Фьюналдуу ракета кыймылдаткычтарынын артында космосту изилдөөнүн жаңы доору

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-16 16:10

НАСА жана Илон Маск Марсты кыялданышат жана адам башкарган терең космостук миссиялар жакында чындыкка айланат. Балким, таң каласыз, бирок азыркы ракеталар мурунку ракеталарга караганда бир аз ылдамыраак учат.

Тез космос кораблдери ар кандай себептерден улам ыңгайлуураак жана ылдамдатуунун эң жакшы жолу - ядролук ракеталар аркылуу. Алар кадимки күйүүчү ракеталарга же күн энергиясы менен иштеген заманбап электр ракеталарына караганда көптөгөн артыкчылыктарга ээ, бирок акыркы 40 жылда АКШ өзөктүк кубаты бар сегиз гана ракетаны учурган.

Бирок, өткөн жылы, ядролук космостук саякатка байланыштуу мыйзамдар өзгөрүп, ракеталардын кийинки мууну боюнча иштер башталган.

Эмне үчүн ылдамдык керек?

Космоско ар кандай учуунун биринчи этабында алып ташуучу аппарат керек - ал кораблди орбитага алып чыгат. Бул чоң кыймылдаткычтар күйүүчү отун менен иштейт - жана, адатта, ракеталарды учурууга келгенде, алар билдирет. Алар жакын арада эч жакка кетпейт - тартылуу күчү сыяктуу.

Бирок кеме космоско киргенде, баары кызыктуураак болот. Жердин тартылуу күчүн жеңүү жана терең мейкиндикке чыгуу үчүн кемеге кошумча ылдамдатуу керек. Бул жерде ядролук системалар ишке кирет. Эгерде космонавттар Айдын чегинен тышкары, же андан да көп Марсты изилдөөнү кааласа, анда алар шашылууга аргасыз болушат. Космос абдан чоң жана аралыктар абдан чоң.

Тез ракеталар узак аралыкка космостук саякатка ылайыктуу болгонуна эки себеп бар: коопсуздук жана убакыт.

Марска бара жаткан жолдо космонавттар радиациянын өтө жогорку деңгээлине туш болушат, алар ден-соолукка байланыштуу олуттуу көйгөйлөргө, анын ичинде рак жана тукумсуздукка дуушар болушат. Радиациядан коргоо жардам берет, бирок бул өтө оор жана миссия канчалык узак болсо, ошончолук күчтүү коргоо керек болот. Ошондуктан, нурлануунун дозасын азайтуунун эң жакшы жолу - көздөгөн жериңизге тезирээк жетүү.

Бирок экипаждын коопсуздугу жалгыз пайда эмес. Канчалык алыскы учууларды пландаштырсак, ошончолук тезирээк бизге учкучсуз миссиялардын маалыматтары керек болот. Вояжер 2ге Нептунга жетүү үчүн 12 жыл талап кылынган жана ал учуп баратканда укмуштуудай сүрөттөрдү тартып алган. Эгер Voyager күчтүү кыймылдаткычы болгондо, бул сүрөттөр жана маалыматтар астрономдордо алда канча мурда пайда болмок.

Ошентип, ылдамдык артыкчылык болуп саналат. Бирок эмне үчүн өзөктүк системалар ылдамыраак?

Бүгүнкү системалар

Тартылуу күчүн жеңип, кеме үч маанилүү аспектилерди эске алышы керек.

түртүү- кеме кандай ылдамданууну алат.

Салмактын натыйжалуулугу- белгилүү бир көлөмдөгү күйүүчү май үчүн система канча күч чыгара алат.

Өзгөчө энергия керектөө- берилген күйүүчү май канча энергия бөлүп чыгарат.

Бүгүнкү күндө эң кеңири таралган химиялык кыймылдаткычтар кадимки күйүүчү май менен иштеген ракеталар жана күн энергиясы менен иштеген электр ракеталары.

Химиялык кыймылдаткыч системалары бир топ түртүүнү камсыз кылат, бирок өзгөчө эффективдүү эмес, ал эми ракеталык отун энергияны көп талап кылбайт. Космонавттарды Айга жеткирген Сатурн 5 ракетасы учуп баратканда 35 миллион Ньютон күч жеткирип, 950 000 галлон (4 318 787 литр) күйүүчү май ташыган. Анын көбү ракетаны орбитага алып чыгууга кеткен, ошондуктан чектөөлөр ачык эле көрүнүп турат: кайда барбаңыз, сизге көп оор күйүүчү май керек.

Электр кыймылдаткыч системалары күн панелдеринен электр энергиясын колдонуу менен күч түзүшөт. Буга жетишүүнүн эң кеңири таралган жолу - иондорду тездетүү үчүн электр талаасын колдонуу, мисалы, Холл индукциялык түргүчүндөгүдөй. Бул приборлор спутниктерди энергия менен камсыз кылуу үчүн колдонулат жана алардын салмагынын эффективдүүлүгү химиялык системалардан беш эсе көп. Бирок, ошол эле учурда алар бир топ азыраак күч берет - болжол менен 3 Ньютон. Бул болжол менен эки жарым саатта саатына 0дөн 100 километрге чейин машинени тездетүү үчүн гана жетиштүү. Күн негизи энергиянын түбү жок булагы, бирок кеме андан канчалык алыстаган сайын анын пайдалуулугу азаят.

Ядролук ракеталардын өзгөчө келечектүү болушунун себептеринин бири алардын укмуштуудай энергия сыйымдуулугу болуп саналат. Ядролук реакторлордо колдонулуучу уран отундун энергиясы гидразинге караганда 4 миллион эсе көп. Ал эми жүз миңдеген галлон күйүүчү майга караганда, бир аз уранды космоско жеткирүү алда канча оңой.

Тартуу жана салмактын натыйжалуулугу жөнүндө эмне айтууга болот?

Эки ядролук вариант

Космостук саякат үчүн инженерлер өзөктүк системанын эки негизги түрүн иштеп чыгышкан.

Биринчиси - термоядролук кыймылдаткыч. Бул системалар абдан күчтүү жана жогорку натыйжалуу болуп саналат. Алар газды жылытуу үчүн (суутек сыяктуу) атомдук суу астындагы кайыктардагыдай кичинекей өзөктүк бөлүнүүчү реакторду колдонушат. Бул газ андан кийин ракетанын соплосунан ылдамдатылып, кыймылды камсыз кылат. НАСАнын инженерлери термоядролук кыймылдаткычтын жардамы менен Марска саякат химиялык кыймылдаткычы бар ракетага караганда 20-25% ылдамыраак болорун эсептеп чыгышты.

Фьюжн кыймылдаткычтары химиялык кыймылдаткычтарга караганда эки эсе эффективдүү. Бул алар бирдей көлөмдөгү күйүүчү май үчүн эки эсе көп күч берет дегенди билдирет - 100 000 Ньютонго чейин. Бул секунданын төрттөн бир бөлүгүндө машинаны саатына 100 километр ылдамдыкка жеткирүү үчүн жетиштүү.

Экинчи система ядролук электр ракета кыймылдаткычы (NEPE). Булардын бири дагы жарала элек, бирок идея электр энергиясын өндүрүү үчүн кубаттуу бөлүнүүчү реакторду колдонуу, ал андан кийин Холл мотору сыяктуу электр кыймылдаткыч системасын кубаттайт. Бул абдан натыйжалуу болмок - термо кыймылдаткычка караганда болжол менен үч эсе натыйжалуу. Ядролук реактордун кубаттуулугу эбегейсиз чоң болгондуктан, бир эле учурда бир нече өзүнчө электр кыймылдаткычтары иштей алат, ал эми тартылуу күчү катуу болуп чыгат.

Ядролук ракета кыймылдаткычтары, балким, өтө алыскы миссиялар үчүн эң жакшы тандоо болуп саналат: алар күн энергиясын талап кылбайт, абдан натыйжалуу жана салыштырмалуу жогорку күчтү камсыз кылат. Бирок, алардын бардык перспективдуу мунезуне карабастан, атомдук энергиянын кыймылдаткыч системасы дагы эле ишке киргизилгенге чейин чечиле турган кеп сандаган техникалык проблемаларга ээ.

Эмне үчүн дагы эле ядролук ракеталар жок?

Термоядролук кыймылдаткычтар 1960-жылдардан бери изилденип келе жатат, бирок алар космоско уча элек.

1970-жылдардагы уставга ылайык, ар бир өзөктүк космостук долбоор өзүнчө каралып, бир катар мамлекеттик органдардын жана президенттин өзү жактырмайынча андан ары бара алмак эмес. Ракета-ядролук система-ларды изилдоолорду финансылоонун жетишсиздиги менен бирге бул космосто колдонуу учун ядролук реакторлорду андан ары енуктурууге тоскоолдук кылды.

Бирок мунун баары 2019-жылдын августунда Трамптын администрациясы президенттик меморандум чыгарганда өзгөрдү. Өзөктүк учуруунун максималдуу коопсуздугун талап кылуу менен бирге, жаңы директива дагы эле татаал ведомстволор аралык бекитүүсүз радиоактивдүү материалдын аз өлчөмдөгү өзөктүк миссияларына уруксат берет. Миссия коопсуздук боюнча сунуштарга ылайык экенин НАСА сыяктуу демөөрчү агенттиктин ырастоосу жетиштүү. Ири өзөктүк миссиялар мурункудай эле процедуралардан өтүшөт.

Эрежелерди кайра карап чыгуу менен бирге НАСА 2019-жылдын бюджетинен термоядролук кыймылдаткычтарды өнүктүрүү үчүн 100 миллион доллар алды. Коргонуунун өркүндөтүлгөн изилдөө долбоорлору боюнча агенттиги ошондой эле Жердин орбитасынан тышкаркы улуттук коопсуздук операциялары үчүн термоядролук космос кыймылдаткычын иштеп чыгууда.

60 жылдык стагнациядан кийин он жылдын ичинде өзөктүк ракета космоско учуп кетиши мүмкүн. Бул укмуштуудай жетишкендик космосту изилдөөнүн жаңы доорун ачат. Адам Марска барат жана илимий эксперименттер бүтүндөй Күн системасында жана андан тышкары жерлерде жаңы ачылыштарга алып келет.