Kimyasal Rocket Dönemi: Uzay Keşfet Vakfını Laying

Uzaylı hava kimyasal enerjinin kontrollü serbest bırakılmasıyla başladı. Konstantin Tsiolkovsky, Robert Goddard ve Wernher von Braun, teorik kavramlara, bir yanma odasında kimyasal bir roket karışımları ve oksiteri, yakın olmayan bir nozul ile genişleyen yüksek basınçlı, yüksek sıcaklık gazını kullanarak, bu gazın hızlı bir şekilde boşaltılması, Newton'un üçüncü yasasının ardından, Dünya'nın yüzeyinden ağır para yükleri kaldırmaya yetecek kadar güç veriyor.

İki büyük kategori ortaya çıktı: [Ücretsiz:0])Sabahçeli [Dönetici:2) Katı güçlendiriciler veya Ariane 5'in F-1 motorları veya Uzay Araç RS-25 gibi, sağlam bir şekilde yüzeye çıkan iki uzay aracı için de olsa, temel yakıtlar ve hassas yörüngeler için kritik bir şekilde sabitlenebilir.

Apollo'nun başarısı, Uzay Araç Programı ve Falcon 9 ve Ariane 6 gibi modern fırlatmacılar kimyasal roket üzerinde geri kalanlar gibi, mühendisler bu sistemlerin olgunlaştığını anladılar, mühendisler yanma fiziğinin derin uzayda ne elde edebileceği konusunda zor sınırları empoze ettiğini anladılar.

Combustion Propulsion

Güçlerine rağmen, kimyasal roketler temel olarak kimyasal reaksiyonların enerji yoğunluğu ile sınırlıdır.En yüksek egzoz hızı, alev sıcaklığı ile kısıtlanır ve yanma ürünlerinin moleküler ağırlığı - su geçirmez hidrojen /oxygen, RP-1/oxygen, veya hipergolic yakıtlar - yüksek derecede sert ve dışsal dürtüler[Dönetici) için hassas bir şekilde ısıtılır: peryonerler için pompalanır.

Bu sınırlama güçleri roket tasarımcıları bir dördüşü benimsemek için:0)mass fraksiyonu[Dönetici: aracın ilk kütlenin büyük bir kısmı pervanant olmalıdır. Tsiolkovsky roket denklemi, yüksek hız ve kısa yanlışları, yüksek hızlarda veya yıllar boyunca sabit olmayan artışlar gerektireceğini gösteriyor.

Pratik mühendislik kısıtlamaları da sınırları getiriyor. 1960'lar-eraRANFLT:0)J-2), Satürn V üst aşamasında kullanılan motor, modern 377'yi aşırken, yani ödeme yükü genellikle toplam asansörden daha az.Forplaneaur ve diğer üst aşamalara ulaşır.

Elektrik Propulsion: Kimyasal Tavanı Çıkarın

1950’lerde araştırmacılar, elektrik tahrikinin kimyasal enerji tavanını atabileceğini kabul ettiler. Sıcak gaza güvenmek yerine, elektrikli itkiler, yüksek orandaki partikülleri hızlandırmaları için elektrik enerjisi kullanıyor - 20 ila 50 km / kimyasal roketler için kıyasla daha az yakıta sahip olmak için daha az maliyetlidir.

Elektrikli tahrik sistemleri genellikle üç kategoriye girer: elektroterm (resistojets ve arkjets), elektromanyetik (MPD iter), ve elektrostatik (kat ve Hall iter) ve yaygın olarak kullanılan elektrostatik cihazlar, doğrudan elektrik alanında şarj edilen parçacıklar tarafından çalışır.

Ion Thrusters Work

Ion iters bir elektrostatik tahrik cihazları sınıfıdır. asil gaz (en yaygın xenon) sonra bir dizi şarj ızgaraya enjekte edilir - yüksek gerilim (tipik olarak 1000-5,000 V) sıcak bir alandan elektronlar ile güçlü bir elektrik alanı yaratır.

