Silniki rakietowe, ich różnorodność, możliwości i perspektywy
Ludzkość zawsze dążyła do gwiazd, ale dopiero w XX wieku, wraz z rozwojem nauki i technologii, była w stanie osiągnąć próżnię. Przezwyciężenie grawitacji jest trudne, a do osiągnięcia celu konieczne było wymyślenie czegoś wyjątkowego. Jako taki pojazd wytwarzał silniki rakietowe. A jeśli zastanowimy się, co jest teraz i co może się wydarzyć w najbliższej przyszłości, jakie są perspektywy dla głębokiej przestrzeni dla ludzkości?
Czym jest silnik rakietowy i jakie jego rodzaje istnieją?
Pod silnikiem rakietowym rozumiem mechanizm, w którym płyn roboczy i źródło energii do pracy znajdują się w samym pojeździe. Jest to jedyny sposób na sprowadzanie ładunków Ziemska orbita, i może również pracować w próżni kosmosu. Główny zakład jest dokonywany na konwersję potencjalna energia paliwo do kinetyki, które jest używane w postaci strumienia odrzutowego. W zależności od rodzaju źródła energii wyróżnia się chemiczne, jądrowe i elektryczne silniki rakietowe.
Koncepcja specyficznego impulsu (lub ciągu) jest używana jako właściwość wydajności: stosunek ilości ruchu do masowego przepływu czynnika roboczego. Obliczono wm / s. Ale nawet jeśli silniki rakietowe mają znaczny rozpęd, nie oznacza to, że są używane. Dlaczego tak się dzieje, dowiesz się, czytając o mechanizmach jądrowych i elektrycznych.
Silnik rakietowy chemiczny
Opierają się one na reakcji chemicznej, w której wchodzi paliwo i utleniacz. Podczas reakcji produkty spalania są podgrzewane do znaczących temperatur, podczas gdy rozprężają się i przyspieszają w dyszach, a następnie opuszczają silnik. Ciepło wytwarzane przez ten silnik jest wykorzystywane do rozszerzania płynu roboczego o gazowym wyglądzie. Istnieją dwa rodzaje mechanizmów tego typu.
Silniki na paliwo stałe mają prostą konstrukcję, są tanie w produkcji i nie wymagają znacznych kosztów przechowywania i przygotowania do eksploatacji. Powoduje to ich niezawodność i chęć użycia. Ale w tym samym czasie ten typ ma znaczną wadę - bardzo wysokie zużycie paliwa. Składa się on również z mieszaniny paliwa i utleniacza. Bardziej wydajny, ale jednocześnie trudny, jest silnik rakietowy na paliwo ciekłe. W nim paliwo i utleniacz znajdują się w różnych zbiornikach i są dozowane do dyszy. Ważną zaletą jest to, że można dostosować poziom podaży i odpowiednio prędkość statku kosmicznego. Pomimo tego, że takie silniki rakietowe mają niski specyficzny impuls, rozwijają silny ciąg. Ich własność doprowadziła do tego, że teraz są one używane wyłącznie w praktyce.
Nuklearny silnik rakietowy
Jest to jeden z najbardziej prawdopodobnych analogów dla współczesnych systemów ruchu. W silniku rakietowym jądro, płyn roboczy jest podgrzewany z powodu energii uwolnionej podczas rozpadu promieniotwórczego lub fuzja termojądrowa. Takie mechanizmy umożliwiają osiągnięcie znaczącego specyficznego impulsu. Ich całkowita trakcja jest porównywalna z silnikami chemicznymi. Ale ile wyróżnia się typów mechanizmów opartych na energii jądrowej? Razem 3:
- Radioizotop.
- Jądrowy
- Termojądrowa.
Zastosowanie silników rakietowych w atmosferze ziemskiej jest dość problematyczne z powodu zanieczyszczenia promieniowaniem. Możliwym rozwiązaniem tego problemu będzie typ fazy gazowej.
Elektryczny silnik rakietowy
Ten typ ma największy potencjał rozwoju i wykorzystania w przyszłości. Elektryczne silniki rakietowe oferują wielką obietnicę. Ich specyficzny impuls może osiągnąć wartości 210 km / s. Istnieją 3 rodzaje silników:
- Elektrotermiczny.
- Elektrostatyczne (na przykład silnik rakietowy jonowy).
- Elektromagnetyczny.
Cechą (o której można powiedzieć, że jest to zarówno zaletą, jak i wadą) jest to, że wraz ze wzrostem określonego impulsu potrzeba mniej paliwa, ale więcej energii. Z tego punktu widzenia rakieta jonowa działająca na gaz ma duże szanse. W tej chwili jest on używany w praktyce do dostosowania trajektorii stacji orbitalnych i satelitów. Ograniczone źródła energii elektrycznej w przestrzeni kosmicznej, a także problemy z wydajnością pracy na wysokości powyżej 100 kilometrów, nadal utrudniają ich powszechne wykorzystanie. Silniki rakietowe plazmowe, w których ciało robocze ma stan plazmy, ale które są jedynie na etapie eksperymentu, mają duży potencjał do wykorzystania.