კოსმოსური ძიების ახალი ერა fusion სარაკეტო ძრავების მიღმა

2024 ავტორი: Seth Attwood | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-16 16:09

NASA და ილონ მასკი ოცნებობენ მარსზე და პილოტირებული ღრმა კოსმოსური მისიები მალე რეალობად იქცევა. ალბათ გაგიკვირდებათ, მაგრამ თანამედროვე რაკეტები ცოტა უფრო სწრაფად დაფრინავენ, ვიდრე წარსულის რაკეტები.

სწრაფი კოსმოსური ხომალდები უფრო მოსახერხებელია სხვადასხვა მიზეზის გამო და აჩქარების საუკეთესო საშუალებაა ბირთვული რაკეტების მეშვეობით. მათ ბევრი უპირატესობა აქვთ ჩვეულებრივ საწვავზე მომუშავე რაკეტებთან ან თანამედროვე მზის ენერგიაზე მომუშავე ელექტრო რაკეტებთან შედარებით, მაგრამ ბოლო 40 წლის განმავლობაში შეერთებულმა შტატებმა მხოლოდ რვა ბირთვული რაკეტა გაუშვა.

თუმცა, გასულ წელს, ბირთვული კოსმოსური მოგზაურობის შესახებ კანონები შეიცვალა და რაკეტების შემდეგი თაობაზე მუშაობა უკვე დაიწყო.

რატომ არის საჭირო სიჩქარე?

კოსმოსში ნებისმიერი ფრენის პირველ ეტაპზე საჭიროა გამშვები მანქანა - ის გემს ორბიტაზე ატარებს. ეს დიდი ძრავები მუშაობენ აალებადი საწვავზე - და, როგორც წესი, რაკეტების გაშვებას ეხება ისინი. ისინი მალე არსად არ წავლენ - როგორც არის მიზიდულობის ძალა.

მაგრამ როდესაც გემი კოსმოსში შედის, ყველაფერი უფრო საინტერესო ხდება. დედამიწის გრავიტაციის დასაძლევად და ღრმა კოსმოსში გასასვლელად გემს დამატებითი აჩქარება სჭირდება. სწორედ აქ მოქმედებს ბირთვული სისტემები. თუ ასტრონავტებს სურთ რაღაცის შესწავლა მთვარის ან მით უმეტეს მარსის მიღმა, მათ მოუწევთ იჩქარონ. კოსმოსი უზარმაზარია, მანძილი კი საკმაოდ დიდი.

არსებობს ორი მიზეზი, რის გამოც სწრაფი რაკეტები უფრო შესაფერისია შორ მანძილზე კოსმოსში მოგზაურობისთვის: უსაფრთხოება და დრო.

მარსისკენ მიმავალ გზაზე ასტრონავტები აწყდებიან რადიაციის ძალიან მაღალ დონეს, სავსეა ჯანმრთელობის სერიოზული პრობლემებით, მათ შორის კიბოთი და უნაყოფობით. რადიაციული დამცავი შეიძლება დაეხმაროს, მაგრამ ის უკიდურესად მძიმეა და რაც უფრო გრძელია მისია, მით უფრო ძლიერი დამცავი იქნება საჭირო. ამიტომ, რადიაციის დოზის შესამცირებლად საუკეთესო გზაა უბრალოდ დანიშნულების ადგილზე უფრო სწრაფად მისვლა.

მაგრამ ეკიპაჟის უსაფრთხოება არ არის ერთადერთი სარგებელი. რაც უფრო შორეულ ფრენებს ვგეგმავთ, მით უფრო მალე დაგვჭირდება მონაცემები უპილოტო მისიებიდან. ვოიაჯერ 2-ს 12 წელი დასჭირდა ნეპტუნამდე მისასვლელად - და როდესაც ის გაფრინდა, მან გადაიღო რამდენიმე წარმოუდგენელი სურათი. ვოიაჯერს რომ ჰქონოდა უფრო მძლავრი ძრავა, ეს ფოტოები და მონაცემები ასტრონომებში ბევრად ადრე გამოჩნდებოდა.

ასე რომ, სიჩქარე უპირატესობაა. მაგრამ რატომ არის ბირთვული სისტემები უფრო სწრაფი?

დღევანდელი სისტემები

მიზიდულობის ძალის გადალახვის შემდეგ გემმა უნდა გაითვალისწინოს სამი მნიშვნელოვანი ასპექტი.

