Միջուկային շարժիչներ տիեզերանավերի համար

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Ռուսաստանը եղել և շարունակում է մնալ առաջատար միջուկային տիեզերական էներգիայի ոլորտում։ Այնպիսի կազմակերպությունները, ինչպիսիք են RSC Energia-ն և Roskosmos-ը, ունեն միջուկային էներգիայի աղբյուրով հագեցած տիեզերանավերի նախագծման, կառուցման, արձակման և շահագործման փորձ: Միջուկային շարժիչը հնարավորություն է տալիս երկար տարիներ շահագործել ինքնաթիռները՝ բազմապատիկ ավելացնելով դրանց գործնական պիտանելիությունը։

Պատմական գրառում

Տիեզերքում միջուկային էներգիայի օգտագործումը դադարել է ֆանտազիա լինելուց դեռ անցյալ դարի 70-ականներին։ Առաջին միջուկային շարժիչները տիեզերք են արձակվել 1970-1988 թվականներին և հաջողությամբ գործել US-A դիտորդական տիեզերանավի վրա։ Նրանք օգտագործել են ջերմաէլեկտրական ատոմակայանի (ԱԷԿ) «Բուկ» համակարգ՝ 3 կՎտ էլեկտրական հզորությամբ։

1987-1988 թվականներին երկու Plasma-A մեքենաներ 5 կՎտ հզորությամբ Topaz thermionic ատոմակայանով անցան թռիչքային և տիեզերական փորձարկումներ, որոնց ընթացքում առաջին անգամ էլեկտրական հրթիռային շարժիչները (EP) սնուցվեցին միջուկային էներգիայի աղբյուրից:

Ավարտել է ցամաքային միջուկային համալիրը5 կՎտ հզորությամբ «Ենիսեյ» թերմիոնիկ միջուկային կայանքի էներգետիկ փորձարկումներ։ Այս տեխնոլոգիաների հիման վրա մշակվել են 25-100 կՎտ հզորությամբ ջերմային ատոմակայանների նախագծեր։

ՄԲ Հերկուլես

1970-ականներին RSC Energia-ն սկսեց գիտական և գործնական հետազոտություններ, որոնց նպատակն էր ստեղծել հզոր միջուկային տիեզերական շարժիչ միջուղեծրային քարշակի (MB) Hercules-ի համար: Աշխատանքը հնարավորություն տվեց երկար տարիներ ռեզերվ ստեղծել միջուկային էլեկտրաշարժման համակարգի (NEP) առումով մի քանիից հարյուր կիլովատ հզորությամբ թերմիոնիկ ատոմակայանով և տասնյակ և հարյուրավոր միավոր հզորությամբ էլեկտրական հրթիռային շարժիչներով: կիլովատ.

ՄԲ «Hercules»-ի նախագծման պարամետրեր.

• Ատոմակայանի զուտ էլեկտրաէներգիա – 550 կՎտ;
• EPS-ի հատուկ իմպուլս – 30 կմ/վ;
• պրոյեկտորի մղում – 26 N;
• Ատոմակայանի և էլեկտրաշարժման ռեսուրս՝ 16000 ժամ;
• EPS-ի աշխատանքային մարմին – քսենոն;
• քաշը (չոր) քարշակի՝ 14,5-15,7 տոննա, ներառյալ ատոմակայանները՝ 6,9 տոննա։

Վերջին ժամանակներ

21-րդ դարում տիեզերքի համար նոր միջուկային շարժիչ ստեղծելու ժամանակն է: 2009 թվականի հոկտեմբերին Ռուսաստանի Դաշնության Նախագահին առընթեր Ռուսաստանի տնտեսության արդիականացման և տեխնոլոգիական զարգացման հանձնաժողովի նիստում ընդունվեց «Մեգավատ դասի ատոմակայանի օգտագործմամբ տրանսպորտային և էներգետիկ մոդուլի ստեղծում» ռուսական նոր նախագիծը: պաշտոնապես հաստատված։ Առաջատար մշակողներն են՝

