Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлен с двигателя Гелия-3 )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Ракетами слитые является теоретической конструкцией для ракеты обусловлено плавлением двигательной установкой , которое может обеспечить эффективное и долгосрочное ускорение в пространстве без необходимости носить с собой большой запасом топлива. Конструкция основана на развитии технологии термоядерной энергии, выходящей за рамки нынешних возможностей, и на создании ракет, которые намного больше и сложнее, чем любой современный космический корабль . В будущем может появиться более компактный и легкий термоядерный реактор, когда будут разработаны более сложные методы контроля магнитного удержания и предотвращения нестабильности плазмы . Инерционный термоядерный синтез может предоставить более легкую и компактную альтернативу, как и термоядерный двигатель.[1] на основе конфигурации с обратным полем . Термоядерный ядерный импульсный двигатель - это один из подходов к использованию энергии ядерного синтеза для обеспечения движения ракет.

Для космического полета основным преимуществом термоядерного синтеза будет очень высокий удельный импульс , а главным недостатком - (вероятно) большая масса реактора. Однако термоядерная ракета может производить меньше излучения, чем ракета деления , что снижает массу, необходимую для защиты. Самый надежный способ построить термоядерную ракету с использованием современных технологий - это использовать водородные бомбы, как это предлагается в проекте Орион , но такой космический корабль также будет массивным, а Договор о частичном запрещении ядерных испытаний запрещает использование ядерных бомб. Следовательно, использование ядерных бомб для запуска ракет на Земле проблематично, но теоретически возможно в космосе. Альтернативным подходом был бы электрический (например, ионный) двигательная установка с выработкой электроэнергии за счет термоядерной энергии вместо прямой тяги.

Производство электроэнергии против прямой тяги [ править ]

Многие методы движения космических аппаратов, такие как ионные двигатели, требуют подачи электроэнергии для работы, но они очень эффективны. В некоторых случаях их максимальная тяга ограничена мощностью, которая может быть произведена (например, массовый драйвер ). Электрический генератор, работающий на термоядерной энергии, мог быть установлен исключительно для управления таким кораблем. Одним из недостатков является то, что для обычного производства электроэнергии требуется низкотемпературный сток энергии, что является сложным (т.е. тяжелым) для космического корабля. Прямое преобразование кинетической энергии продуктов термоядерного синтеза в электричество в принципе возможно и могло бы смягчить эту проблему. [ необходима цитата ] [ неправильный синтез? ]

Привлекательная возможность состоит в том, чтобы просто направить выход продукта термоядерного синтеза из задней части ракеты, чтобы обеспечить тягу без промежуточного производства электроэнергии. Это было бы проще с некоторыми схемами локализации (например, магнитными зеркалами ), чем с другими (например, токамаками ). Он также более привлекателен для «передовых видов топлива» (см. Анейтронный синтез ). Движение гелия-3 - это предлагаемый метод движения космического корабля, в котором в качестве источника энергии используется синтез атомов гелия-3 . Гелий-3, изотоп гелия с двумя протонами и одним нейтроном , может быть синтезирован с дейтериемв реакторе. Полученное в результате высвобождение энергии можно было бы использовать для вытеснения ракетного топлива из задней части космического корабля. Гелий-3 предлагается в качестве источника энергии для космических кораблей в основном из-за его изобилия на Луне. В настоящее время ученые подсчитали, что на Луне присутствует 1 миллион тонн гелия-3, в основном из-за столкновения солнечного ветра с поверхностью Луны и осаждения его, среди других элементов, в почву. [2] Таким образом можно было использовать только 20% энергии, производимой реакцией DT; остальные 80% выделяются в виде нейтронов, которые, поскольку они не могут быть направлены магнитными полями или твердыми стенками, было бы очень трудно использовать для тяги. Гелий-3 также производится с помощью бета - распада из трития, которые, в свою очередь, могут быть получены из дейтерия, лития или бора.

Даже если самоподдерживающаяся термоядерная реакция не может быть произведена, можно было бы использовать термоядерный синтез для повышения эффективности другой двигательной системы, такой как двигатель VASIMR .

