные космические задачи, требующие повышенного энергопотребленияДвигательные и энергетические установки (ЭУ) ракетно-космических комплексов относятся к числу наиболее трудоемких, сложных в отработке и производстве подсистем. Уровень энергомассового совершенства, ресурс активного функционирования, надежность, технико-экономические показатели ДУ и ЭУ во многом определяют функциональные возможности и технико-экономическую эффективность ракетно-космического комплекса в целом. Сроки разработки и отработки новых образцов ДУ и ЭУ весьма длительны – 5-7 лет при условии наличия достаточного научно-технического задела. Именно поэтому следует обеспечивать его опережающее развитие. Только при таком условии могут своевременно разрабатываться и создаваться комплексы и системы, не уступающие по основным показателям зарубежным и способные конкурировать с ними на мировом рынке.

В XXI в. ракетно-космическая техника должна стать одним из основных факторов развития производительных сил в основных областях производственной сферы, определяющих уровень благосостояния общества: в энергетике, производстве материалов и продовольствия, добыче сырьевых ресурсов и др. Как показывают результаты поисковых исследований, РКТ помимо эффективного использования в сложившихся направлениях (глобальные коммуникационные, информационные и навигационные системы, космические комплексы для изучения природных ресурсов, экологического мониторинга и т.д.) в XXI в. может найти широкое применение для решения таких глобальных, тесно связанных между собой проблем, как энергетические и экологические. Создание опережающего научно-технического задела по разработке систем и средств бортовой (солнечной, химической и ядерной) энергетики и реализация его при разработке систем энергоснабжения и двигательных установок позволят повысить эффективность целевого использования КА, обеспечат необходимую базу для выполнения космических программ в XXI в.

В основе современной топливной энергетики лежат два вида топлива – ядерное и химическое. Ядерная энергетика основана на выделении части энергии связи ядерных нуклонов при реакциях деления или синтеза ядра. Химическая энергетика основана на выделении энергии химической связи атомов и молекул топлив. Существует и промежуточный источник энергии – выделение энергии связи атомных электронов. Принципиальная возможность использования этого вида энергии базируется на физике взаимодействия мощного короткоимпульсного лазерного излучения с веществом.

Выделение энергии связи атомных оболочек возможно за время менее 10-17 с при ионизационной перестройке атомных электронных оболочек в сверхсильных, превышающих внутриатомные, электромагнитных полях без затрат энергии на ионизацию и тепловые потери. Современный уровень развития лазерной техники позволяет реализовать указанную перестройку при воздействии на вещество лазерного излучения с интенсивностью т более 1017 Вт/см2 и длительностью импульса воздействия менее 10-13 с.

Стадии процесса взаимодействия высокоинтенсивного лазерного излучения сверхкороткой длительности с веществом:

  1. Начальная фаза воздействия сводится к индуцированию в скин-слое размером порядка 10,5 см крупномасштабнойПриоритетные направления развития научно-технического задела в области космического энергомашиностроения вихревой электронной структуры с электрическим полем с напряженностью, превышающей атомную напряженность, и тока свободных электронов с относительной концентрацией порядка 1021 см3. В этих условиях идет процесс анизотропии ионизации атомов и анизотропии нагрева электронов в плоскости, перпендикулярной лазерному лучу. Частоты процесса порядка плазменной частоты (1015-1016 Гц). Благодаря развитию этих процессов в нелинейной стадии вайбелевской неустойчивости плотность вихревой энергии и плотность энергии анизотропии сравниваются. При этом амплитуда магнитной индукции полей достигает насыщения порядка 10 МГс. Данная стадия воздействия, названная индукционной, характеризуется накоплением энергии в электронном компоненте, при этом спонтанно генерируемые магнитные поля из-за развития вайбелевских неустойчивое – тей поддерживаются на квазистационарном уровне в течение всего времени действия лазерного импульса.
  2. Развитие высокочастотных потенциальных и вихревых неустойчивостей переднего фронта лазерного импульса приводит к появлению эффекта коллективного ускорения малой группы электронов с высоким темпом ускорения – более 10 МэВ/фс. Электростатические ионизационные неустойчивости способствуют образованию в плазменном следе значительной концентрации энергии (более ~107 Дж/см2) потенциальных колебаний вследствие накопления отрицательного объемного заряда за короткие периоды ионизации. Развитие коллективных процессов на переднем фронте лазерного импульса приводит к образованию тонкой структуры фронта размером ~10,7-10,8 см с амплитудами напряженностей магнитного и электрического полей, превышающими порог устойчивости атома. При этом происходит конверсия лазерного излучения в различные виды энергии.
  3. Воздействие на атом индуцированных лазерным излучением вихревых электромагнитных полей с интенсивностью, превышающей атомную, приводит к спонтанному распаду верхних оболочек атома (ионизационному взрыву) за периоды туннельной ионизации ~10-17 с вследствие понижения потенциального барьера воздействием высокочастотных полей. Ионизационный взрыв сопровождается выделением потока энергии интенсивностью более 1017 Вт/см2. За счет спинового механизма разделения электронов по энергетическим состояниям происходит уплотнение низколежащих оболочек вплоть до К-оболочки. Происходит спонтанный рост индукции магнитного поля в атоме за счет перестройки структуры его электронных оболочек. Эта перестройка начинается с пороговой величины индукции магнитного поля порядка 10 МГс.
  4. Уплотнение низколежащих электронных оболочек атома приводит к их деформации с повышением напряженностей электрического и магнитных пол ей, превышающих запас устойчивости этих оболочек. При этом возрастает вероятность К-захвата электрона ядром. Время К-захвата существенно уменьшается вплоть до времени ионизации верхних оболочек (~10-17 с). Процессы структурной перестройки верхних и нижних электронных оболочек происходят в одном масштабе времени туннельной ионизации (~10-17 с).

