Oamenii au vizitat deja Luna, iar zborul către o orbită a Pământului nu pare a fi ceva neobișnuit. În spațiu pentru o lungă perioadă de timp și stabilit cu fermitate Stația Spațială Internațională. Cu toate acestea, dacă vă gândiți la dimensiunea sistemului nostru solar, ca să nu mai vorbim de întregul univers, devine evident că pașii noștri în stăpânirea spațiului interplanetar și interstelar sunt doar o plimbare sub masă. Pentru a zbura spre Marte și alte planete care nu se află la îndemâna motoarelor cu rachete convenționale, NASA dezvoltă câteva motoare cu reacție suplimentare, inclusiv energia solară.
În principiu, o navă spațială cu o centrală de fuziune pe fuziunea termonucleară ar trebui să recreeze aceleași tipuri de reacții la temperaturi ridicate care apar în inima soarelui. Energia extraordinară a acestor reacții este produsă de motor și creează tracțiune. Folosind acest tip de sistem de propulsie, o navă spațială poate ajunge pe Marte în doar trei luni. Rachetele obișnuite vor avea nevoie de cel puțin șapte.
În acest articol, veți afla ce sinteză este și ce face NASA pentru navele cu astfel de motoare să devină o realitate.
Ce este sinteza?
Noi și planeta noastră suntem în mare măsură dependenți de milioane de reacții de fuziune nucleară care apar în fiecare secundă în nucleul Soarelui. Fără aceste reacții, nu am avea nici o lumină, nici o căldură și, cel mai probabil, o viață. Completarea termonucleară are loc atunci când doi atomi de hidrogen se ciocnesc și creează un atom mai mare de heliu-4 care emite energie în proces.
Iată cum se întâmplă această reacție:
- Două protoni din agregat formează un atom de deuteriu, un pozitron și un neutrino.
- Protonul și atomul de deuteriu creează un atom de heliu-3 (doi protoni și un neutron) și o rază gamma.
- Două atomi de heliu-3 formează în agregat un atom de heliu-4 (doi protoni și doi neutroni) și doi protoni.
Sinteza poate să apară numai în condiții de mediu extrem de cald, a căror temperatură este măsurată în milioane de grade. Stelele formate din plasmă sunt singurele obiecte naturale care sunt suficient de fierbinți pentru a crea o reacție de fuziune termonucleară. Plasma, numită adesea a patra stare a materiei, este un gaz ionizat format din atomi lipsiți de unii dintre electroni. Reacția de sinteză este responsabilă pentru crearea a 85% din energia soarelui.
Nivelul ridicat de căldură necesar pentru a crea acest tip de plasmă conduce la faptul că nu poate fi închis într-un recipient cu orice substanță cunoscută. Cu toate acestea, plasma conduce bine electricitatea, ceea ce vă permite să țineți, să o controlați și să o accelerați cu un câmp magnetic. Aceasta a constituit baza unei nave spațiale cu un motor de sinteză pe care NASA dorește să-l construiască în următorii 25 de ani. Să ne uităm la modelele specifice ale motorului bazate pe fuziunea termonucleară.
Flying pe sinteza energiei
Reacția fuziunii termonucleare eliberează o cantitate imensă de energie, motiv pentru care cercetătorii încearcă în orice mod să o adapteze la sistemul motor. Nava cu privire la energia de sinteză ar putea aduce serios NASA în cursa pentru Marte. Acest tip de navă poate reduce timpul petrecut pe drumul spre Marte cu mai mult de 50%, reducând astfel efectele dăunătoare ale radiației și greutății.
Construcția unei nave spațiale care arborează energia fuziunii termonucleare va fi echivalentă cu dezvoltarea unei mașini de pe Pământ, care poate călători de două ori mai rapid decât oricare altul. În construcția de rachete, eficiența utilizării combustibilului de către un motor cu rachetă este măsurată prin impulsul său specific. Impulsul specific înseamnă unitatea de împingere pe unitatea de combustibil consumată pentru o perioadă de timp.
Un motor sintetic poate avea un impuls specific de 300 de ori mai mare decât motoarele chimice convenționale. Un motor rachete convențional chimic are un impuls de aproximativ 1300 de secunde, ceea ce înseamnă următoarele: motorul produce 1 kilogram de tracțiune pe 1 kilogram de combustibil timp de 1300 de secunde. O rachetă pe sinteză poate avea un impuls de 500.000 de secunde. În plus, racheta de sinteză va folosi hidrogenul drept combustibil, ceea ce înseamnă că poate fi alimentat când trece prin spațiul cosmic. Hidrogenul este prezent în atmosfera multor planete, astfel încât tot ceea ce nava spațială va trebui să realimenteze este imersiunea în atmosferă și combustibil.
Rachetele pe sinteză pot oferi o forță pe termen lung, spre deosebire de rachetele chimice, ale căror combustibil arde rapid. Se crede că mișcarea asupra sintezei va ajunge rapid oriunde în sistemul solar și timp de doi ani pentru a face o excursie la Jupiter și înapoi. Să ne uităm la două proiecte în curs de desfășurare ale NASA pentru crearea unei mișcări pe sinteză.
Racheta de magnetoplasmă cu impuls specific variabil (VASIMR)
VASIMR este o rachetă cu plasmă, care este un precursor al rachetelor de fuziune termonucleară. Dar, deoarece rachetele pe sinteză vor folosi plasma, cercetătorii vor învăța multe despre acest tip de rachetă. Motorul VASIMR este frumos prin faptul că creează plasmă în condiții extrem de calde și apoi îl împinge, generând tracțiune. Există trei tipuri principale de celule în motorul VASIMR.
- Celula din față este un agent de propulsie, de obicei hidrogen, injectat într-o celulă și ionizat pentru a crea o plasmă.
- Celula centrală-celulă acționează ca un amplificator pentru încălzirea ulterioară a plasmei prin energie electromagnetică. Undele radio adaugă energie în plasmă, ca și în cuptorul cu microunde.
- Celula de alimentare - duza magnetică - convertește energia plasmei într-un flux de gaze de eșapament. Câmpul magnetic este utilizat pentru a elibera plasma și pentru a proteja nava spațială, astfel încât plasma să nu atingă cochiliul. Plasma ar distruge orice material cu care a intrat în contact. Temperatura plasmei în duză este de 100 milioane de grade Celsius. Aceasta este de 25.000 de ori mai fierbinte decât temperatura gazului care este aruncat din naveta spațială.
În timpul misiunii pe Marte, motorul VASIMR va fi în mod constant accelerat în prima jumătate a călătoriei, după care va schimba direcția și va încetini a doua jumătate. O rachetă pe o plasmă variabilă poate fi, de asemenea, utilizată pentru a poziționa sateliții pe orbita Pământului.
Mișcarea pe fuziunea termonucleară cu o oglindă dinamică de gaz
Simultan cu VASIMR, pe sinteza se dezvoltă un sistem de mișcare cu o oglindă dinamică de gaz (GDM). În acest motor, bobine lungi subțiri de sârmă cu curent acționează ca un magnet, înconjurând camera de vid care conține plasma. Plasma este prinsă într-un câmp magnetic creat de secțiunea centrală a sistemului. La fiecare capăt al motorului sunt magneți în oglindă, care împiedică eliberarea prea rapidă a plasmei de la motor. Desigur, o parte din plasmă trebuie să scurgă și să asigure tracțiunea.
De regulă, plasmă este instabilă și dificil de ținut, astfel încât primele mașini cu un astfel de mecanism au fost foarte dificile. O oglindă dinamică de gaz evită problemele de instabilitate, deoarece este construită lungă și subțire, astfel că liniile magnetice se aliniază de-a lungul întregii lungimi a sistemului. Instabilitatea este controlată prin faptul că permite o anumită cantitate de plasmă să curgă printr-o parte îngustă a oglinzii.
Deși multe dintre conceptele motorului avansate ale NASA sunt încă departe de a fi realizate. Baza pentru motorul energiei sintezei este deja stabilită. Când vor deveni disponibile alte tehnologii care vor face posibilă călătoria pe Marte, o navă cu energia sintezei va trebui să vină la îndemână. La mijlocul secolului XXI, călătoriile pe Marte pot deveni la fel de rutină ca și trimiterea de alimente către ISS.
Cum va funcționa motorul pe fuziunea termonucleară Ilya Hel
Dezvoltarea sovietică. și că au fost învechite de-a lungul lor. În această țară, totul sa oprit. abia trăi o direcție comercială și ISS. Toate dezvoltările avansate sunt în curs de dezvoltare și implementate în străinătate. dar nu toate rachetele pot fi asamblate în mod corespunzător aici. Și, în general, așa cum au spus corect într-un interviu. spațiul nu este de mult timp rusesc, ci aparține unui grup de anumiți tovarăși (care câștigă pe el). Concluzii despre dezvoltarea cosmosului nostru faceți-o singură.