PRoAtom
proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2024 год
  Агентство  ПРоАтом. 27 лет с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





PRo IT
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС

Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия»
и сайта proatom.ru.
E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

Re: Атомный ионный двигатель для межпланетных полётов (Всего: 0)
от на 14/07/2020
Уважаемый Виноградов А.А., замечательную тему открыли.
Плазменные ионные двигатели важная и нужная часть космических кораблей для полёта на Марс, а также к кольцу астероидов достижение которых может оказаться важнее Марса и проще технологически.

"Роскосмос" активизировал работы по ионным двигателям, возможно, в свете их применения Илоном Маском в спутниках "Starlink": каждая ракета "Фалькон-9" причём в многоразовом варианте выводит по 60 спутников и каждый оснащён ионным двигателем. С низкой околоземной орбиты они сами поднимаются до 550 километровой орбиты именно на ионниках, запитанных от солнечных батарей. Причём Илон Маск освоил для них применение доступного криптона вместо общепринятого ксенона, на порядки более дорогого и дефицитного. Выведены свыше 500 спутников, значит ионные двигатели Илон Маск уже серийно производит по 1 полному комплекту в день.

Применение ионных двигателей для коррекции орбиты марсианского корабля на ядерном ракетном двигателе - абсолютно логичное решение. Вкратце, откуда это следует.

В случае ЯРД с гигаваттной тепловой мощностью нужно подавать водород как рабочее тело. Самое простое решение: перекачивать его насосом с электромотором, запитанным от солнечных батарей и литиевого аккумулятора. Гораздо проще и по надёжности, и по регулированию чем попытка делать турбонасосный агрегат "ракетного типа" использующий часть потока раскалённого рабочего тела чтобы крутить турбину.

При мощности реактора ЯРД 1 ГВт и давлении водорода в реакторе 100 - 200 Атмосфер, закачивание жидкого водорода из бака потребует электропривод 1,5 - 3 МВт. Площадь солнечных батарей в зависимости от их КПД на уровне доли гектара что впрочем на рисунке не выглядит чрезмерным на фоне цилиндрического 100-метрового бака водорода массой 4500 тонн: который в свою очередь необходим чтобы выжечь 20% плутония начальной загрузки определяемой критмассой и запасом реактивности на выгорание.

Все эти цифры при условии, если 500-тонный обитаемый корабль с 4500 тоннами запаса жидкого водорода разгоняется к Марсу со временем работы двигателя 5 суток. Конструкторам будет большой соблазн снизить мощность реактора раз в 5 за счёт удлинения времени его работы до 25 суток: это позволит снизить требующуюся мощность насосов и мощность солнечной батареи. Длительность полёта к Марсу, когда расстояние до него минимальное, при минимальной достаточной скорости ракеты, равняется 8,5 месяцев то есть 260 суток. Если разгоняемся 25 из 260 суток полёта, потребная конечная скорость вырастет ненамного. Так как известно, что при равноускоренном движении если полдороги ехать с ускорением а вторую с торможением, средняя скорость это половина от максимальной достигнутой. Чтоб не было перерасхода топлива, время свободного полёта должно в несколько раз превышать время работы двигателей.

И возникает очевидная идея: когда ЯРД отработал, переключить всю мощь солнечных батарей на ионные двигатели со скоростью истечения хранимых в сжиженном виде ксенона или криптона 45 километров в секунду. Численно к моменту подлёта к Марсу это даёт порядка 100 метров в секунду добавки к вектору скорости корабля при насосах и солнечной батарее на тепловую мощность реактора 200 МВт. Немного, однако это важно так как при нескольких разгонных ЯРД, каждый одноразового включения, даёт всему кораблю возможность корректировать траекторию.

При подходе корабля по эллипсу к орбите Марсу окажется, что Марс "набегает" на корабль и минимальная скорость встречи окажется выше его второй космической скорости которая 5 км/сек. Минимальная скорость окажется 7 км/сек которые лучше всего гасить аэродинамически: крылом малой площади, меньшей чем у "Шаттла", недостаточной для посадки "по-самолётному". Тогда топливо на выравнивание скорости с целевой планетой - не требуется. Но для этого нужно очень чётко выдерживать угол входа в атмосферу Марса и в атмосферу Земли при прилёте обратно, то есть корректировка вектора скорости на трассе полёта обязательна. Электро-реактивные двигатели дают такую возможность с минимальными издержками по дополнительной массе. Они ценнейший и возможно даже, обязательный компонент для пилотируемых полётов кораблей с ЯРД по Солнечной системе.

Теперь что касается реактора как источника электричества: он нужен и является следующим этапом когда пойдут полёты к многочисленным спутникам Юпитера и Сатурна. Чтобы запитывать электродвигатель подающий водород в ЯРД. При тепловой мощности ЯРД 1 ГВт, надо подавать 10 килограмм водорода в секунду что при давлении водорода 100 - 200 Атм приводит к потребной электромощности 1,5 - 3 МВт.
На Марсе квадратный метр солнечной батареи даёт в 2,3 раза меньшую мощность чем вблизи орбиты Земли. На орбите астероидов разница более чем на порядок. Можно конечно поставить подпорку в виде литиевого аккумулятора тонн на 10, которые невелики по сравнению с 500 тоннами обитаемого корабля и 4500 тоннами водорода.

Однако уже на орбите спутников Юпитера разница почти 30 раз. Реактор как источник электричества безусловно нужен: запитывать электродвигатель водородного насоса для ЯРД, другие потребители. Данная задача лет на 20 - 30 опережает своё время. Впрочем, для Илона Маска она скоро станет актуальной когда начнёт регулярно летать 'Starship' и как только он продемонстрирует дозаправку в космосе. Для нашей страны, космический электрогенерирующий реактор тоже станет срочной актуальной задачей сразу, как только Роскосмос порадует сверхтяжёлой многоразовой ракетой которая в варианте многоразового танкера будет способна выводить на околоземную орбиту тысячи тонн водорода как рабочего тела для ЯРД.

Денис Владимирович.



[ Ответить на это | Администратор ]





Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.06 секунды
Рейтинг@Mail.ru