новости космоса
4842 26
30 мая 2017 06:22:51

Ученые предлагают конструкцию плазменного ракетного двигателя без нейтрализатора

Плазменные двигательные системы являются важной и эффективной технологией, используемой для управления космическими аппаратами, предназначенными для слежения за Землей с орбиты, спутниками связи и аппаратов для фундаментальных исследований космического пространства.

В плазменных двигательных системах используется электричество для ионизации рабочего тела и перехода его в четвертое состояние вещества – состояние плазмы. Электрически заряженные ионы и электроны ускоряются в исходящей газовой струе, давая тягу и импульс, необходимые для движения космического аппарата.

В наиболее распространенных концепциях плазменных двигательных систем, например в двигателях малой тяги с ионными сетками, происходит истечение большего числа положительно заряженных частиц, по сравнению с отрицательно заряженными частицами. Чтобы в целом космический аппарат оставался электрически нейтральным, в его конструкции используется так называемый «нейтрализатор», инжектирующий электроны в исходящую газовую струю, чтобы точно скомпенсировать избыточный положительный заряд. Однако нейтрализатор потребляет значительную мощность, а кроме того, приводит к увеличению размера и массы двигательной системы.

В новом исследовании Дмитро Рафальский (Dmytro Rafalskyi) из Лаборатории физики плазмы Политехнической школы, Франция, и его коллеги совершенствуют конструкцию предложенной ими в 2014 г. конструкции плазменного ракетного двигателя, в которой отсутствует нейтрализатор. В этом исследовании авторы изучают изменение поведения плазмы в зависимости от расположения частиц плазмы в той или иной зоне двигательной системы, времени и энергии частиц.

В рамках этого исследования также изучена динамика отрицательно заряженных электронов в исходящей газовой струе двигателя и установлено, что их поведение играет ключевую роль в процессе нейтрализации исходящей реактивной струи.

Исследование опубликовано в журнале Physics of Plasmas.


(Добавил: Hot Temp)

комментарии
1
DimitriyP122 · 30-05-2017

Я тут слышал, мол, эти плазменные двигатели нагреваются уж больно сильно, что в условиях полнейшего космического вакуума создаёт известные проблемы с их охлаждением. И что для двигателя с более-менее годной тягой потребуется радиатор чуть ли не километрового размера.
Если не врут, то выходит этот нейтрализатор далеко не самая важная приблуда в этом моторе.

2
nikkaknik56 · 30-05-2017

DimitriyP: Мне думается что проблема перегрева преувеличена. Все же космический холод лучше любого радиатора.

3
Astrostarost9 · 30-05-2017

Могли бы это тепло применить ещё для подпитки другого двигателя :).

4
DimitriyP122 · 30-05-2017

Nikkaknik. Космический холод - сие есть миф. В том смысле, что вроде бы, чтобы остудить что-то до почти что абсолютного нуля, достаточно сунуть это в тень. Вроде все просто.

Но есть одна проблема - в космосе нет воздуха, соответственно отдача тепла происходит исключительно посредством теплового излучения, а эффективность такого метода не велика. По сути космос - это здоровенный термос.
Поэтому проблема охлаждения там стоит как правило гораздо острее, чем проблема нагревания чего либо.

5
DimitriyP122 · 30-05-2017

Astrostarost. А ещё можно на нём чайник кипятить и курицу-гриль жарить!))) Хм-м... А плазменный двигатель, оказывается, универсальнее чем кажется)))

6
nikkaknik56 · 30-05-2017

DimitriyP: Если корабль движется, то холодная среда все время обновляется, а это равносильно обдуванию.

7
DimitriyP122 · 30-05-2017

Nikkaknik. Если корабль движется в среде - воздух, вода и т.п. - то "да", но в вакууме - теплотдача только через ИК излучение.
Как ни двигай корабль - вокруг один и тот же вакуум - "ничто". Какой среде там обновляться?)))

8
nikkaknik56 · 30-05-2017

DimitriyP: А разве вакуум - не среда? Да, теплопроводность вакуума очень низкая, но когда речь идет о температуре чего либо, то это - уже среда. И если уж об этом зашла речь, то и радиатор абсолютно бесполезен будет, если не будет теплообмена.

9
DimitriyP122 · 30-05-2017

Nikkaknik. Среда среде рознь. Как и теплообмен теплообмену.

В "обычной" среде - жидкость, газ и всё такое - теплообмен осуществляется преимущественно из-за взаимодействия (столкновения) молекул нагретого тела с молекулами холодной среды.
Горячие молекулы тела, "врезаются" в молекулы среды, отдают им часть своей кинетической энергии (меньше двигаются) - стало быть остывают. При этом нагретые молекулы среды отдают приобретённую энергию своим товаркам и сами тоже остывают. В итоге, из за того, что "медленных" молекул вокруг много нагретое тело остывает достаточно быстро. Ну, понятно, зависит от переменных, вроде теплопроводности температуры среды, конвекции и всё такое прочее, но тем не менее.

В вакууме вокруг молекул практически нет. Соответственно нагретым (быстро и много двигающимся) молекулам не с кем сталкиваться, некому отдать свою кинетическую энергию напрямую. Остается только излучать её в электромагнитном спектре (то самое ИК излучение) а это не столь эффективно. Ну то есть вообще.

Как то так.

10
dilettant122 · 30-05-2017

Как всё непросто-то! А казалось бы какие проблемы, ан нет.

11
DimitriyP122 · 30-05-2017

Dilettant. И не говори! Ещё немного - и я того и гляди уверую в заговор высших сил по не допуску глупых человеков к другим мирам!

12
dilettant122 · 30-05-2017

Так я и сам против допуска глупых человеков к чему-либо. :-)

13
nikkaknik56 · 30-05-2017

А мне наша цивилизация нравится. Просто полеты к другим звездам - утопия. Красивая сказка, техногенная сказка. Как только человек поймет, что технические решения - тупик, он откроет для себя другие возможности, более могущественные, а главное - более человечные. Я не знаю, что это будет, но то, чего мы достигли сегодня, будет хорошим трамплином в будущее. Если только человечество не уничтожит себя. Но это тоже не беда - где то на просторах Вселенной этот проект все равно осуществится. Правда не с нами.

14
pervokursnik43 · 30-05-2017

DimitriyP, интересно на счет сравнения космоса с термосом. Класс!

15
DimitriyP122 · 30-05-2017

Pervokursnik. Э-эммм... Ну, спасбо...

Кто бы мог подумать, что уместно ввёрнутый плагиат будет выглядеть столь эпично!)))

Не моя мысль - где-то в какой-то научно-популярной статье на эту тему наткнулся - ну вот она и "застряла" в голове - уж больно наглядная.
Теперь вот сУваю её к месту и не к месту)))

16
pervokursnik43 · 30-05-2017

Да, такой двигатель будет как на ладони в ИК-диапазоне в космосе (в смысле - не замаскируешь). Интересный момент отвода тепла. Мне так и не удалось понять, что есть температура. Если температуру определяет скорость движения молекул или атомов, то в лаборатории, получив сверхнизкую температуру, по сути получают низкую скорость движения этих частиц. Низкую ли, если учесть, что эта группа частиц все-таки движется по довольно сложной траектории вместе с лабораторией, с поверхностью земли, вместе с Землей и вместе со Звездой вокруг центра галактики, причем с довольно не хилыми скоростями? Кинетическая энергия всей системы довольно большая. Больцман (судя по википедии) ввел в понятие хаотичность движения частиц, т.е. не само движение, а его хаотичность. В это случае не может ли помочь упорядочивание движения частиц системы для ее охлаждения? Скажем какие-нибудь превентивные меры, чтобы излучающая система не нагревалась так сильно.

17
Astrostarost9 · 30-05-2017

"Мне так и не удалось понять, что есть температура. Если температуру определяет скорость движения молекул или атомов, "
Что такое температура, вопрос не такой однозначный. На мой взгляд это совокупность факторов, и скорость движения частиц, и плотность среды - одна и та же температура воздуха и воды ощущается совсем по разному. И состав среды тоже играет на фактор "уровня" температуры - при влажном воздухе это одно, а при сухом, совсем другое. И потом, скорость частиц, их хаотичность..., в безветренную погоду и в ветренную одна и таже температура ощущается совсем по разному - иной закалённый сибиряк из минус 40-50 в своих краях, приезжая к примеру на ветренный дальний восток, при минус 20-30 мёрзнет как последняя собака.
Температура системы, это комплексное явление, и когда приводят какие либо температуры, да той же несколькотысячеградусной плазмы на поверхности солнца, она не горячее какой-нибудь химической горелки в земных условиях, в градусности много меньшей.

18
Leonid3137 · 30-05-2017

pervokursnik, как только вы добавите в ваше определение температуры пару слов: "скорость движения молекул или атомов при СТОЛКНОВЕНИЯХ ДРУГ С ДРУГОМ", то и вопрос "что есть температура" прояснится сам собой :-)
Ну и кстати: охлаждение советского атомного реактора для космоса осуществлялось с помощью "жидкого" металла -- смеси калия и натрия (плавится при температуре ~30 гр.С - "на ладони"), которая насосом гонялась по системе труб, конусом расходящихся от реактора.

19
dengess192 · 31-05-2017

Леонид, куда уходило тепло?
Есть ещё цветовая температура источника света.

20
Otzzi90 · 31-05-2017

DimitriyP: "...И что для двигателя с более-менее годной тягой потребуется радиатор чуть ли не километрового размера"
Да ладно, такие движки малой тяги применяются сейчас "по-всеместно" в система ориентации и стабилизации КА. В статье просто речь о новом движке. В наших движках в качестве рабочего тела используется аргон. Некоторые элементы движка имеют температуру до 900 гр.Цельсия. Проблем с его (их) охлаждением нет. Вопрос в том - сколько ватт надо отвести.
...
nikkaknik: "...Мне думается что проблема перегрева преувеличена"
Нет, это и есть главная проблема в космических аппаратах. Единственный способ отвода ненужного тепла в КА - теплообмен излучением.
....
dengess1: "..., куда уходило тепло?" - Указанная смесь гонялась по замкнутым трубопроводам посредством насоса. Сии трубы проходили также по радиатору (пластина из алюминиевого сплава), с которого тепло и излучалось в космическое пространство. На радиатор нанесено специальное покрытие, имеющее высокую степень черноты (порядка 0,9 т.е. хорошо излучает) и низкий коэффициент поглощения солнечного излучения (около 0,1 в начальном состоянии).
Так (грубо) устроена система терморегулирования всех КА, более менее мощных. Если отводить тепла нужно не много, то система будет без насосов и жидкости (без движущихся частей), пассивная.

21
DimitriyP122 · 31-05-2017

Ottzi. Так у малой тяги объёмы тепла меньше. Да и работают такие двигатели, как я понимаю, время от времени - типа, вышел на траекторию и знай себе лети по инерции.

В том же тексте, из которого я почерпнул мысль о километровых размеров радиаторе речь, если я правильно понял, шла о двигателях более серьёзных, для всяких там Марсианских экспедиций и всё такое.

22
Otzzi90 · 31-05-2017

DimitriyP: "...В том же тексте, из которого я почерпнул мысль..."
Читаем эту мысль: "являются ... технологией, .. для управления космическими аппаратами...". Я читаю по-другому, это все же движки малой тяги. Для мощных вариантов время ещё не пришло. Идея, предложенная в новости - просто модификация существующих. Какой-то полезный эффект это наверное дает.
....
"... как я понимаю, время от времени - типа, вышел на траекторию и знай себе лети по инерции"
Опять же неправильно Вы понимаете. Данный тип движков используется конкретно для коррекции орбиты (надобность в которой возникает время от времени). В таком режиме движок работает максимум часа полтора. Во время выведения КА на орбиту (чаще стационарную) такой движок обеспечивает приведение аппарата в заданную точку стояния. В этом случае движок пашет сутками (до месяца и более), непрерывно. Так что никакого "движения по инерции".

23
DimitriyP122 · 31-05-2017

Ottzi. Ну тада я ХэЗэ*... Может тада всё и не так уж плохо... А может в той статье, которую я "там и тогда" (увы, не нашёл первоисточника) прочитал, я чё то не так понял... Ну да и пёс с ним.

Ну, как бы там ни было, в том, что проблема перегрева в космосе - это таки, как правило, ПРОБЛЕМА - вроде сошлись, и эНто хорошо!))))

* - ХренЪ** знаетЪ
** - овощЪ

24
Iharshtepa41 · 31-05-2017

Если бы в космосе был обдув, то на МКС антенны бы с батареями сдуло бы на ...

25
Otzzi90 · 31-05-2017

"...сдуло бы на ..." - "Этт точно."(С) Как корова языком.

26
pervokursnik43 · 31-05-2017

Astrostarost1, все понял.
Leonid3, согласен.

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.

© 2002-2020. Все права защищены. AstroNews.ru | Перепечатка любых материалов сайта без разрешения редакции запрещена!