Anahtar avantajı büyük bir hızdır. Örneğin, NASA'nın GÜNCEL:0)NSTAR kilogram ), ikinci karede kullanılan bir milimetrenin hassastır.Depresif Space 1) misyonu, yaklaşık 3,100 saniye boyunca belirli bir dürtü elde etti, bu yüzden görevin üzerinde bir araya gelmesi, herhangi bir kimyasal sistemin aynı yakıt tasarrufuna sahip olması için orantılıdır.

Hall Etkisi Thrusters: Pratik Bir Alternatif

Hall effect pushers (HETs), bir manyetik alan kullanan yakın bir ilişkili teknolojidir, bir yüksek iyonizasyon verimliliğini birden fazla hızlanmış ızgaralar için ihtiyaç duymadan genişletir.TheDANFLT:0SPT-100) ve ING in Russia) ve [[Döneticileri ile daha yüksek yük sistemleri oluşturmak için yüksek çözünürlükte 100 yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte 100 $ değerindeki yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlüktedir.

Gerçek Misyonlarda Ion Thrusters

İlk tahrik için bir iyon iterin ilk başarılı kullanımı, [2007-2018), 3 ion itikatlı sistemlerde kullanılan ve tüm teleskoplar için kullanılan uydu motorlarında, toplam söndürücüler için, 5.5 yıldan fazla bir süre boyunca şarj edilen hıza doğrulanan uçaklara göre, dört binden fazla hıza sahip olan ve tüm hıza sahip olan iki büyük uçakla aynı zamanda, yüksek çözünürlükte olan bir şekilde, yüksek çözünürlükte ve güvenilirlik gösteren bir araç.

Dünya yörüngesinin ötesinde, en iç gezegendeki yörüngeye girmek için dört kat daha fazla bilgi edinmek için Hall itpiColombo[DÜDÜ:1) görev (ESA/JAXA), Merkür'e yolculuk için dört iyon itikat kullanır, engin ov'u iç gezegendeki yörüngeye girmek için gerekli olan, 4).Örnek:2)Psyche) Görevi (NASA, 2023) Hall iterleri anade metal zengin bir asteroide ulaşmak için kullanır.

Nükleer Proksiyon: Atomun ısısı

Elektrikli sistemlerden ve kimyasaldan daha yüksek verimlilikten daha yüksek adımlar için, nükleer tahrik orta bir zemin sunuyor. İki ana mimari var: Nükleer ısı ve nükleer elektrik.

Nükleer Termal Rockets (NTP)

Nükleer termal roketler, yaklaşık 850-1.000 saniye boyunca tahrik edilen (tipik olarak sıvı hidrojen) ısıtılır ve böylece en iyi kimyasal motorların yüksek oranda test edilmiştir.(0)NERVA) Bu, birkaç kez inşa edilmiş ve zemin test edilmiş birkaç reaktör ile genişletilebilir.

NTP, Mars'a gelecek misyonlar için lider bir aday çünkü bir başlangıç sırasında uçak dışı geçiş süresini (ve dolayısıyla radyasyon maruziyeti) azaltabilir ve şu anda Mars'a 8-9 ay (kimyasal) bir gösteride nükleer bir nükleer termal roketin algılanması, 4-5 ay (endüstriyel) 4-5 ay (endüstriyel) ve ABD'nin ilerici bir araştırma programına devam etmektedir.

Nükleer Elektrikli Taht (NEP)

Nükleer elektrik tahrikinde, bir reaktör elektrik (enerji veya dönüşüm) elektrik iterlerine (kesinlikle iyon veya Hall iterleri) elektrik itmesinde, yüksek itme (2.000-5,000 saniye) ile yüksek itme sağlar. NEP özellikle yük görevleri için yük devretme görevleri için çekicidir.

NASA'nın elektrik enerjisinin belirli bir kitleye 100 kg per kW'a kadar taşınması, 1-10 MW aralığındaki bir reaktöre ihtiyaç duyuldu, hafif radyatörler ve güç dönüştürmesinde önemli ilerlemeler gerektirdi. Future NEP konseptleri, birkaç yıldan fazla bir süre boyunca ölçülen Satürn veya Jüpiter'in geçici seyahatiyle hızlı bir şekilde geçici seyahat edebilirdi.

