Տիեզերական հետազոտության նոր դարաշրջան միաձուլման հրթիռային շարժիչների հետևում

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

ՆԱՍԱ-ն և Իլոն Մասկը երազում են Մարսի մասին, իսկ օդաչուների խորքային տիեզերական առաքելությունները շուտով իրականություն կդառնան: Հավանաբար կզարմանաք, բայց ժամանակակից հրթիռները մի փոքր ավելի արագ են թռչում, քան անցյալի հրթիռները։

Արագ տիեզերանավերն ավելի հարմար են տարբեր պատճառներով, իսկ արագացման լավագույն միջոցը միջուկային էներգիայով աշխատող հրթիռներն են: Նրանք շատ առավելություններ ունեն սովորական վառելիքով աշխատող հրթիռների կամ ժամանակակից արևային էներգիայով աշխատող էլեկտրական հրթիռների նկատմամբ, սակայն վերջին 40 տարիների ընթացքում Միացյալ Նահանգները արձակել է ընդամենը ութ միջուկային էներգիայով հրթիռներ:

Այնուամենայնիվ, անցած տարում միջուկային տիեզերական ճանապարհորդության վերաբերյալ օրենքները փոխվեցին, և հաջորդ սերնդի հրթիռների վրա աշխատանքն արդեն սկսվել է։

Ինչու՞ է անհրաժեշտ արագությունը:

Տիեզերք ցանկացած թռիչքի առաջին փուլում անհրաժեշտ է մեկնարկային մեքենա՝ այն նավը տանում է ուղեծիր: Այս խոշոր շարժիչներն աշխատում են այրվող վառելիքով, և սովորաբար, երբ խոսքը գնում է հրթիռների արձակման մասին, դրանք նկատի ունեն: Նրանք շուտով ոչ մի տեղ չեն գնա, ինչպես ձգողության ուժը:

Բայց երբ նավը մտնում է տիեզերք, ամեն ինչ ավելի հետաքրքիր է դառնում: Երկրի ձգողականությունը հաղթահարելու և խորը տիեզերք գնալու համար նավին լրացուցիչ արագացում է անհրաժեշտ։ Հենց այստեղ է գործում միջուկային համակարգերը: Եթե տիեզերագնացները ցանկանում են ինչ-որ բան ուսումնասիրել Լուսնից կամ առավել եւս Մարսից այն կողմ, նրանք պետք է շտապեն: Տիեզերքը հսկայական է, իսկ հեռավորությունները՝ բավականին մեծ։

Գոյություն ունի երկու պատճառ, թե ինչու արագ հրթիռներն ավելի հարմար են հեռավոր տիեզերական ճանապարհորդությունների համար՝ անվտանգություն և ժամանակ:

Մարս տանող ճանապարհին տիեզերագնացները բախվում են ճառագայթման շատ բարձր մակարդակի՝ հղի առողջական լուրջ խնդիրներով, այդ թվում՝ քաղցկեղով և անպտղությամբ: Ճառագայթային պաշտպանությունը կարող է օգնել, բայց դա չափազանց ծանր է, և որքան երկար լինի առաքելությունը, այնքան ավելի հզոր պաշտպանություն կպահանջվի: Հետևաբար, ճառագայթման դոզան նվազեցնելու լավագույն միջոցը պարզապես ձեր նպատակակետին ավելի արագ հասնելն է:

Սակայն անձնակազմի անվտանգությունը միակ օգուտը չէ: Որքան հեռավոր թռիչքներ ենք նախատեսում, այնքան շուտ մեզ անհրաժեշտ են տվյալներ անօդաչու առաքելություններից: Վոյաջեր 2-ից 12 տարի պահանջվեց Նեպտուն հասնելու համար, և երբ նա թռչում էր կողքով, նա մի քանի անհավանական նկարներ արեց: Եթե «Վոյաջերը» ավելի հզոր շարժիչ ունենար, ապա այս լուսանկարներն ու տվյալները աստղագետների մոտ շատ ավելի վաղ կհայտնվեին:

Այսպիսով, արագությունը առավելություն է: Բայց ինչո՞ւ են միջուկային համակարգերն ավելի արագ:

Այսօրվա համակարգերը

Հաղթահարելով ձգողության ուժը՝ նավը պետք է հաշվի առնի երեք կարևոր ասպեկտ.