• Ռեակտորային կայան – ԲԲԸ ՆԻԿԻԵՏ.
• Ատոմակայան գազատուրբինային էներգիայի փոխակերպման սխեմայով, EPSիոնային էլեկտրական հրթիռային շարժիչների և ընդհանուր առմամբ միջուկային շարժիչ համակարգերի հիման վրա - Պետական գիտական կենտրոն «Ա. Ի. M. V. Keldysh», որը նաև հանդիսանում է որպես ամբողջություն տրանսպորտի և էներգետիկայի մոդուլի (TEM) զարգացման ծրագրի պատասխանատու կազմակերպություն:
• RKK Energia-ն որպես TEM-ի գլխավոր դիզայներ պետք է մշակի ավտոմատ մեքենա այս մոդուլով:

Նոր տեղադրման բնութագրերը

Տիեզերական նոր միջուկային շարժիչ Ռուսաստանը նախատեսում է կոմերցիոն շահագործման հանձնել առաջիկա տարիներին։ Գազատուրբինային NEP-ի ակնկալվող բնութագրերը հետևյալն են. Որպես ռեակտոր՝ օգտագործվում է գազով հովացվող արագ նեյտրոնային ռեակտոր, տուրբինի դիմաց աշխատող հեղուկի (He/Xe խառնուրդ) ջերմաստիճանը 1500 Կ է, ջերմային էներգիայի վերածելու արդյունավետությունը՝ 35%, տեսակը։ հովացուցիչ-ռադիատորը կաթիլային է: Էներգաբլոկի զանգվածը (ռեակտոր, ճառագայթային պաշտպանության և փոխակերպման համակարգ, բայց առանց ռադիատոր-ռադիատորի) 6800 կգ է։

Նախատեսվում է օգտագործել Տիեզերական միջուկային շարժիչներ (ԱԷԿ, ԱԷԿ՝ EPS-ի հետ միասին):

• Որպես ապագա տիեզերական մեքենաների մաս:
• Որպես էլեկտրաէներգիայի աղբյուրներ էներգատար համալիրների և տիեզերանավերի համար:
• Տրանսպորտային և էներգետիկ մոդուլի առաջին երկու խնդիրները լուծելու համար՝ ապահովելու ծանր տիեզերանավերի և տրանսպորտային միջոցների էլեկտրական հրթիռների առաքումը աշխատանքային ուղեծրեր և հետագա երկարաժամկետ էներգիայի մատակարարումը նրանց սարքավորումներին:

Միջուկի գործողության սկզբունքըշարժիչ

Հիմնված է կա՛մ միջուկների միաձուլման, կա՛մ միջուկային վառելիքի տրոհման էներգիայի օգտագործման վրա՝ ռեակտիվ մղում ձևավորելու համար: Կան իմպուլսային պայթուցիկ և հեղուկ տիպի կայանքներ։ Պայթուցիկ սարքավորումը տիեզերք է նետում մանրանկարչական ատոմային ռումբեր, որոնք պայթելով մի քանի մետր հեռավորության վրա՝ պայթուցիկ ալիքով առաջ են մղում նավը։ Գործնականում նման սարքերը դեռ չեն օգտագործվում։

Մյուս կողմից, Հեղուկ վառելիքով աշխատող միջուկային շարժիչները, ընդհակառակը, վաղուց մշակվել և փորձարկվել են: Դեռևս 60-ականներին խորհրդային մասնագետները նախագծել են աշխատունակ մոդել RD-0410: Նմանատիպ համակարգեր մշակվել են ԱՄՆ-ում։ Դրանց սկզբունքը հիմնված է հեղուկը միջուկային մինի ռեակտորով տաքացնելու վրա, այն վերածվում է գոլորշու և ձևավորում ռեակտիվ հոսք, որը մղում է տիեզերանավը։ Չնայած սարքը կոչվում է հեղուկ, ջրածինը սովորաբար օգտագործվում է որպես աշխատանքային հեղուկ: Միջուկային տիեզերական կայանքների մեկ այլ նպատակը նավերի և արբանյակների էլեկտրական ցանցի (գործիքների) սնուցումն է։