Güneş Yelkenleri: Işığı Kurtarmak

Kitleyi terk eden herhangi bir tahrikten farklı olarak, güneş batmış fotonlara güvenir:0) Sürekli bir ivme sağlamaz). – a large, ultra-thin reflective membran (often Mylar veya ışıklı polimer) yakalıyor; ancak her yansımadan küçük geri dönüş, sürekli bir ivme elde edemez.

Japonya Havacılık Araştırma Ajansı (JAXA) başarıyla güç nesli için 20 metre uzunluğunda bir şekilde dağıtıldı. [FONTD:0]IKAROS 2010 yılında yelken açtı, Venüs'e karşı tutum kontrolü ve ivme gösterdi. [Dönetici Toplum) küçük bir CubeSat, yörüngede güneş basıncı kullanarak yükseltebilir, düşük çözünürlükte yörüngede güneş enerjisine ulaşabilecek bir yörüngede.

Tasarım zorlukları, yelken dağıtımını (zamanda güvenilir bir şekilde ultra-thin membranını) içerir, ultraviyole radyasyon ve mikrometeoroidlerden malzeme bozulması ve tutum kontrolü (havalı sayfanın Güneş'e yönlendirilmesi gerekir).Bir yıldız uygulamaları için, bir yelken, ek bir ivme için lazer kirişi kullanmak zorunda kalacak.

Gelişen ve Gelişmiş Kavramlar

Araştırmacılar, daha yüksek performans, daha düşük geçiş süreleri ve daha uzak yerlere erişim amaçlayan kavramlarla ittigal sınırlarını zorlamaya devam ediyorlar.

Plazma Thrusters

[FONT:0)Magnetoplasmadinamik (MPD) itkileyiciler[[D) yüksek ve manyetik alanların bir araya gelmesi, potansiyel olarak yüksek itme ve yüksek spesifik bir dürtüye sahip olmak, onları nükleer elektrik tahrik sistemleri için uygun hale getirmek için çalışır.[DDDDD) Bu cihazlar plazmayı hızlandıran bir manyetik alan oluşturur[DDDDD)[tr|Döneticileri)[tr|Döneticileri / 4X)

[FONT=0]VASIMR[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ

Elektrodinamik Tethers

Elektrodinamik tethers, düşük Dünya yörüngesindeki uzay aracı için bir pervantsız tahrik yöntemidir. Uzun bir iletken tel (bir mil) uzay aracından dağıtılır ve Dünya manyetik alanı aracılığıyla hareket, tether dağıtım ve bir sondan gelen elektronlar tarafından ortaya çıkarılmıştır, çünkü yarı zamanlı olarak uzay aracının hızlandırılması veya test edilmesi gereken bir Lorentrasyonel kuvvet üretmek.

Lazer ve Kirlenmiş Enerji Propulsion

Yıldız öncü görevleri için, gigawatt lazerler gibi kavramlar ve yoğun radyasyon için hayatta kalabilen bir malzeme [DDDDDDD:0)) Güneşli bir yörüngede sadece birkaç gram kullanarak, ışık hızıyla küçük bir “wafer” uzay aracına ulaşmak için, 20 yıllık bir yolculuk Alpha Centauri'ye kadar hayatta kalmak için 10 dakika boyunca optimize edilmiş bir dielektrik aynası gerekir.

Uçak dışı kullanım için, kirişli enerji yüksek sıcaklığa kadar “ışıklık” sürebilir, mikrodalga veya lazer gücü kullanarak yüksek hızlara kadar. [Ücretsiz kullanımlar için:0)Pennywise[DÜye Tarihi: 1) konsepti (İsviçre Üniversitesi) lazer ışığı ve ısıları yüksek sıcaklıklara kadar yükselten ince bir yelken önerebilir, yaklaşık 1000 saniyeye kadar iter.

