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.

Общая характеристика космонавтики в мире

Вывод Советским Союзом 4 октября 1957 г. искусственного спутника на орбиту вокруг Земли положил начало космической гонке, которая к настоящему времени достигла небывалых масштабов. На начальном ее этапе, проходившем в условиях «холодной» войны, главные побудительные причины, задававшие тон в этом марафоне, носили политический и военный характер. Престиж и безопасность (в широком понимании) государства — вот…

Носители легкого класса США

В 1993 г. фирмой Lockheed была начата программа создания семейства РН LLV (Lockheed Launch Vehicle) малой и средней грузоподъемности. Первый пуск первой РН этого семейства — двухступенчатой твердотопливной РН LLV-1 малой грузоподъемности после неоднократных задержек из-за различных неполадок был осуществлен в августе 1995 г., однако закончился неудачей. Характеристики РН LMLV таковы: LMLV-1 грузоподъемностью порядка 1,0…

Направленность реструктуризации

Процессы реструктуризации аэрокосмической промышленности, происходящие за рубежом, направлены на достижение качественно нового состояния фирм, позволяющего не только выжить в условиях изменяющейся обстановки,но и обеспечить наращивание конкурентных возможностей на рынке космических товаров и услуг. Преимущества, получаемые фирмами в результате реструктуризации, можно условно выделить в четыре группы. Первая группа — текущая экономия на элементах постоянных издержек. Внутрифирменная…

Космические технологии и материаловедение

Регулярные исследования, касающиеся создания космических технологий и материаловедения, начались примерно с 1976 г. Проведение научных и технологических экспериментов в космосе открыло принципиально новые возможности углубленного исследования многих физических явлений, изучение которых на Земле затруднено или даже невозможно из-за действия силы тяжести. Анализ результатов проведенных экспериментов позволил существенно продвинуться в понимании особенностей протекания процессов диффузии, кристаллизации…

Ядерные энергетические и энергодвигательные установки

Более двадцати пяти лет назад в Семипалатинске был произведен первый энергопуск ядерного реактора ИВГ-1,с помощью которого была начата отработка конструкции ядерного ракетного двигателя. Уже тогда предполагали,что такой двигатель понадобится во время полета человека к Марсу. Позднее трудности с финансированием науки затормозили работу, но планируемая на 2017 г. экспедиция к Марсу оживила интерес к ядерному двигателю….

Выбор проектных характеристик радиолиний дальней космической связи

Выбор проектных характеристик космических радиолиний является сложной инженерной задачей и требует учета большого числа различных факторов, влияющих на энергетику радиолиний и качество передачи информации на требуемые дальности. Рассмотрим выражение, определяющее зависимость максимальной дальности связи D от параметров космической радиолинии, где Р — мощность передатчика; S6, S3 — эффективные площади бортовой и наземной антенн; hS —…

Международно-правовые принципы, касающиеся дистанционного зондирования Земли из космоса

В резолюции № 41/65 Генеральной Ассамблеи ООН от 3 декабря 1986 г. были одобрены «Принципы, касающиеся дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) из космического пространства». Принципы определяют применимость международного права в отношениях субъектов и исключают наличие правового вакуума в их деятельности по дистанционному зондированию Земли. Такая деятельность осуществляется в соответствии с международным правом, включая Устав ООН, Договор…

Состояние и развитие орбитальных станций

Орбитальные средства в зависимости от их принадлежности условно могут быть разделены на несколько больших групп: гражданские КА, коммерческие КА и военные КА. Эти группы, в свою очередь, можно разбить на подгруппы КА по целевому назначению: КА связи, КА дистанционного зондирования Земли, КА навигационного обеспечения, К А метеорологического обеспечения, исследовательские и экспериментальные КА, пилотируемые КА, разведывательные…

Общая характеристика зарубежных комплексов управления КА

Сети слежения за КА (наземные комплексы управления — НКУ, по отечественной терминологии командно-измерительные комплексы — КИК) начали создаваться за рубежом в конце 1950-х гг., с запуском первых КА США. До середины 1960-х гг. НКУ существовали только в США и в СССР. В дальнейшем НКУ были созданы другими странами, международными консорциумами и отдельными частными фирмами. В…

Надежность — основа эффективности функционирования космических систем будущего.

Одним из основных факторов, влияющих на эффективность использования космических систем, является их надежность. В период 1950-1980 гг. недостаточно высокий уровень надежности космических средств, прежде всего ракет-носителей и космических аппаратов, приводил к большому числу аварий и в значительной степени сдерживал развитие ракетно-космической отрасли, использование ее достижений в научных и прикладных програм-мах, развитие международного рынка космических изделий…

Все права защищены ©2006-2022. Перепечатка материалов с сайта возможна только с указанием ссылки на сайт – Невероятно, но факт!.
Email: hi@poznovatelno.ru. Карта сайта
 

Невероятно, но факт!