Концепция заключения [ править ]

Чтобы поддерживать термоядерную реакцию, плазма должна быть ограничена. Наиболее широко изучаемая конфигурация для наземного термоядерного синтеза - это токамак , форма термоядерного синтеза с магнитным удержанием . В настоящее время токамаки очень много весят, поэтому соотношение тяги к массе кажется неприемлемым. НАСА «s Исследовательский центр Гленн предложил небольшое соотношение сторон сферического тора реактора для его конструкции концептуального автомобиля„Discovery II“. «Дискавери II» мог доставить 172 000 килограммов груза с экипажем к Юпитеру за 118 дней (или 212 дней до Сатурна ), используя 861 метрическую тонну водородного топлива, плюс 11 метрических тонн гелия-3 - дейтерия.(D-He3) термоядерное топливо. [3] Водород нагревается обломками термоядерной плазмы для увеличения тяги за счет снижения скорости истечения (348–463 км / с) и, следовательно, увеличения массы топлива.

Основной альтернативой магнитному удержанию является термоядерный синтез с инерционным удержанием (ICF), например, предложенный Project Daedalus . Небольшая таблетка термоядерного топлива (диаметром в пару миллиметров) воспламенилась бы электронным лучом или лазером . Чтобы создать прямую тягу, магнитное поле должно было сформировать пластину толкателя. В принципе, реакция гелий-3-дейтерий или анейтронная реакция синтеза могут быть использованы для максимизации энергии заряженных частиц и минимизации излучения, но весьма сомнительно, технически осуществимо ли использовать эти реакции. Оба детальных проектных исследования в 1970-х годах, двигатель Orionи проект «Дедал», использовавший инерционное удержание. В 1980-х годах Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса и НАСА изучали "Транспортное средство для межпланетных перевозок" (VISTA) с двигателем ICF. Конический космический аппарат VISTA может доставить 100-тонную полезную нагрузку на орбиту Марса и вернуться на Землю за 130 дней или на орбиту Юпитера и обратно за 403 дня. Потребуется 41 тонна дейтерий- тритиевого (DT) термоядерного топлива плюс 4 124 тонны вытесняющего водорода. [4] Скорость истечения будет 157 км / с.

Термоядерный синтез с намагниченной мишенью (MTF) - это относительно новый подход, который сочетает в себе лучшие особенности более широко изученного термоядерного синтеза с магнитным удержанием (т.е. хорошего удержания энергии) и термоядерного синтеза с инерционным удержанием (то есть эффективного нагрева сжатием и удержания плавящейся плазмы без стенки). Как и в случае с магнитным подходом, термоядерное топливо удерживается с низкой плотностью магнитными полями, пока оно нагревается до плазмы , но, как и в случае с инерционным удержанием, термоядерный синтез инициируется быстрым сжатием цели, что резко увеличивает плотность топлива и, следовательно, температуру. MTF использует «плазменные пушки» (то есть методы электромагнитного ускорения) вместо мощных лазеров, что приводит к низкой стоимости и малому весу компактных реакторов. [5] НАСА / MSFCГруппа Human Outer Planets Exploration (HOPE) исследовала пилотируемый космический корабль МОГ с двигателем, способный доставить полезный груз весом 163933 кг на спутник Юпитера Каллисто, используя 106–165 метрических тонн топлива (водород плюс термоядерное топливо DT или D-He3) в 249–249 гг. 330 дн. [6] Таким образом, эта конструкция будет значительно меньше и более экономичной из-за более высокой скорости выхлопа (700 км / с), чем ранее упомянутые концепции «Discovery II» и «VISTA».

Другой популярной концепцией удержания для термоядерных ракет является инерционное электростатическое удержание (IEC), такое как в варианте Фарнсворта-Хирша Фузора или вариации Поливелла , исследуемой корпорацией Energy-Matter Conversion Corporation. Университет штата Иллинойс разработал концепцию «Корабля Fusion II» грузоподъемностью 500 тонн, способного доставить 100 000 кг полезной нагрузки с экипажем на спутник Юпитера Европа за 210 дней. Fusion Ship II использует ионные ракетные двигатели (скорость истечения 343 км / с), приводимые в движение десятью термоядерными реакторами D-He3 IEC. Концепции потребуются 300 тонн аргона для одногодичного полета к системе Юпитер. [7] Роберт Бюссаропубликовал серию технических статей, в которых обсуждались его применение в космических полетах на протяжении 1990-х годов. Его работа была популяризирована статьей в публикации Analog Science Fiction and Fact , где Том Лигон (который также написал несколько научно-фантастических рассказов ) описал, как фузор может стать высокоэффективной термоядерной ракетой. [8] Он также был показан в этой роли в научно-фантастическом романе Майкла Флинна «Крушение реки звезд » . [ необходима цитата ]