Ծանր հեռահաղորդակցական մեքենաներ համաշխարհային տիեզերական հաղորդակցության համար

Այս պահին աշխատանքներ են տարվում տիեզերքի համար նախատեսված միջուկային շարժիչի վրա, որը նախատեսվում է օգտագործել ծանր տիեզերական կապի մեքենաներում։ RSC Energia-ն իրականացրել է էժան բջջային կապով տնտեսապես մրցունակ գլոբալ տիեզերական հաղորդակցության համակարգի հետազոտություն և դիզայնի մշակում, որը պետք է իրականացվեր «հեռախոսակայանը» Երկրից տիեզերք տեղափոխելու միջոցով:

Դրանց ստեղծման նախադրյալներն են.

• գեոստացիոնար ուղեծրի (GSO) գրեթե ամբողջական լրացում աշխատանքային ևպասիվ ուղեկիցներ;
• հաճախականության սպառում;
• դրական փորձ Yamal շարքի տեղեկատվական գեոստացիոնար արբանյակների ստեղծման և առևտրային օգտագործման գործում:

Yamal պլատֆորմի ստեղծման ժամանակ նոր տեխնիկական լուծումները կազմում էին 95%, ինչը թույլ տվեց նման մեքենաներին մրցունակ դառնալ տիեզերական ծառայությունների համաշխարհային շուկայում:

Ակնկալվում է, որ մոդուլները կփոխարինեն տեխնոլոգիական կապի սարքավորումներով մոտավորապես յոթ տարին մեկ: Սա հնարավորություն կտա ստեղծել 3-4 ծանր բազմաֆունկցիոնալ GEO արբանյակների համակարգեր՝ նրանց կողմից սպառվող էլեկտրաէներգիայի ավելացմամբ: Սկզբում տիեզերանավերը նախագծվել են 30-80 կՎտ հզորությամբ արևային մարտկոցների հիման վրա։ Հաջորդ փուլում նախատեսվում է տրանսպորտային ռեժիմում օգտագործել 400 կՎտ հզորությամբ միջուկային շարժիչներ մինչև մեկ տարի ռեսուրսով (բազային մոդուլը GSO-ին հասցնելու համար) և 150-180 կՎտ հզորությամբ երկարաժամկետ շահագործման ռեժիմում: (առնվազն 10-15 տարի) որպես էլեկտրաէներգիայի աղբյուր։

Միջուկային շարժիչներ Երկրի հակաերկնաքարերի պաշտպանության համակարգում

RSC Energia-ի կողմից 90-ականների վերջին իրականացված նախագծային ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ Երկիրը գիսաստղերի և աստերոիդների միջուկներից պաշտպանելու հակաերկնաքարային համակարգի, միջուկային-էլեկտրական կայանքների և միջուկային շարժիչ համակարգերի ստեղծման ժամանակ կարող են լինել. օգտագործվում է՝

1. Համակարգի ստեղծում՝ Երկրի ուղեծիրը հատող աստերոիդների և գիսաստղերի հետագծերի մոնիտորինգի համար: Դրա համար առաջարկվում է կազմակերպել օպտիկական և ռադիոլոկացիոն սարքավորումներով օպտիկական և ռադիոլոկացիոն սարքավորումներով հատուկ տիեզերանավեր՝ վտանգավոր օբյեկտներ հայտնաբերելու համար,դրանց հետագծերի պարամետրերի հաշվարկը և դրանց բնութագրերի առաջնային ուսումնասիրությունը: Համակարգը կարող է օգտագործել միջուկային տիեզերական շարժիչ՝ 150 կՎտ և ավելի հզորությամբ երկռեժիմ ջերմային ատոմակայանով։ Դրա ռեսուրսը պետք է լինի առնվազն 10 տարեկան։
2. Ազդեցության միջոցների փորձարկում (ջերմամիջուկային սարքի պայթյուն) պոլիգոնային անվտանգ աստերոիդի վրա։ Փորձարկման սարքը աստերոիդների փորձարկման տեղամաս հասցնելու NEP-ի հզորությունը կախված է առաքվող օգտակար բեռի զանգվածից (150-500 կՎտ):
3. Ազդեցության կանոնավոր միջոցների (15-50 տոննա ընդհանուր քաշով կալանիչ) առաքում Երկրին մոտեցող վտանգավոր օբյեկտ. Վտանգավոր աստերոիդին ջերմամիջուկային լիցք հասցնելու համար կպահանջվի 1-10 ՄՎտ հզորությամբ միջուկային ռեակտիվ շարժիչ, որի մակերևութային պայթյունը, աստերոիդ նյութի ռեակտիվ հոսքի պատճառով, կարող է նրան շեղել վտանգավոր հետագծից։