Ნდობა- რა აჩქარებას მიიღებს გემი.

წონის ეფექტურობა- რამდენი ბიძგი შეუძლია სისტემას წარმოქმნას საწვავის მოცემული რაოდენობით.

ენერგიის სპეციფიკური მოხმარება- რამდენ ენერგიას გამოყოფს საწვავის მოცემული რაოდენობა.

დღეს ყველაზე გავრცელებული ქიმიური ძრავებია ჩვეულებრივი საწვავით მომუშავე რაკეტები და მზის ენერგიაზე მომუშავე ელექტრო რაკეტები.

ქიმიური მამოძრავებელი სისტემები უზრუნველყოფენ უამრავ ბიძგს, მაგრამ არ არის განსაკუთრებით ეფექტური და რაკეტის საწვავი არ არის ძალიან ენერგო ინტენსიური. სატურნ 5-ის რაკეტამ, რომელმაც ასტრონავტები მთვარეზე მიიყვანა, აფრენისას 35 მილიონი ნიუტონა ძალა გადაიტანა და 950,000 გალონი (4,318,787 ლიტრი) საწვავი გადაიტანა. მისი უმეტესი ნაწილი რაკეტის ორბიტაში მოხვედრას მოჰყვა, ამიტომ შეზღუდვები აშკარაა: სადაც არ უნდა წახვიდეთ, ბევრი მძიმე საწვავი გჭირდებათ.

ელექტრული მამოძრავებელი სისტემები წარმოქმნის ბიძგს მზის პანელებიდან ელექტროენერგიის გამოყენებით. ამის მიღწევის ყველაზე გავრცელებული გზაა ელექტრული ველის გამოყენება იონების დასაჩქარებლად, მაგალითად, როგორც ჰოლის ინდუქციური ტრასტერში. ეს მოწყობილობები გამოიყენება თანამგზავრების კვებისათვის და მათი წონის ეფექტურობა ხუთჯერ აღემატება ქიმიურ სისტემებს. მაგრამ ამავე დროს ისინი აძლევენ ბევრად ნაკლებ ბიძგს - დაახლოებით 3 ნიუტონს.ეს საკმარისია მხოლოდ იმისთვის, რომ მანქანა საათში 0-დან 100 კილომეტრამდე აჩქარდეს დაახლოებით ორნახევარ საათში. მზე არსებითად ენერგიის უძირო წყაროა, მაგრამ რაც უფრო შორდება გემი მისგან, მით ნაკლებად სასარგებლოა იგი.

ერთ-ერთი მიზეზი, რის გამოც ბირთვული რაკეტები განსაკუთრებით პერსპექტიულია, არის მათი წარმოუდგენელი ენერგიის ინტენსივობა. ატომურ რეაქტორებში გამოყენებული ურანის საწვავის ენერგეტიკული შემცველობა 4 მილიონჯერ აღემატება ჰიდრაზინის, ტიპიური ქიმიური სარაკეტო საწვავის. და ურანის კოსმოსში შეტანა ბევრად უფრო ადვილია, ვიდრე ასობით ათასი გალონი საწვავი.

რაც შეეხება წევის და წონის ეფექტურობას?

ორი ბირთვული ვარიანტი

კოსმოსური მოგზაურობისთვის ინჟინერებმა შეიმუშავეს ბირთვული სისტემის ორი ძირითადი ტიპი.

პირველი არის თერმობირთვული ძრავა. ეს სისტემები ძალიან ძლიერი და ეფექტურია. ისინი იყენებენ ატომური დაშლის მცირე რეაქტორს - ატომური წყალქვეშა ნავების მსგავსად - გაზის გასათბობად (მაგალითად წყალბადი). ეს გაზი შემდეგ აჩქარდება რაკეტის საქშენში, რათა უზრუნველყოს ბიძგი. NASA-ს ინჟინრებმა გამოთვალეს, რომ მარსზე მოგზაურობა თერმობირთვული ძრავით 20-25%-ით უფრო სწრაფი იქნება, ვიდრე ქიმიური ძრავის მქონე რაკეტა.

Fusion ძრავები ორჯერ უფრო ეფექტურია ვიდრე ქიმიური. ეს ნიშნავს, რომ ისინი აწვდიან ორჯერ მეტ ბიძგს იმავე რაოდენობის საწვავზე - 100000 ნიუტონამდე ბიძგს. ეს საკმარისია იმისთვის, რომ მანქანა საათში 100 კილომეტრამდე აჩქარდეს დაახლოებით წამის მეოთხედში.

მეორე სისტემა არის ბირთვული ელექტრო სარაკეტო ძრავა (NEPE). არცერთი მათგანი ჯერ არ შექმნილა, მაგრამ იდეა მდგომარეობს იმაში, რომ გამოვიყენოთ მძლავრი დაშლის რეაქტორი ელექტროენერგიის გამოსამუშავებლად, რომელიც შემდეგ ამუშავებს ელექტროძრავის სისტემას ჰოლის ძრავის მსგავსად. ეს იქნება ძალიან ეფექტური - დაახლოებით სამჯერ უფრო ეფექტური ვიდრე fusion ძრავა. ვინაიდან ბირთვული რეაქტორის სიმძლავრე უზარმაზარია, რამდენიმე ცალკეულ ელექტროძრავას შეუძლია ერთდროულად იმუშაოს და ბიძგი მყარი აღმოჩნდება.

ბირთვული სარაკეტო ძრავები, ალბათ, საუკეთესო არჩევანია უკიდურესად შორი მანძილის მისიებისთვის: ისინი არ საჭიროებენ მზის ენერგიას, არიან ძალიან ეფექტური და უზრუნველყოფენ შედარებით მაღალ ბიძგს. მაგრამ, მიუხედავად მათი პერსპექტიული ხასიათისა, ატომური ელექტროძრავის სისტემას ჯერ კიდევ აქვს ბევრი ტექნიკური პრობლემა, რომელიც უნდა გადაიჭრას ექსპლუატაციაში ამოქმედებამდე.

რატომ არ არის ჯერ კიდევ ბირთვული რაკეტები?

თერმობირთვული ძრავები შესწავლილი იქნა 1960-იანი წლებიდან, მაგრამ ისინი ჯერ არ გაფრინდნენ კოსმოსში.

1970-იანი წლების ქარტიის მიხედვით, თითოეული ბირთვული კოსმოსური პროექტი განიხილებოდა ცალკე და არ შეიძლებოდა უფრო წინ წასულიყო რიგი სამთავრობო უწყებებისა და თავად პრეზიდენტის თანხმობის გარეშე. ბირთვული სარაკეტო სისტემების კვლევისთვის დაფინანსების ნაკლებობასთან ერთად, ამან ხელი შეუშალა კოსმოსში გამოსაყენებლად ბირთვული რეაქტორების შემდგომ განვითარებას.

მაგრამ ეს ყველაფერი შეიცვალა 2019 წლის აგვისტოში, როდესაც ტრამპის ადმინისტრაციამ გამოსცა საპრეზიდენტო მემორანდუმი. მიუხედავად იმისა, რომ დაჟინებით მოითხოვს ბირთვული გაშვების მაქსიმალურ უსაფრთხოებას, ახალი დირექტივა მაინც უშვებს ბირთვულ მისიებს რადიოაქტიური მასალის დაბალი რაოდენობით, რთული უწყებათაშორისი დამტკიცების გარეშე. საკმარისია დამფინანსებელი სააგენტოს დადასტურება, როგორიცაა NASA, რომ მისია შეესაბამება უსაფრთხოების რეკომენდაციებს. დიდი ბირთვული მისიები გადიან იგივე პროცედურებს, როგორც ადრე.

წესების ამ გადახედვასთან ერთად, ნასამ 2019 წლის ბიუჯეტიდან 100 მილიონი დოლარი მიიღო თერმობირთვული ძრავების განვითარებისთვის. თავდაცვის მოწინავე კვლევითი პროექტების სააგენტო ასევე ავითარებს თერმობირთვულ კოსმოსურ ძრავას ეროვნული უსაფრთხოების ოპერაციებისთვის დედამიწის ორბიტის მიღმა.

60 წლიანი სტაგნაციის შემდეგ, შესაძლებელია, რომ ბირთვული რაკეტა კოსმოსში ათწლეულში გავიდეს. ეს წარმოუდგენელი მიღწევა კოსმოსის ძიების ახალ ეპოქას შექმნის. ადამიანი გაემგზავრება მარსზე და სამეცნიერო ექსპერიმენტები გამოიწვევს ახალ აღმოჩენებს მთელს მზის სისტემაში და მის ფარგლებს გარეთ.