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.

Средства связи

В настоящее время рынок телекоммуникаций развивается весьма динамично – его объем в 1998 г. превысил 1 трлн дол. При этом объем космического сегмента рынка телекоммуникаций составил примерно 27 млрд дол., или 2,3 % от всего мирового рынка. Однако в течение 10 лет прогнозируется рост удельной доли космического сегмента до 6 %. Это означает, что среднегодовые…

Комплексы управления КА США

В США средства управления КА военного и двойного назначения эксплуатируют МО, НАСА и Управление по исследованию атмосферы и океанов НОАА (NOAA) Министерства торговли. В США формальное разделение космической программы на гражданскую и военную произошло в начале 1960-х гг. К 1964 г. сформировался НКУ военной навигационной системы Transit. С запуском первых разведывательных КА типа Samos и…

Достигнутый уровень долговечности КА зарубежных стран

Анализ развития РКТ зарубежных стран в течение 1970-1990-х гг. позволяет сделать следующие выводы. В США для КС связи и ретрансляции, навигации, системы раннего предупреждения о ракетном нападении и радиотехнической разведки созданы КА с расчетными сроками активного существования 7…10 лет (DSCS-2, DSCS-3, Leasat, Fleetsatcom, TDRSS, Navstar). Это позволяет развертывать космические системы в штатном составе на весь…

Обеспечение астероидной безопасности

Столкновение Земли даже с небольшими по земным представлениям небесными телами (диаметром от сотен метров до одного километра) может привести к серьезным экологическим последствиям, а при их больших размерах поставить человечество на грань исчезновения. Археологические исследования позволяют выдвинуть гипотезу о существовании подобных фактов в истории Земли. В этой связи обеспечение астероидной безопасности будет одной из важнейших…

Нетрадиционные ракетные двигатели и методы движения в пространстве

Создание нетрадиционных ракетных двигателей базируется прежде всего на использовании нетрадиционных источников энергии. Некоторые авторы (А.Е. Акимов, А.Ф. Охарин, Г.И. Шипов и др.) рассматривают возможность реализации методов и средств движения в пространстве на основе пропагандируемых ими принципиально новых физических полей (торсионных, микролептонных, мэонных) и энергии физического вакуума. Экспериментальных результатов, позволяющих говорить о возможности создания требуемых методов…

Состояние и перспективы развития комплексов и средств единого Государственного НАКУ КА

В составе единого Государственного НАКУ будут эксплуатироваться как современные средства, так и большое количество морально и физически устаревшей техники. На рис. представлены обобщенные показатели по выработке ресурса средств НАКУ МО, который является ядром единого Государственного НАКУ. Из рис. следует, что более 70 % средств НАКУ МО находятся за пределами гарантийного ресурса (имеют 2 или 3-ю…

Гражданские средства

К категории так называемых гражданских КА относятся спутники, разрабатываемые и запускаемые по государственным программам, исключая КА военного назначения. К их числу могут быть отнесены исследовательские и экспериментальные КА, КА связи, КА землеобзора, включающие метеорологические КА и КА ДЗЗ. Зарубежными специалистами прогнозируется, что общее число гражданских КА, запускаемых в период 1998-2007 гг., составит более 200, т.е….

Комплексы управления КА Европейского космического агентства

Европейское космическое агентство – ЕКА (ESA – European Spase Agency) создано в 1975 г. для содействия сотрудничеству европейских стран в области космических исследований, разработки космической техники и поиску ее прикладного использования. Первоначально в ЕКА вошли 11 стран (Франция,ФРГ, Великобритания, Италия, Испания, Швеция, Бельгия, Дания, Нидерланды, Ирландия, Швейцария). Впоследствии в ЕКА вошли Норвегия, Австрия, Канада, Финляндия….

Достигнутый уровень долговечности отечественных КА

Анализ развития РКТ в нашей стране за рассматриваемый период позволяет отметить следующее: В многоспутниковых системах связи, ретрансляции, навигации, радиотехнической разведки и системы предупреждения о ракетном нападении используются КА с гарантийным ресурсом 1-3 года. Фактические средние сроки функционирования превышают гарантийные на 1-2 года. Отдельные образцы имеют САС 5-8 и даже 10 лет (при их использовании в…

Многофункциональные конструкции

Благодаря объединению функций электроники, датчиков, систем распределения электропитания и терморегулирования с применением очень легких модульных конструкций на борту перспективных КА не будет кабелей и связанных с шиной распределительных коробок. Это позволит снизить массу КА почти в 10 раз, а занимаемый аппаратурой объем в 2 раза. Электронные модули на множестве микросхем будут монтироваться непосредственно на конструкции…

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