Termoyadroviy raketa dvigatellari orqasida kosmik tadqiqotlarning yangi davri

2024 Muallif: Seth Attwood | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-16 16:19

NASA va Ilon Mask Marsni orzu qiladilar va boshqariladigan chuqur kosmik missiyalar tez orada haqiqatga aylanadi. Siz hayron bo'lishingiz mumkin, ammo zamonaviy raketalar o'tmishdagi raketalarga qaraganda bir oz tezroq uchadi.

Tezkor kosmik kemalar turli sabablarga ko'ra qulayroqdir va tezlashtirishning eng yaxshi usuli yadroviy raketalardir. Ular an'anaviy yoqilg'ida ishlaydigan raketalar yoki quyosh energiyasida ishlaydigan zamonaviy elektr raketalarga nisbatan juda ko'p afzalliklarga ega, ammo so'nggi 40 yil ichida Qo'shma Shtatlar faqat sakkizta yadroviy raketa uchirdi.

Biroq, o'tgan yili yadroviy kosmik sayohatga oid qonunlar o'zgardi va raketalarning keyingi avlodi ustida ish allaqachon boshlangan.

Tezlik nima uchun kerak?

Kosmosga har qanday parvozning birinchi bosqichida raketa kerak bo'ladi - u kemani orbitaga olib chiqadi. Bu katta dvigatellar yonuvchi yoqilg'ida ishlaydi - va odatda raketalarni uchirish haqida gap ketganda, ular nazarda tutiladi. Ular tez orada hech qaerga ketishmaydi - tortishish kuchi kabi.

Ammo kema kosmosga kirganda, narsalar yanada qiziqarli bo'ladi. Yerning tortishish kuchini engib, chuqur kosmosga kirish uchun kema qo'shimcha tezlashtirishga muhtoj. Bu erda yadro tizimlari o'ynaydi. Agar kosmonavtlar Oydan tashqarida yoki undan ham ko'proq Marsni kashf qilmoqchi bo'lsa, ular shoshilishlari kerak. Kosmos juda katta va masofalar juda katta.

Tez raketalarning uzoq masofalarga koinot sayohati uchun ko'proq mos kelishining ikkita sababi bor: xavfsizlik va vaqt.

Marsga yo'lda kosmonavtlar juda yuqori darajadagi radiatsiyaga duch kelishadi, ular jiddiy sog'liq muammolari, jumladan saraton va bepushtlik bilan to'la. Radiatsiyadan himoya qilish yordam berishi mumkin, ammo bu juda og'ir va vazifa qanchalik uzoq bo'lsa, shunchalik kuchli himoya talab qilinadi. Shuning uchun, radiatsiya dozasini kamaytirishning eng yaxshi yo'li shunchaki manzilingizga tezroq etib borishdir.

Ammo ekipaj xavfsizligi yagona afzallik emas. Qanchalik uzoqroq parvozlarni rejalashtirsak, uchuvchisiz missiyalar ma'lumotlariga shunchalik tez kerak bo'ladi. Voyager 2 Neptunga yetib borishi uchun 12 yil kerak bo'ldi va u uchib o'tayotganda ajoyib suratlarni oldi. Agar Voyajer kuchliroq dvigatelga ega bo'lsa, bu fotosuratlar va ma'lumotlar astronomlarda ancha oldin paydo bo'lgan bo'lar edi.

Shunday qilib, tezlik - bu afzallik. Lekin nega yadro tizimlari tezroq?

Bugungi tizimlar

Og'irlik kuchini engib, kema uchta muhim jihatni ko'rib chiqishi kerak.

Bosish- kema qanday tezlanishni oladi.

Og'irlik samaradorligi- tizim ma'lum miqdorda yoqilg'i uchun qancha kuch ishlab chiqarishi mumkin.

Maxsus energiya iste'moli- ma'lum miqdordagi yoqilg'i qancha energiya chiqaradi.

Bugungi kunda eng keng tarqalgan kimyoviy dvigatellar an'anaviy yoqilg'ida ishlaydigan raketalar va quyosh energiyasi bilan ishlaydigan elektr raketalardir.

Kimyoviy qo'zg'alish tizimlari juda ko'p kuch beradi, lekin unchalik samarali emas va raketa yoqilg'isi juda ko'p energiya talab qilmaydi. Astronavtlarni Oyga olib borgan Saturn 5 raketasi parvoz paytida 35 million nyuton kuch berdi va 950 000 gallon (4 318 787 litr) yoqilg'i tashidi. Uning ko'p qismi raketani orbitaga olib chiqishga ketgan, shuning uchun cheklovlar aniq: qaerga borsangiz ham, sizga juda ko'p og'ir yoqilg'i kerak bo'ladi.

Elektr harakatlantiruvchi tizimlar quyosh panellaridan elektr energiyasidan foydalangan holda kuch hosil qiladi. Bunga erishishning eng keng tarqalgan usuli ionlarni tezlashtirish uchun elektr maydonini ishlatishdir, masalan, Hall induksion itarish moslamasida bo'lgani kabi. Ushbu qurilmalar sun'iy yo'ldoshlarni quvvatlantirish uchun ishlatiladi va ularning og'irligi samaradorligi kimyoviy tizimlardan besh baravar yuqori. Ammo shu bilan birga ular kamroq kuch beradi - taxminan 3 nyuton. Bu avtomobilni taxminan ikki yarim soat ichida soatiga 0 dan 100 kilometrgacha tezlashtirish uchun etarli. Quyosh mohiyatan tubsiz energiya manbaidir, lekin kema undan qanchalik uzoqlashsa, shunchalik foydali bo'lmaydi.