Հպում- ինչ արագացում կստանա նավը:

Քաշի արդյունավետություն- որքան մղում կարող է համակարգը արտադրել վառելիքի տվյալ քանակի համար:

Հատուկ էներգիայի սպառում- որքան էներգիա է տալիս վառելիքի տվյալ քանակությունը:

Այսօր ամենատարածված քիմիական շարժիչներն են սովորական վառելիքով աշխատող հրթիռները և արևային էներգիայով աշխատող էլեկտրական հրթիռները:

Քիմիական շարժիչ համակարգերն ապահովում են մեծ մղում, բայց առանձնապես արդյունավետ չեն, իսկ հրթիռային վառելիքը այնքան էլ էներգատար չէ: «Սատուրն 5» հրթիռը, որը տիեզերագնացներին տեղափոխում էր Լուսին, 35 միլիոն նյուտոն ուժ է հաղորդում թռիչքի ժամանակ և տեղափոխում 950,000 գալոն (4,318,787 լիտր) վառելիք: Դրա մեծ մասն ուղղվել է հրթիռը ուղեծիր դուրս բերելուն, ուստի սահմանափակումներն ակնհայտ են. ուր էլ որ գնաս, քեզ շատ ծանր վառելիք է պետք:

Էլեկտրական շարժիչ համակարգերը առաջացնում են մղում՝ օգտագործելով արևային մարտկոցների էլեկտրաէներգիան: Դրան հասնելու ամենատարածված միջոցը էլեկտրական դաշտի օգտագործումն է իոնների արագացման համար, օրինակ, ինչպես Hall ինդուկցիոն մղիչում: Այս սարքերն օգտագործվում են արբանյակների սնուցման համար, և դրանց քաշի արդյունավետությունը հինգ անգամ գերազանցում է քիմիական համակարգերին: Բայց միևնույն ժամանակ նրանք շատ ավելի քիչ մղում են տալիս՝ մոտ 3 նյուտոն:Սա բավական է միայն մեքենան ժամում 0-ից 100 կիլոմետր արագացնելու համար մոտ երկուսուկես ժամում։ Արևը, ըստ էության, էներգիայի անդունդ աղբյուր է, բայց որքան հեռու է նավը նրանից, այնքան ավելի քիչ օգտակար է:

Պատճառներից մեկը, թե ինչու են միջուկային հրթիռները հատկապես խոստումնալից են, դրանց անհավատալի էներգիայի ինտենսիվությունն է: Միջուկային ռեակտորներում օգտագործվող ուրանի վառելիքի էներգիայի պարունակությունը 4 միլիոն անգամ գերազանցում է հիդրազինին, որը տիպիկ քիմիական հրթիռային վառելիք է: Եվ շատ ավելի հեշտ է որոշակի քանակությամբ ուրան տիեզերք հասցնել, քան հարյուր հազարավոր գալոն վառելիք:

Ի՞նչ կասեք ձգման և քաշի արդյունավետության մասին:

Երկու միջուկային տարբերակ

Տիեզերական ճանապարհորդության համար ինժեներները մշակել են միջուկային համակարգերի երկու հիմնական տեսակ։

Առաջինը ջերմամիջուկային շարժիչն է։ Այս համակարգերը շատ հզոր են և բարձր արդյունավետությամբ: Նրանք օգտագործում են փոքր միջուկային տրոհման ռեակտոր, ինչպես միջուկային սուզանավերի վրա գտնվողները, գազը տաքացնելու համար (ինչպես ջրածինը): Այդ գազն այնուհետև արագանում է հրթիռի վարդակով` մղում ապահովելու համար: ՆԱՍԱ-ի ինժեներները հաշվարկել են, որ ջերմամիջուկային շարժիչով դեպի Մարս մեկնելը 20-25%-ով ավելի արագ կլինի, քան քիմիական շարժիչով հրթիռը:

Fusion շարժիչները ավելի քան երկու անգամ ավելի արդյունավետ են, քան քիմիականները: Սա նշանակում է, որ նույն քանակի վառելիքի համար նրանք երկու անգամ ավելի են մղում` մինչև 100,000 Նյուտոն մղում: Սա բավական է մեքենան ժամում 100 կիլոմետր արագության հասցնելու համար մոտ քառորդ վայրկյանում։

Երկրորդ համակարգը միջուկային էլեկտրական հրթիռային շարժիչն է (NEPE): Դրանցից ոչ մեկը դեռ չի ստեղծվել, բայց գաղափարն այն է, որ օգտագործվի հզոր տրոհման ռեակտոր՝ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար, որն այնուհետև կսնուցի Hall շարժիչի նման էլեկտրական շարժիչ համակարգը: Դա շատ արդյունավետ կլիներ՝ մոտ երեք անգամ ավելի արդյունավետ, քան միաձուլվող շարժիչը: Քանի որ միջուկային ռեակտորի հզորությունը հսկայական է, մի քանի առանձին էլեկտրական շարժիչներ կարող են միաժամանակ աշխատել, և մղումը կստացվի:

Միջուկային հրթիռային շարժիչները, թերևս, լավագույն ընտրությունն են ծայրահեղ հեռահար առաքելությունների համար. դրանք արևային էներգիա չեն պահանջում, շատ արդյունավետ են և ապահովում են համեմատաբար բարձր մղում: Սակայն, չնայած իրենց խոստումնալից բնույթին, միջուկային էներգիայի շարժիչ համակարգը դեռևս ունի բազմաթիվ տեխնիկական խնդիրներ, որոնք պետք է լուծվեն մինչև շահագործման հանձնելը։

Ինչու՞ դեռևս չկան միջուկային շարժիչով հրթիռներ:

Ջերմամիջուկային շարժիչները ուսումնասիրվել են դեռևս 1960-ականներից, սակայն դրանք դեռ չեն թռչել տիեզերք։

1970-ականների կանոնադրությամբ յուրաքանչյուր միջուկային տիեզերական նախագիծ դիտարկվում էր առանձին և չէր կարող առաջ գնալ առանց մի շարք պետական կառույցների և անձամբ նախագահի հավանության: Զուգակցված միջուկային հրթիռային համակարգերի հետազոտությունների համար ֆինանսավորման բացակայության հետ, դա խոչընդոտել է տիեզերքում օգտագործելու համար միջուկային ռեակտորների հետագա զարգացմանը:

Բայց այդ ամենը փոխվեց 2019 թվականի օգոստոսին, երբ Թրամփի վարչակազմը նախագահական հուշագիր հրապարակեց: Պնդելով միջուկային արձակումների առավելագույն անվտանգությունը՝ նոր հրահանգը դեռևս թույլ է տալիս միջուկային առաքելություններ իրականացնել ցածր քանակությամբ ռադիոակտիվ նյութերով, առանց բարդ միջգերատեսչական հաստատման: Հովանավոր գործակալության, ինչպիսին է NASA-ն, հաստատումը, որ առաքելությունը համապատասխանում է անվտանգության առաջարկություններին, բավարար է: Խոշոր միջուկային առաքելություններն անցնում են նույն ընթացակարգերով, ինչ նախկինում։

Կանոնների այս վերանայման հետ մեկտեղ NASA-ն 2019 թվականի բյուջեից ստացել է 100 միլիոն դոլար ջերմամիջուկային շարժիչների մշակման համար։ Պաշտպանության առաջադեմ հետազոտական նախագծերի գործակալությունը նաև ջերմամիջուկային տիեզերական շարժիչ է մշակում Երկրի ուղեծրից դուրս ազգային անվտանգության գործողությունների համար:

60 տարվա լճացումից հետո հնարավոր է, որ մեկ տասնամյակի ընթացքում միջուկային հրթիռը տիեզերք գնա։ Այս անհավանական ձեռքբերումը կմեկնարկի տիեզերական հետազոտության նոր դարաշրջան: Մարդը կմեկնի Մարս, և գիտական փորձերը կհանգեցնեն նոր բացահայտումների Արեգակնային համակարգում և դրանից դուրս: