Топ-10 концептуальных двигателей космических кораблей

0

Запуск корабля в космос – дорогостоящий и медленный процесс странной науки и техники. По сути, нам нужны ракеты, экстремальные двигатели, которые выбрасывают высокоскоростные выхлопные газы для создания тяги. Их работа – технологическое чудо по стандартам прошлого века, но основы довольно просты. При повышенном давлении воспламенитель запускает взрыв топлива внутри камеры сгорания вместе с источником кислорода (обычно жидким). Образовавшаяся жидкость выходит через торцевое сопло в виде реакционной массы.

В отличие от воздушно-реактивных двигателей, ракеты не могут выпускать атмосферные газы для движения, потому что на орбитальных высотах атмосфера становится слишком тонкой. Таким образом, для получения тяги ракетный двигатель должен отталкивать собственную выхлопную жидкость. Выглядит просто, но технические проблемы, связанные с проектированием, сборкой, сборкой и испытанием действующего космического корабля, значительно превышают бюджет любого запуска спутниковой связи.

По-видимому, преодоление земного притяжения и выход в открытый космос – это предел для современных химических ракет, которые используют экзотермическую реакцию в качестве двигателя. К счастью, прикладная наука – это не столько борьба с физикой, сколько выяснение того, как заставить ее законы работать положительно. Вот 10 концепций двигателей космических кораблей, которые могут расширить горизонты человечества.

10 Синергетический турбореактивный двигатель


Одним из методов создания более дешевых космических аппаратов может быть метод одноступенчатого вывода на орбиту (SSTO), концептуальная двигательная установка, которая не требует сброса оборудования для достижения орбитальной высоты. Он будет использовать атмосферный воздух во время запуска для подпитки реакции горения двигателя, что позволит избежать переноса дополнительного окислителя и, следовательно, снизить вес.

Следуя такому предложению, британская компания Reaction Engines Limited (REL) спроектировала свой космоплан Skylon для работы с SABRE, концепцией воздушно-реактивного двигателя. Чтобы рассчитывать только на собственное внутреннее оборудование для получения тяги, SABRE сможет переключаться между двумя режимами работы – типичным турбореактивным двигателем, использующим атмосферный воздух для внутреннего сгорания, и обычным ракетным двигателем, использующим подачу жидкого кислорода.

REL выпустила предложение о пилотируемом путешествии на Марс, в котором космический корабль Skylon будет использоваться для создания космических кораблей на орбите.

9 Тепловая ядерная ракета


Росатом, российская государственная корпорация, которая занимается внутренними ядерными делами, создает ракетный двигатель, которому потребуется всего 45 дней, чтобы добраться от Земли до Марса (против нынешних 18 месяцев). Такая технология будет аналогична ядерным тепловым ракетам (ЯТР) УРСС, разработанным во время холодной войны. Внутри бортового реактора энергия, выделяющаяся при расщеплении атомов, перегревает рабочую жидкость, создавая высокое давление и, следовательно, тягу, как в реакциях сгорания топлива в химической ракете. За счет энергетической плотности ядерного топлива двигатели НТР имеют меньший вес и малый расход.

Точно так же НАСА возродило свой проект NTR через 40 лет после закрытия программы NERVA, но космическое агентство также рассматривает более широкий спектр возможностей, связанных с ядерной энергетикой, таких как ракеты, работающие на термоядерном синтезе, и ядерные лампочки.

8 Тепловой привод антивещества


Каждая физическая субстанция во вселенной состоит из материи; материя состоит из частиц, и каждой частице соответствует темный двойник – античастица. Античастица обладает всеми чертами своего двойника, кроме противоположного заряда. Когда оба близнеца взаимодействуют, они уничтожают друг друга и при этом выделяют много энергии. Ученые НАСА хотят использовать эту силу для ускорения ракетных двигателей в эпоху межзвездных путешествий.

Подобно NTR, аннигиляция антивещества будет нагревать рабочую жидкость для создания тяги, но с экспоненциально большей топливной эффективностью. 100 миллиграммов антивещества достаточно, чтобы достичь Марса, в то время как химической ракете потребуются тонны топлива для пилотируемой миссии. Исследователи хотят даже профинансировать корабль на антивеществе на Kickstarter.

7 Ядерный импульсный двигатель


Как насчет путешествия к Альфе Центавра, сбрасывающего атомные бомбы по пути, чтобы привести в движение ваш космический корабль? Ядерный импульсный двигатель может быть наиболее реальным путем к межзвездному путешествию. Проект Orion, начатый в 1958 году как предприятие DARPA, стремился построить настоящий космический корабль – конструкции подводной лодки, 200 членов экипажа, тысячи тонн взлетного веса – и вывести его на орбиту с использованием ядерной импульсной тяги. Все жизнеспособно теоретически и технически.

Двигатель «Орион» мог производить мегатонны тяги, направляя небольшие ядерные взрывы на массивную стальную пластину, соединенную с космическим кораблем с помощью амортизаторов, но политические вопросы и бюджет оказались более серьезными проблемами, чем механические препятствия. Проект Орион был закрыт в 1965 году после нескольких достижений, однако подобные концепции, такие как космический корабль Медуза и двигательная установка на антивеществе, все еще находятся в стадии исследования.

6 Микродвижение наночастиц


Электрическая зарядка молекул ракетного топлива с последующим их ускорением с помощью магнитных полей – чрезвычайно эффективный способ приведения в движение космического корабля – несмотря на крошечную импульсную силу, ионные двигатели в несколько раз более энергоэффективны, чем химические ракеты, и в конечном итоге соответствуют экзотермической силовой установке в долгосрочной перспективе. Кстати, именно эта система двигала космический корабль «Рассвет» до Весты и Цереры.

Мичиганский университет, финансируемый Управлением научных исследований ВВС США, разрабатывает экспериментальный ионный двигатель малой тяги под названием NanoFET. Двигатель будет запускать триллионы наночастиц топлива через наноэлектромеханические системы, открывая концепцию двигателя на кристалле, которая может приводить в движение миниатюрные спутники завтрашнего дня. Сетки модулей NanoFET можно гибко адаптировать и наращивать в соответствии с различными конструкциями и инженерными потребностями.

5 Q-двигатель


Ракеты выбрасывают топливо (действие), чтобы получить тягу (реакцию) в соответствии с третьим законом Ньютона, но что, если двигатель может нарушить это основное правило природы? Роджер Шоуер, британский аэрокосмический инженер, считал, что это вполне возможно, когда в 1999 году он предложил безреакционный двигатель, названный радиочастотным резонансным двигателем или просто EmDrive (электромагнитный привод). EmDrive будет отражать микроволны внутри конуса, создавая толчок к узкому концу. Эксперимент вызвал споры в научном сообществе даже после того, как исследователи из Китая, Германии и НАСА воспроизвели процедуры Шоуера с положительными результатами.

Принцип работы EmDrives остается на грани физики. Теория квантовой флуктуации гласит, что вакуум шипит, когда энергичные частицы появляются и исчезают из реальности. Взаимодействуя с этими частицами через микроволны, корабль может получить толчок.

EmDrive создал совершенно новую концепцию ракетных двигателей, известных как квантовые вакуумные двигатели (Q-двигатели).

4 Фотонный лазерный двигатель


Янг К. Бэ – доктор философии. Доктор физик, основатель компании YK Bae Corp., посвященной исследованию «зеленых» технологий в области энергетики и космических путешествий. Патенты Бэ включают фотонные железные дороги, новый молекулярный класс и фотонный лазерный двигатель (PLT). Бэ изучил PLT при финансовой поддержке НАСА и смог разработать концепцию космического водителя, которому не нужно было бы нести топливные баки. Вместо этого PLT будет получать тягу от лазеров, выпущенных на космический корабль. Поскольку в вакууме отсутствует трение, аппарат с приводом от PLT будет постоянно набирать обороты, чтобы преодолеть расстояние до Марса за считанные дни.

Развитие технологии направленной энергии будет иметь решающее значение для доставки многомегаваттных лазерных лучей, способных продвигать космический корабль через космическое пространство, что позволит создать архитектуру без тяжелых компонентов, таких как топливо и основные источники питания.

3 космическая пусковая установка


Писатели-фантасты, такие как Артур Кларк и Роберт Хайнлайн, десятилетиями считали электромагнитные катапульты средством сюжета. Даже сегодня магнитное ускорение полезной нагрузки на сотни миль над Землей может показаться чистой научной фантастикой, и все же такие ученые, как доктор Джеймс Пауэлл и доктор Гордон Дэнби, думают, что это будет частью будущего космических путешествий. Пауэлл и Дэнби ​​совместно изобрели сверхпроводящий маглев (магнитную подвеску), позволяющий разрабатывать современные электромагнитные поезда, и теперь они хотят применить эту технологию в космических путешествиях в рамках своего проекта Startram.

Согласно видению Пауэлла и Дэнби, катушки будут создавать сильное магнитное поле, чтобы с большой скоростью протолкнуть космический корабль или полезную нагрузку через километры железной дороги, подобно тому, как это происходит в проекте койлгана. Чтобы достичь достаточного импульса, трасса должна иметь длину в несколько миль и стоить десятки миллиардов долларов, но, по словам ее изобретателей, это небольшая цена, которую нужно заплатить в будущем.

2 Звездный Винджаммер

[iframe src=”//www.youtube.com/embed/Ao7gfoW4wkA”]

Солнце, как и любая другая звезда, постоянно излучает заряженные частицы – настоящий шторм высокоскоростных протонов и электронов. Такое радиационное давление может давить на магнитное поле и создавать тягу.

После десятилетия космических блужданий космический корабль Sunjammer сможет пересечь дальние границы нашей Солнечной системы, не тратя впустую топлива, маневрируя в экзопланетных магнитных и гравитационных полях, чтобы откалибровать свою траекторию. Направление тяги можно было регулировать, меняя парус в соответствии с солнечным ветром.

Поскольку движущая сила будет зависеть от размера магнитного поля, солнечному парусу потребуются сотни метров и километров сверхпроводящего материала для создания своего магнитного поля, напоминающего циклопические проволочные петли, а не ветрозащитные полотна эпохи навигации.

НАСА планирует развернуть солнечный парус в 2018 году во время облета корабля Asteroid Scout.

Алкубьер-Драйв, 1


Уравнения поля Эйнштейна утверждают, что энергия и материя могут искривлять пространственно-временную сетку реальности. Теоретически, растягивая ткань пространства позади корабля и сужая пространство перед ним, можно достичь видимого сверхсветового путешествия. Конечно, это будет космическое движение, а не корабль, как в скролл-игре, поэтому никакой закон релятивизма не будет нарушен. Двигаясь по варп-пузырю пространственно-временных волн, наш корабль может развивать скорость, на много порядков превышающую скорость света. Мы могли бы даже добраться до Марса менее чем за секунду, но я думаю, что замедление будет проблемой!

Двигатель Алькубьерре или просто двигатель деформации был предложен мексиканским физиком Мигелем Алькубьерре как решение уравнений поля Эйнштейна, в котором говорится, что энергия и материя могут искривлять пространственно-временную сетку. Используя поле с массой меньше нуля, двигатель деформации заставлял ткань пространства скручиваться и прокручиваться.

Источник записи: wonderslist.com

This website uses cookies to improve your experience. We'll assume you're ok with this, but you can opt-out if you wish. Accept Read More