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 выведения – локомотивы космонавтики

Космические средства выведения представляют собой сложные технические транспортные системы, предназначенные для доставки полезных нагрузок в космическое пространство на заданные орбиты. Все существующие космические средства выведения, а также средства, эксплуатация которых будет осуществляться в обозримой перспективе (25…30 лет), имеют в своей основе принцип реактивного движения. Первые сообщения о применении устройств, использующих этот принцип, появились в китайских…

Средства управления КА Великобритании

Великобритания эксплуатирует военные КА связи Skynet, участвует в управлении КА связи НАТО. Великобритания считается крупнейшим в Европе (и вторым в мире) потребителем космической информации с разных КА многих стран и организаций. Результаты обработки данных (включая снимки с метео-КА и КА ДЗЗ), накопленные за ряд лет, могут использоваться в военных целях, например во время кризисных ситуаций….

Обеспечение качества и надежности российского сегмента в международных космических программах

Международное сотрудничество в области коммерческих космических программ в 1980-1990 гг. существенно расширилось. Вслед за организацией первых консорциумов Intelsat, Inmarsat последовало создание значительного числа всемирных и региональных систем и программ – Comsat, Landsat, Meteosat, Eutelsat, Panamsat, Asiasat, Iridium, GlobalStar и т.п. В 1998 г. начато создание Международной космической станции. Основные особенности этапа: значительное увеличение объема работ,…

Развитие и особенности системы средств выведения

Развитие средств выведения полезных грузов в космическое пространство (ракет-носителей) в нашей стране шло по нескольким направлениям. Первое направление, возникшее в 1957 г., связано с созданием ряда РН на базе межконтинентальной баллистической ракеты (МБР) Р-7. Эта МБР была разработана в знаменитом ОКБ-1 (с 1966 г. – Центральное конструкторское бюро экспериментального машиностроения (ЦКБЭМ), с 1974 г. –…

Современное состояние наземной инфраструктуры космодромов России

Космодром Байконур основан в 1955 г. как испытательный полигон ракетно-космической техники. На космодроме Байконур производятся подготовка и пуски ракет-носителей легкого, среднего и тяжелого классов. Международное сотрудничество России в области космоса в значительной степени ориентировано на использование возможностей космодрома Байконур. На долю космодрома Байконур приходится свыше 50 % запусков КА, в том числе все запуски на…

Система эксплуатации. Состояние и перспективы развития

При создании космических средств (на этапах задания требований, изготовления космических средств, строительства объектов космической инфраструктуры,летных испытаний) должна создаваться и соответствующая им система эксплуатации. На заре создания и эксплуатации космической техники система эксплуатации не разрабатывалась каждый главный конструктор под создаваемую технику закладывал свою нормативную базу эксплуатации. Это предопределяло неупорядоченное функционирование системы эксплуатации космических средств (СЭ КСр)…

Носители тяжелого класса

Носителями тяжелого класса из числа зарубежных стран располагают США, страны Европейского космического агентства (ЕКА) и Япония. Первые тяжелые носители были созданы американцами в 1964-1967 гг. для обеспечения лунной программы Apollo. Самый мощный из них Saturn-5 позволял выводить на околоземную орбиту высотой 500 км полезный груз массой около 120 т. С завершением программ Apollo и Skylab…

Средства управления КА Китая

Китай эксплуатирует КА военного и двойного применения для связи, метеообеспечения, ДЗЗ, а также запускает экспериментальные КА, в том числе военные. Для управления этими КА предназначен многопунктный, организационно единый НКУ, эксплуатируемый Китайским объединением по запускам, слежению, телеметрии и управлению КА. Это объединение подчинено Комитету по оборонной науке, технике и оборонной промышленности (КОНТОП) Госсовета. В состав НКУ…

Оптимизация стратегий развертывания и восполнения многоспутниковых космических систем по критериям надежности и стоимости

В конце 1970-х гг. в нашей стране и в США было начато решение задачи по разработке и развертыванию глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и Navstar. B составе которых должны были функционировать 24 полноразмерных КА (21 основной + 3 резервных). Существенное увеличение числа КА в системе значительно усложнило решение задачи развертывания в установленные сроки. В 1990-е гг….

Разгонные блоки ракет-носителей

Важнейшей составной частью системы средств выведения являются разгонные блоки (РБ), называемые также межорбитальными буксирами. Разгонные блоки обеспечивают перемещение выводимых полезных грузов с орбиты на орбиту или направление их на отлетные и межпланетные траектории. Для этого РБ должны иметь возможность выполнять один или несколько маневров, связанных с изменением скорости полета, для чего в каждом случае предполагается…

Все права защищены ©2006-2021. Перепечатка материалов с сайта возможна только с указанием ссылки на сайт – Невероятно, но факт!.
Email: hi@poznovatelno.ru. Карта сайта
 

Невероятно, но факт!