В отличие от спонтанного К-захват носит стимулированный характер с большей вероятностью и с возбуждением внутренней перестройки структуры ядра. Выделяющаяся из ядра энергия идет на генерацию у-, (в-, х-излучений, образование быстрых конверсионных Оже-электронов. Возможна дальнейшая реакция распада ядра с выходом нейтронов. Такова гипотеза выделения энергии связи атомных оболочек.

Носители среднего класса стран Европейского космического агентства

Западноевропейский космический консорциум Arianespace уже более 10 лет эксплуатирует семейство РН среднего класса Ariane-4 (первый пуск РН Ariane-4 был осуществлен 15 июня 1988 г.), коэффициент надежности которой составляет 0,97. Модификации этой РН позволили вывести около 1400 спутников. Ниже описаны модификации, эксплуатируемые в настоящее время. В процессе реализации программы создания трехступенчатой РН Ariane-4 было изготовлено 6…

Направление реструктуризации аэрокосмической промышленности

Аэрокосмическая промышленность – одна из динамично развивающихся, наукоемких, прибыльных и перспективных отраслей мировой экономики. В последние годы эта отрасль охвачена процессами, которые изучаются многими специалистами различного профиля – политологами, экономистами, юристами и т.д. Этот интерес вызван стремлением понять и, по возможности, направлять эти процессы, прогнозировать их дальнейший ход и последствия. Разные авторы используют свои термины…

Качественный скачок в развитии орбитальных средств

Учитывая перспективы развития и совершенствования науки и технологий, прогнозируемые потребности государственных и коммерческих структур в использовании космоса,можно сделать вывод, что характерной чертой космической деятельности в XXI в. будет не только стремление к достижению новых количественных и качественных рубежей в развитии космических систем, но и создание новых высокотехнологичных космических средств и систем различного целевого назначения, затрагивающих…

Многоразовые космические системы

Современный уровень развития науки и техники, имеющийся задел в разработке элементной базы многоразовых космических систем (МКС) и созданная к настоящему времени экспериментальная база, а также существующая технология производства в ракетно-космической и авиационной отраслях промышленности позволяют уже в ближайшем будущем рассматривать вопросы, связанные с проектированием и разработкой перспективных МКС. В настоящее время достаточно четко сформировались три…

Требования к основным характеристикам НКУ

Требования к НКУ определяются целевым назначением управляемых КА, выполняемыми ими на орбите функциями и баллистической структурой орбитальной группировки КА. Автоматические КА ближнего и среднего космоса, к которым относятся К А для исследования природных ресурсов Земли, геодезии, связи и телевещания, в большинстве своем не требуют при штатной эксплуатации высокой оперативности управления. Программы работы бортовых систем КА…

Проблема делимитации воздушного и космического пространства и перспективы ее решения

Проблема определения юридических границ космического пространства – одна из важнейших и до сих пор не решенных проблем международного космического права. С одной стороны, необходимо обеспечить действие принципа уважения полного и исключительного суверенитета государств на их воздушное пространство с другой – свободу мирного использования и исследования космического пространства. В решении этой проблемы существует два противоположных по…

Носители среднего класса Китая

К РН промежуточного класса (по американской классификации) можно отнести находящиеся в настоящее время в Китае в эксплуатации две модификации базовой трехступенчатой РН Чанчжэн-3 (CZ-3): Чанчжэн-ЗА (CZ-3A) и Чанчжэн-3В (CZ-3B),npинципиально не отличающиеся от базовой РН Чанчжэн-3,а также РН Чанчжэн-2Е (CZ-2E). Зарубежные специалисты считают эти РН идентичными американской РН среднего класса Delta-2. На РН Чанчжэн-3 китайцы впервые…

Причины реструктуризации военно-политического характера

Причины, вызвавшие к жизни и продолжающие подпитывать процесс реструктуризации аэрокосмических фирм за рубежом, условно могут быть разделены на три группы: военно-политические, экономические и ресурсные. В основе военно-политических причин лежат новые условия, складывающиеся в мире после завершения “холодной войны”, когда сокращения выделяемых на военные нужды ассигнований привели к уменьшению военных заказов. Так, с 1987 по 1994…

Космические системы мониторинга

В области систем мониторинга следует выделить ряд приоритетных направлений развития, связанных как с повышением глобальности и оперативности наблюдения земной поверхности и околоземного пространства космическими средствами,так и с повышением эффективности решения задач прогноза и контроля, в том числе перспективные методы прогноза и контроля опасных природных явлений, биоэнергоинформационного состояния районов, городов, сельскохозяйственных угодий, пастбищ, геологического изучения территории…

Пилотируемая космонавтика – магистральное направление

История пилотируемой космонавтики началась 12 апреля 1961 г., когда советский летчик-космонавт Юрий Гагарин совершил первый космический полет продолжительностью 108 минут и навсегда вошел в историю развития нашей цивилизации. Это событие аккумулировало в себе титанические усилия и накопленный научно-технический потенциал ракетно-космической отрасли СССР. Пилотируемое освоение космоса давалось нелегко. Достижения и свершения сопровождались потерями и трагедиями. Мрачный…

Все права защищены ©2006-2020. Перепечатка материалов с сайта возможна только с указанием ссылки на сайт – Невероятно, но факт!.
Email: hi@poznovatelno.ru