Yadro raketalari ayniqsa istiqbolli bo'lishining sabablaridan biri bu ularning aql bovar qilmaydigan energiya zichligidir. Yadro reaktorlarida ishlatiladigan uran yoqilg'isi, odatdagi kimyoviy raketa yoqilg'isi bo'lgan gidrazindan 4 million marta ko'p energiyaga ega. Va bir oz uranni koinotga olib chiqish, yuz minglab gallon yoqilg'idan ko'ra osonroqdir.

Traktsiya va vazn samaradorligi haqida nima deyish mumkin?

Ikki yadroviy variant

Kosmik sayohat uchun muhandislar ikkita asosiy turdagi yadro tizimini ishlab chiqdilar.

Birinchisi termoyadro dvigatelidir. Ushbu tizimlar juda kuchli va yuqori samarali. Ular gazni (vodorod kabi) isitish uchun yadroviy suv osti kemalaridagi kabi kichik yadroviy bo'linish reaktoridan foydalanadilar. Keyin bu gaz raketa nozli orqali tezlashtiriladi, bu esa surishni ta'minlaydi. NASA muhandislari termoyadro dvigateli yordamida Marsga sayohat kimyoviy dvigatelli raketaga qaraganda 20-25 foizga tezroq bo‘lishini hisoblab chiqdi.

Termoyadroviy dvigatellar kimyoviy dvigatellarga qaraganda ikki baravar samaraliroq. Bu shuni anglatadiki, ular bir xil miqdordagi yoqilg'i uchun ikki baravar ko'p - 100 000 nyutongacha kuch beradi. Bu avtomobilni taxminan chorak soniyada soatiga 100 kilometr tezlikka tezlashtirish uchun etarli.

Ikkinchi tizim - yadroviy elektr raketa dvigateli (NEPE). Ularning hech biri hali yaratilmagan, ammo g'oya elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun kuchli bo'linish reaktoridan foydalanishdir, bu esa keyinchalik Hall dvigateli kabi elektr harakatlantiruvchi tizimni quvvatlantiradi. Bu juda samarali bo'lar edi - termoyadroviy dvigateldan taxminan uch barobar samaraliroq. Yadro reaktorining kuchi juda katta bo'lganligi sababli, bir vaqtning o'zida bir nechta alohida elektr dvigatellari ishlay oladi va surish mustahkam bo'lib chiqadi.

Yadro raketa dvigatellari, ehtimol, juda uzoq masofali missiyalar uchun eng yaxshi tanlovdir: ular quyosh energiyasini talab qilmaydi, juda samarali va nisbatan yuqori quvvatni ta'minlaydi. Ammo ularning barcha istiqbolli tabiatiga qaramay, atom energetikasining harakatlantiruvchi tizimi hali ham foydalanishga topshirilgunga qadar hal qilinishi kerak bo'lgan juda ko'p texnik muammolarga ega.

Nega haligacha yadroviy raketalar yo'q?

1960-yillardan boshlab termoyadro dvigatellari oʻrganila boshlandi, biroq ular hali kosmosga uchilmagan.

1970-yillardagi nizomga ko‘ra, har bir yadroviy kosmik loyiha alohida ko‘rib chiqilib, bir qator davlat idoralari va prezidentning o‘zi roziligisiz uzoqqa borish mumkin emas edi. Yadro-raketa tizimlarini tadqiq qilish uchun mablag‘yetishmasligi bilan birga, bu koinotda foydalanish uchun yadro reaktorlarini yanada rivojlantirishga to‘sqinlik qildi.

Ammo hammasi 2019-yil avgust oyida Tramp ma’muriyati prezidentlik memorandumini chiqargandan so‘ng o‘zgardi. Yadro uchirilishining maksimal xavfsizligini ta'kidlagan bo'lsa-da, yangi direktiva hali ham murakkab idoralararo ruxsatisiz kam miqdordagi radioaktiv moddalar bilan yadroviy missiyalarni amalga oshirishga ruxsat beradi. NASA kabi homiylik agentligi tomonidan missiya xavfsizlik bo'yicha tavsiyalarga muvofiqligini tasdiqlash kifoya. Yirik yadroviy missiyalar avvalgidek protseduralardan o'tadi.

Ushbu qoidalarni qayta ko'rib chiqish bilan bir qatorda, NASA termoyadro dvigatellarini ishlab chiqish uchun 2019 yil byudjetidan 100 million dollar oldi. Mudofaa ilg'or tadqiqot loyihalari agentligi, shuningdek, Yer orbitasidan tashqarida milliy xavfsizlik operatsiyalari uchun termoyadroviy kosmik dvigatelni ishlab chiqmoqda.

60 yillik turg‘unlikdan so‘ng o‘n yil ichida yadroviy raketa koinotga uchib ketishi mumkin. Ushbu ajoyib yutuq koinotni tadqiq qilishning yangi davrini boshlaydi. Inson Marsga boradi va ilmiy tajribalar butun quyosh tizimida va undan tashqarida yangi kashfiyotlarga olib keladi.