Fusion ve Antimatter

Fusion propulsion, ısıtıcı veya doğrudan itme için nükleer füzyon tepkilerinden enerji faydalanacaktır.Projeler, 4-5 yıl içinde Pluto'ya 1000 kg uzay aracı gönderebildi, kimyasal ve yerçekimi-assist trajektörleri için 10+ yıldan daha basit bir füzyon motorları geliştirmeyi hedefler.TheFLT:2Inersal Elektrostatiksel varsayımlar[Döneticiler) 4- Wisconsin'de, özel stabilite motorlarına göre takip edilebilir.

Antimatter propulsion, ancak teorik olarak, mümkün olan en yüksek enerji yoğunluğu sunar – önemli ve antimatter tamamen enerjiye dönüştürür. A gram antimatter (protonlar ile ilgili sıradan bir hesaplama ile tepki verir), küçük bir nükleer silah. Propulsion, enerji ısıtılır veya doğrudan annihilasyon ürünleri ile itilir (piyonlar, kumar ışınları).

Geleceği inşa edin: Entegre Tahrik Sistemleri

Uzaylı uzay aracının evrimi insanlığın Mars'a ve her adımın ötesine geçmesi için artan bir çabadır; elektrik tahriki artık asteroitlere, kuyrukluyıldızlara, atalara, dış gezegenlere, nükleer termal ve güneşe yol açabilir.

Modern uzay aracı zaten bu hibrit yaklaşımı gösteriyor.TheurFLT:0)Gateway Ay outpost, istasyon koruma ve yörünge bakımı için elektrik tahrikli (Hall iters) kullanıyor, ziyaret eden ekip araçları geçiş için kimyasal tahrik kullanıyorsa. [Ücretsiz:2Mar) Örnek Geri Dönüş[Döneticileri) [Dönder], NASA ve ESA tarafından planlanan elektrik tahriklileri kullanabilir.

Propulsion aracıkit, mevcut kütle ve zaman bütçeleri içinde en yüksek bütçelerde geri dönen mühendisler tasarım görevlerine yardımcı olur. daha yüksek özel dürtü ve daha uzun operasyonel yaşamlar hem hükümet ajanslarından (NASA, ESA, JAXA) ve özel şirketlerden devam eder.[Döneticiler Ay'a kadar rutin kargo uçuşları olgunlaştırıyor, Mars'a rutin görevler ve robot Explorer’lara alternatifleri gerçeğe daha yakınlaştırır.Avrupa Uzay Ajansının çalışmalarından daha fazla sorumlu tutmaları mümkün.

  • [FONT:0)Chemical roketler[[Dönemli: yüksek itme, düşük verimlilik (özellikle dürtü - 300-450 s).
  • [FONT:0)Ion iterleri[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜŞÜNÜ: 0:1): Yüksek verimlilik (3,000+ s), düşük itme, derin uzay ve istasyon koruma için mükemmel.
  • [FONT:0]Nuclear termal[[Dönetici: orta itme (~50 kN), yüksek verimlilik (850-1.000 s), Mars misyonları için umut verici.
  • [FONT:0]Solar yelkenler [Dönler: Hiç pervanant, sürekli düşük itki, sınırsız delta-v, yıldız potansiyeli.
  • [FONT:0]Elektrikli kavramları [[DÜDÜT:1) ► MPD, VASIMR, lazer yelken, elektrodinamik tethers – daha yüksek performans için tavsiye.

Propulsion tarihi, keşif yoluyla fiziksel sınırların üstesinden gelmenin bir hikayesidir.Her bir atılım yeni destinasyonlar açıyor ve bir sonraki nesil, insanlığı tek başına herhangi bir kimyasal roketden uzak tutabilecektir.TheÜcretsiz sistemler[Dönemli) Bu keşif için bugün roket öncü dönemde olduğu gibi zorlayıcı kalacaktır - bilim, kaynak kullanımı ve sınırları zorlamak için doğuştan gelen insan sürüşü.