новости космоса Все новости Март 2018 года
23621 37
07 марта 2018 05:20:47
Первое включение электрического ракетного двигателя, работающего на воздухе

Впервые в мире команда исследователей, возглавляемая сотрудниками Европейского космического агентства (ЕКА), построила и провела огневые испытания электрического двигателя, способного использовать молекулы разреженного воздуха из верхних слоев атмосферы в качестве рабочего тела. Эта разработка поможет увеличить срок службы спутников, находящихся на низкой околоземной орбите.

Спутник ЕКА под названием GOCE находился на орбите высотой 250 километров в течение более чем пяти лет благодаря электрическому двигателю, который постоянно компенсировал силу сопротивления воздуха. Однако срок его службы был ограничен, поскольку на борту находилось всего лишь 40 килограммов ксенона, используемого в качестве рабочего тела – после того как весь ксенон был израсходован, миссия завершилась.

Замена рабочего тела, запасы которого приходится хранить на борту, на молекулы атмосферного воздуха позволит создать новый класс спутников, способных находиться на очень низких орбитах в течение продолжительного времени.

«В начале этого проекта была предложена концепция двигателя, способного захватывать молекулы воздуха в верхних слоях атмосферы Земли и использовать их в качестве рабочего тела, чтобы обеспечить скорость на уровне 7,8 километра в секунду", - объяснил Луи Вальпот из ЕКА.

Вся конструкция двигателя была разработана и испытана авиакосмической фирмой Sitael, Италия, которая протестировала двигатель в вакуумной камере, имитирующей условия на высоте 200 километров над поверхностью Земли.

Основной проблемой при создании двигателя стала разработка надежной системы впуска молекул воздуха, позволяющей накапливать достаточное его количество для последующего сжатия. Затем сжатый воздух подвергается ионизации, и ионизированные частицы ускоряются в электрическом поле, обеспечивая необходимую тягу. Система ионизации и ускорения молекул воздуха имеет две ступени.

Использующие атмосферный воздух электрические ракетные двигатели могут также быть использованы для движения космических аппаратов в атмосферах других планет, например, в атмосфере Марса, в которой преобладает диоксид углерода (CO2), считает Вальпот.

комментарии
1
DimitriyP100 · 07-03-2018

Хм-м... Так может пойти дальше и попытаться создать систему, позволяющую "заправляться" непосредственно атмосферой планеты, пролетая мимо него?
Ну, например, пролетает какой-нибудь зонд мимо какого-нибудь Титана, "касается" его атмосферы (разогревается, конечно, тормозиться маленько - не без этого) "зачёрпывает" пару вёдер атмосферы и отправляет их "в топливный бак". А дальше расходует это добро на нужды ускорения посредством метода из вышележащей новости.

Или слишком сложно и неэффективно будет?

2
DimitriyP100 · 07-03-2018

По не проверенным слхам система, идея, кстати, не нова. Есть мнение, что нечто похожее использовалось на некоторых Советских спутниках-шпионах. Но чёт как-то не проканало: то ли слишком сложно было для того времени, то ли не надёжно, а может и вообще всё врут и не было ничего такого, но, как бы там ни было, "в серию" аппарат не, увы, пошёл...

3
NoOneElse-4 · 07-03-2018

DimitriyP, проблематично, скажет так.
Пока плюнем на "тормозится". Самое мутное что зачерпываем и как храним.
Допустим в основном водород (ну как бы основной газ планет гигантов).
Его нужно или сжать до огромных давлений в очень прочном баке (чтобы хранить заметное количество)
или сжижать и хранить в криогенном баке (тоже не простом весьма, учитывая температуру кипения водорода).
И тот и другой процесс - сложное, тяжелое и очень механическое оборудование,
которое надо притащить с собой.
Как то мутновато...
Толи дело заранее подготовленный инертный газ в стабильном состоянии (я про ксенон).
Вот ежели там некая база уже в атмосфере плавает.
Газ подготовила (да того же ксенона наскребла из атмосферы)
и запустила бак при пролете КА - тогда другое дело.
_______________________
Что касается темы новости - милое дело для спутников шпионов!!!

4
dengess171 · 07-03-2018

Можно и ещё дальше пойти. Или вернее полететь.
Хватать всю микроскопичечкую дрянь, что в космосе летает. Испарять, отделяя летучее от нелетучего. И закачивать в баки.
Для такого электродвигателя всякоразный газ сгодится. Нужно только достаточно мощный источник эл. энергии на борту иметь.
Тут бы и сгодился мобильный Т.Я.- генератор электрического тока.

5
dengess171 · 07-03-2018

Петр, это хороший повод строить заводы по производству сжатого газа на спутниках типа Европы и пометах.
Подлетает КА к луне. А от туда уже запускают полный балон. КА им ткда сбрасывает пустой...

6
dengess171 · 07-03-2018

Описятка:
... пометах = кометах ...

7
DimitriyP100 · 07-03-2018

NoOneElse. Ну, чисто теоретически, аппарат когда в атмосферу врезается - он эту самую атмосферу оченно сильно уплотняет
(оттого, говорят, и греется неиллюзорно). Стало быть с одной стороны уже есть куча уплотнённого... вещества.
Ну так открыть "бак" против хода движения и, когда туда набьётся сколько-то уплотнённого за счёт движения газа,
обратно его закрыть. И золотой ключик у нас в кармане!)))

8
NoOneElse-4 · 07-03-2018

"Ну, чисто теоретически, аппарат когда в атмосферу врезается - он эту самую атмосферу оченно сильно уплотняет"
Чисто теоретически!!! :)
Когда в вашем баке давление достигнет требуемых 300 атмосфер сам КА
при этом будет уже догорать:)

9
dengess171 · 07-03-2018

Резкое уплотнение газа приводит к резкому нагреву.
С другой стороны, это тепло - халявная энергия.

10
DimitriyP100 · 07-03-2018

Dengess1.
Во! А это мысль!
Под аппаратом - бак с "топливом". Когда орбита становится неприемлемо низкой
надо этот аппарат чуток затормозит, чтоб он начал падать в атмосферу. Ну и вот...
Аппарат падает, нагревается - нагревает закреплённый "внизу" бак, "топливо"
нагревается, испаряется (причём интенсивно) - а газы идут в сопло и, исторгаясь,
создают реактивную тягу на которой сей аппарат и взлетает обратно в космос, на
орбиту!

11
Leonid3105 · 07-03-2018

DimitriyP, вы изобрели очередной вечный двигатель :-)

12
dengess171 · 07-03-2018

Не вечной. Только на время падения в атмосферу.

13
dilettant96 · 07-03-2018

"На борту находилось всего 40 кг ксенона", хватило на пять лет работы. Допустим, что ксенона было 200 кг, а вот сам КА выдержал бы эксплуатацию в пять раз большую? Далеко не факт!
Если технологию "допилить", то для поддержания орбиты всяких там зондов-орбитёров вполне сгодится, вот с тем же "Кассини" например, будь у него возможность "дозаправки" из атмосферы Сатурна, летал бы и летал себе и учёных новыми данными радовал.

14
NoOneElse-4 · 07-03-2018

""На борту находилось всего 40 кг ксенона", хватило на пять лет работы. Допустим, что ксенона было 200 кг, а вот сам КА выдержал бы эксплуатацию в пять раз большую? Далеко не факт!"
Факт в том, что поперечное сечение КА при 200кг ксенона могло бы оставаться прежним (как и с баком в 40кг).
При этом кинетической энергии от веса самого топлива было бы больше и только за счет этого время
работы было бы выше на годы. Т.е. время до первого включения двигателя компенсации.
И далее теряемая энергия была бы абсолютно эквивалентна.
Т.е. площадь солнечных батарей и тяга ионного двигателя требовались бы
абсолютно те же, что и с весом ксенона в 40кг. Если конечно ничего не сломается и ресурс двигателя позволяет.
А значит аппарат с 200кг ксенона находился бы на низкой орбите НАМНОГО дольше, а не просто 200/40 = в 5 раз дольше.
А в 6 и более раз!
При этом выросла бы только нагрузка ракеты (энергию которой он бы и тратил в первые "бонусные" годы своего полета)
путем рассеяния кинетической энергии этим самых нетронутых 200кг топлива, которую
в это топливо "вогнала" ракета при выводе на орбиту.
Так что лучше сначала думать... а потом писать.
Это всегда лучше!!!
Извините, но я сегодня злой. Туман, мелкий дождь и сыро на улице. Не люблю этого.

15
Karl12 · 07-03-2018

Кто-нибудь в курсе, чем там закончилась история с em-drive ака "ведро"? Природа тяги установлена?

16
NoOneElse-4 · 07-03-2018

Karl, показаны ошибки проведения экспериментов, при которых
могла возникнуть мнимая тяга (порядок величин там очень мал).
Поэтому официально наличие тяги не доказано и эксперименты
какие либо серьезные группы ученых не ведут.
В основном просто не видя теоретического обоснования.
Но это из открытых источников!
Что делают китайцы или еще кто то - неизвестно.
Мое мнение - данный "двигатель" останется в истории как
передача энергии без потерь с континента на континент,
которую рекламировал Тесла.
Красиво... Хочется... Антинаучно... Не хочется спорить... Нет подтверждений... Автор сильно одиозен... Очень нравится теоретикам заговоров...
Т.е. набор "эпитетов" по видимому останется именно таким навсегда.

17
dilettant96 · 07-03-2018

Пётр, я про "начинку" спутника засомневался.
Срок "службы" экспериментальной чугунной болванки вообще теряется в бесконечности. :-)

18
NoOneElse-4 · 07-03-2018

"я про "начинку" спутника засомневался"
Ну это да. Согласен.
Ресурс ионных двигателей тут вероятно самое узкое место (если сравнивать с вообще всей остальной начинкой).
Тут не только эрозия деталей плазмой (магнитное поле дело не столь уж "герметичное"),
но и мощные высоковольтные преобразователи.
Представьте себе импульсный блок питания эдак в 200 киловатт,
работающий непрерывно 20 лет...
И ладно непрерывно (хоть температурных бросков не будет).
Так может включаться/выключаться с температурными нагрузками в пару сот градусов.
Тут есть чему ломаться...
А система ионизации! Сначала пробовали катоды/аноды и напряжение - разрушается мигом.
Вроде мейнстрим - ионизация ВЧ волной высокой напряженности в камере.
А это опять таки ВЧ генераторы неслабые... Ну ясно - магнетроны никто не отменял.
Но там опять катоды...

19
DimitriyP100 · 07-03-2018

NoOneElse. "...аппарат с 200кг ксенона находился бы на
низкой орбите НАМНОГО дольше..."

- Так уж намного ли? Масса аппара увеличилась бы на 200кг
топлива. Соответственно для разгона этих "лишних" килограммов
потребовался дополнительный расход топлива.
Там формула Циолковского, вероятно, "вылезала" бы в
полный рост.

20
DimitriyP100 · 07-03-2018

Leonid3. Не-е, не вечный. Только пока топливо для создания реактивной
тяги не закончится. Просто нагрев его происходил бы не за счёт
химической реакции окисления или какого-нибудь особого
ядерного реактора, а от "трения" аппарата об атмосферу.

21
NoOneElse-4 · 07-03-2018

"Соответственно для разгона этих "лишних" килограммов
потребовался дополнительный расход топлива."
Речь о ПОДДЕРЖАНИИ скорости (той самой 1-й космической) в условиях торможения
на низкой орбите разреженной атмосферой.
Т.е. сила торможения (зависит от лобового сопротивления и площади) должна просто уравновеситься
силой тяги того самого ионного двигателя.
Иными словами масса КА как таковая уходит из игры, дедушка Циолковский
идет пока отдыхать и очевидные рассуждения о СРОКЕ работы КА становятся верными.
Что касается ракеты - в случае 40кг и в случае 200кг она обязана разогнать КА до одной и той же скорости (строго).
А значит передать лишней массе 200-40кг ту саму энергию, которую потом можно израсходовать на торможение (сопротивление
торможению) о атмосферу. А уж потом включить двигатель и начать расходовать эти 200кг на компенсацию.
Как то так.
Физика...

22
Ground50 · 07-03-2018

NoOneElse, кроме дедушки Циолковского, был еще дедушка Ньютон.
Он связал Силу (тягу плазменного электродвигателя), действующую на тело (КА) с его МАССОЙ и придаваемым ускорением.
Нам необходимо постоянно Ускорять КА для поддержания постоянной скорости. Для аппарата с бОльшей массой нам будет необходима бОльшая тяга, соответственно бОльшее количество топлива.
В общем - потери будут. На преодоление возросшей инертности. 200/40 - выигрыш будет Менее, чем в 5 раз.
Физика...

23
dr_ovosek7 · 07-03-2018

Чем пытаться одновременно вытащить и лапы и хвост (для забора
молекул нужно очень широкое хайло, а для питания двигателя потребны очень
большие панели СБ, что приведет к резкому увеличению аэродинамического
сопротивления, которое вряд ли компенсирует ничтожная тяга двигателя), не проще ли
сделать систему дозаправки на базе простейших миниракет, наподобие той, что
недавно испытали новозеландцы?

24
Ground50 · 07-03-2018

А вообще - респект всем, кто Реально движет прогресс, а не под выборы раздает обещания - увеличить, углУбить, расширить, развить, доработать и т.д.

25
NoOneElse-4 · 07-03-2018

"Он связал Силу (тягу плазменного электродвигателя), действующую на тело (КА) с его МАССОЙ и придаваемым ускорением.
Нам необходимо постоянно Ускорять КА для поддержания постоянной скорости. Для аппарата с бОльшей массой нам будет необходима бОльшая тяга, соответственно бОльшее количество топлива. "
Ground, вы это все серьезно написали? Если не шутили - советую начать думать. Всегда полезно! :)
Даю подсказку. Ионный двигатель на том КА НЕ ВЫКЛЮЧАЛСЯ !
Чувствуете смутную взаимосвязь тяги и сопротивления? Оставьте в покое дедушек!

26
NoOneElse-4 · 07-03-2018

dr_ovosek, в реале просто запускают свежий спутник шпион. В принципе вариант.
Поскольку совершенствуется оптика (не сильно) и матрицы (сильно) и можно обновить девайс.
Вроде начинали вообще с аппарата, который фотал на пленку и падал через пару витков в Сибири.
А уж когда научились фоты по радио передавать - это был прорыв...

27
dr_ovosek7 · 07-03-2018

NoOneElse, Матрица рулит! ))) Хотя если всерьез, то давно пора
делать спутники-шпионы стоимостью в планшетник и с оптикой смартфона.
Вот уж "Оскара" дают за фильмы снятые на такой технике, а вояки все
бюджетное бабло не по-детски на своих игрушках пилят!

28
Ground50 · 07-03-2018

NoOneElse, начинаем мыслить логически.
"Даю подсказку. Ионный двигатель на том КА НЕ ВЫКЛЮЧАЛСЯ !"
Т.е. для поддержания постоянной скорости - он создавал постоянное ускорение.
Вы ведь не против, что сопротивление атмосферы замедляет тело, вызывая ускорение с противоположным вектором?
Не спешите отвечать, спокойно подумайте.

29
dr_ovosek7 · 07-03-2018

NoOneElse, кстати, вот сейчас придумал для таких простейших аппаратиков
неплохое название: "квадроспуты".

30
dengess171 · 07-03-2018

DimitriyP: "Просто нагрев его происходил бы не за счёт
химической реакции окисления или какого-нибудь особого
ядерного реактора, а от "трения" аппарата об атмосферу."
- Нагрев будет в основном от сжатия атмосферы перед КА. Трение совсем не много тепла добавит.

31
NoOneElse-4 · 07-03-2018

Ground, для поддержания скорости он создавал тягу, равную силе торможения и обе силы по одной оси!!!!
Частный случай небесной механики, когда дедушки курят и масса аппарата не участвует в формулах.
Думайте головой и не позорьтесь!

32
john0717 · 07-03-2018

Есть мнение, что крылатая ракета, про которую говорил Путин, уже давно использует электрический ракетный двигатель

33
dr_ovosek7 · 07-03-2018

john07, это ошибка чтения, там в шпаргалке было написано "ядреный двигатель", то есть очень мощный!

34
elena112 · 07-03-2018

Наверное скоро в атмосфере будут летать ещё и розетки.

35
dr_ovosek7 · 08-03-2018

"...скоро в атмосфере будут летать ещё и розетки" -- а почему еще -- может только... розетки и вилки?.

36
Newerdreamer8 · 08-03-2018

Данная система можно будет использовать для межпланетных перелетов и освоения нашей солнечной системы. Но на меж системные перелеты нужен другой двигатель на более постоянном топливе. Радует что можно будет летать через лет 50-70

37
BitelGeize-1 · 09-03-2018

=Радует что можно будет летать через лет 50-70=
Newerdreamer, а вас то что это радует? Вам сколько лет? Даже если доживёте до этих полётов, то здоровье ваше как то не очень будет способствовать этим полётам.
У меня более реалистичные надежды на полёты: жду добродушных инопланетян, желательно с личным контактом. Может быть их ракета и сядет как нибудь в моём огороде, ну то есть даче.

написать комментарий наверх
Для добавления комментария необходимо зарегистрироваться, а затем войти на сайт используя свой логин и пароль.

Если Вы уже зарегистрировались, но забыли пароль - воспользуйтесь нашим разделом восстановления пароля.

© 2002-2018. Все права защищены. AstroNews.ru | Перепечатка любых материалов сайта без разрешения редакции запрещена!