Еще более спекулятивная концепция - это ядерный импульсный двигатель , катализируемый антивеществом , при котором будут использоваться крошечные количества антивещества для катализа реакции деления и синтеза, что позволит создавать гораздо меньшие термоядерные взрывы. В 1990-х годах в Университете штата Пенсильвания была проведена неудачная разработка под названием AIMStar . [9] Для проекта потребуется больше антивещества, чем мы способны произвести. Кроме того, необходимо преодолеть некоторые технические препятствия, прежде чем это станет возможным. [10]

Девелоперские проекты [ править ]

  • Прямой привод Fusion Drive
  • MSNW Ракета с приводом от магнито-инерционного термоядерного синтеза

См. Также [ править ]

  • Гелий-3
  • Ядерная двигательная установка

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Прямой термоядерный двигатель для орбитальной миссии человека на Марс", Майкл Палушек и др., 65-й Международный астронавтический конгресс (AIC), 29 сентября - 3 октября 2014 г., Торонто, Канада, http://bp.pppl.gov/pub_report/ 2014 / PPPL-5064.pdf Архивировано 10 февраля 2017 г. в Wayback Machine.
  2. ↑ Лунный гелий-3 может привести в действие Землю
  3. ^ "Реализация" 2001: Космическая одиссея ": пилотируемый сферический тороидальный ядерный термоядерный двигатель" Крейг Х. Уильямс, Леонард А. Дудзинский, Стэнли К. Боровски и Альберт Дж. Джухас, NASA TM-2005-213559, 2005, https : //ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20050160960_2005161052.pdf
  4. ^ "Межпланетный космический транспорт с использованием инерционного термоядерного двигателя" CDOrth, UCRL-JC-129239, 9-я Международная конференция по новым ядерным системам, Тель-Авив, Израиль, 28 июня - 2 июля 1998 г., "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 15 декабря 2011 года . Проверено 4 сентября 2011 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  5. ^ "Слияние намагниченных целей в исследованиях перспективных двигателей" Рашада Сайлара, MSFC / Программа стипендий факультета НАСА Университета Алабамы 2002, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20030093609_2003101283.pdf
  6. ^ «Концептуальный проект космических аппаратов для исследования человеком внешних планет», NASA / TP — 2003–212691, ноябрь 2003 г., https://ntrs.nasa.gov/citations/20040010797
  7. ^ "Fusion Ship II - быстрый пилотируемый межпланетный космический корабль, использующий инерционный электростатический синтез", Дж. Веббер и др., Университет Иллинойса, Калифорнийский университет, Департамент ядерной, плазменной и радиологической инженерии, 2003, http: //fti.neep .wisc.edu / iecworkshop / PDF / TECHNICAL_TALKS / webber.pdf
  8. ^ Ligon, Том (декабрь 1998). "Самый простой термоядерный реактор в мире: и как заставить его работать" . Аналоговая научная фантастика и факты . Vol. 118 нет. 12. Нью-Йорк. Архивировано из оригинала на 2006-06-15.
  9. ^ Льюис, Раймонд А; Мейер, Кирби; Смит, Джеральд А; Хоу, Стивен Д. «AIMStar: Микрослияние на основе антиматерии для межзвездных миссий-предшественников» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 16 июня 2014 года.
  10. ^ Производство антивещества для краткосрочных применений в двигательных установках «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 06 марта 2007 года . Проверено 24 мая 2013 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )

Внешние ссылки [ править ]

  • New Scientist Space (23.01.2003): Ядерный синтез может стать источником энергии для космических кораблей НАСА
  • Проект Икар: предлагаемый водородный термоядерный двигатель
  • Двадцать один замок Майк, Кир Комрик по заказу (имя не разглашается) Marine, LLC
  • Диаграммы Майка Двадцать один замок
  • Случай и путь развития термоядерного двигателя
  • Компания First Light Fusion. Инерционный термоядерный синтез может стать основой Fusion Rocket