Հետազոտական սարքավորումների առաքում խորը տիեզերք

Գիտական սարքավորումների առաքումը տիեզերական օբյեկտներին (հեռավոր մոլորակներ, պարբերական գիսաստղեր, աստերոիդներ) կարող է իրականացվել տիեզերական փուլերի միջոցով՝ հիմնված LRE-ի վրա: Տիեզերանավերի համար նպատակահարմար է օգտագործել միջուկային շարժիչներ, երբ խնդիր է դրված մտնել երկնային մարմնի արբանյակի ուղեծիր, անմիջական շփում երկնային մարմնի հետ, նմուշառման նյութեր և այլ ուսումնասիրություններ, որոնք պահանջում են հետազոտական համալիրի զանգվածի ավելացում, վայրէջքի և թռիչքի փուլերի ներառում։

Շարժիչի պարամետրեր

Միջուկային շարժիչ տիեզերանավերի համարՀետազոտական համալիրը կընդլայնի «մեկնարկային պատուհանը» (աշխատանքային հեղուկի վերահսկվող արտահոսքի արագության շնորհիվ), ինչը հեշտացնում է պլանավորումը և նվազեցնում ծրագրի արժեքը։ RSC Energia-ի կողմից իրականացված հետազոտությունները ցույց են տվել, որ 150 կՎտ հզորությամբ միջուկային շարժիչ համակարգը մինչև երեք տարի ծառայության ժամկետով խոստումնալից միջոց է աստերոիդների գոտի տիեզերական մոդուլներ հասցնելու համար։

Միևնույն ժամանակ, հետազոտական ապարատի առաքումը Արեգակնային համակարգի հեռավոր մոլորակների ուղեծրեր պահանջում է նման միջուկային կայանքի ռեսուրսի ավելացում մինչև 5-7 տարի: Ապացուցված է, որ մոտ 1 ՄՎտ հզորությամբ միջուկային շարժիչային համակարգով համալիրը, որպես հետազոտական տիեզերանավի մաս, թույլ կտա արագացված առաքել ամենահեռավոր մոլորակների արհեստական արբանյակները, մոլորակային ռովերները այս մոլորակների բնական արբանյակների մակերեսին: և հողի առաքում գիսաստղերից, աստերոիդներից, Մերկուրիից և Յուպիտերի և Սատուրնի արբանյակներից:

Վերօգտագործելի քաշքշուկ (MB)

Տիեզերքում տրանսպորտային գործառնությունների արդյունավետությունը բարձրացնելու ամենակարևոր ուղիներից մեկը տրանսպորտային համակարգի տարրերի բազմակի օգտագործումն է: Առնվազն 500 կՎտ հզորությամբ տիեզերանավերի միջուկային շարժիչը հնարավորություն է տալիս ստեղծել բազմակի օգտագործման քարշակ և դրանով իսկ զգալիորեն մեծացնել տիեզերական փոխադրման բազմաբնույթ համակարգի արդյունավետությունը: Նման համակարգը հատկապես օգտակար է տարեկան մեծ բեռնահոսքեր ապահովելու ծրագրում։ Օրինակ՝ Լուսնի հետախուզման ծրագիրը՝ անընդհատ աճող բնակելի բազայի և փորձարարական տեխնոլոգիական ու արտադրական համալիրների ստեղծմամբ և պահպանմամբ:

Բեռների շրջանառության հաշվարկ

Ըստ RKK դիզայնի ուսումնասիրությունների«Էներգիա», բազայի կառուցման ժամանակ մոտ 10 տոննա կշռող մոդուլներ պետք է հասցվեն Լուսնի մակերևույթ, մինչև 30 տոննա՝ Լուսնի ուղեծիր, բազայի գործունեությունը և զարգացումն ապահովելու համար՝ 400-500 t.

Սակայն միջուկային շարժիչի աշխատանքի սկզբունքը թույլ չի տալիս բավական արագ ցրել փոխադրողը։ Տրանսպորտի երկար ժամանակի և, համապատասխանաբար, Երկրի ճառագայթային գոտիներում ծանրաբեռնվածության զգալի ժամանակի պատճառով ոչ բոլոր բեռները կարող են առաքվել միջուկային շարժիչներով քարշակներով: Հետևաբար, բեռների հոսքը, որը կարելի է ապահովել NEP-ի հիման վրա, գնահատվում է ընդամենը 100-300 տոննա/տարի:

Ծախսերի արդյունավետություն

Որպես միջուղեծրային տրանսպորտային համակարգի տնտեսական արդյունավետության չափանիշ՝ նպատակահարմար է օգտագործել Երկրի մակերևույթից մինչև թիրախ ուղեծիր բեռի միավոր զանգվածի (PG) փոխադրման միավոր արժեքի արժեքը: RSC Energia-ն մշակել է տնտեսական և մաթեմատիկական մոդել, որը հաշվի է առնում տրանսպորտային համակարգի հիմնական ծախսերի բաղադրիչները՝

• ստեղծել և ուղեծիր դուրս բերել ձգող մոդուլներ;
• աշխատող միջուկային կայանք գնելու համար;
• գործառնական ծախսերը, ինչպես նաև R&D ծախսերը և հնարավոր կապիտալ ծախսերը:

Արժեքի ցուցանիշները կախված են ՄԲ-ի օպտիմալ պարամետրերից: Օգտագործելով այս մոդելը, համեմատականԵրկրից Լուսնի ուղեծիր 100 տ/տարի ընդհանուր զանգվածով ծանրաբեռնվածություն տեղափոխելու ծրագրում մոտ 1 ՄՎտ հզորությամբ NEP-ի վրա հիմնված բազմակի օգտագործման քարշակի և առաջադեմ հեղուկ հրթիռային շարժիչների վրա հիմնված միանգամյա օգտագործման քարշակի օգտագործման տնտեսական արդյունավետությունը: 100 կմ բարձրությամբ։ Միևնույն արձակման մեքենան, որի կրողունակությունը հավասար է Proton-M արձակման մեքենայի կրողունակությանը և տրանսպորտային համակարգի կառուցման երկու արձակման սխեմայի, միջուկային շարժիչով քարշակի միջոցով բեռի միավոր զանգվածի առաքման միավորի արժեքը. կլինի երեք անգամ ցածր, քան DM-3 տիպի հեղուկ շարժիչներով հրթիռների վրա հիմնված մեկանգամյա օգտագործման քաշքշուկների օգտագործման դեպքում։

Եզրակացություն

Տիեզերքի համար արդյունավետ միջուկային շարժիչը նպաստում է Երկրի բնապահպանական խնդիրների լուծմանը, մարդու թռիչքը դեպի Մարս, տիեզերքում էլեկտրաէներգիայի փոխանցման անլար համակարգ ստեղծելու, ցամաքային հատկապես վտանգավոր ռադիոակտիվ թափոնների հեռացման ապահովման բարձր մակարդակով: միջուկային էներգիա տիեզերքում, ստեղծելով բնակելի լուսնային բազա և սկսել Լուսնի արդյունաբերական հետախուզումը, ապահովելով Երկրի պաշտպանությունը աստերոիդ-գիսաստղերի վտանգից: