通过一个业余爱好者的眼睛看“ Nuclon”
我什至都不是空间技术专家,尽管如此,我还是会试着理解:“兆瓦级核动力推进装置”计划的实际停止工作意味着什么? 以及在媒体上大声宣布的关于Nuclon计划的研究的开始?
为简便起见,我们将第一个程序称为“程序1”,将第二个程序称为“程序2”。
程序1
如何评估方向变化? 这是向前迈进还是暂时撤退?
原因是某位绅士在Zvezda频道的节目上发表讲话并以专家身份发言。 这位“专家”满怀信心地说,“核子”将能够在几个月内飞向火星,因为在太空中,由于没有空气,它可以以任何加速度运动。
从这样的珍珠上,我有些茫然。 因为物理学定律甚至都不能废除我们的立法者:尽管其中包括像Valuev,Khorkina或Rodnina这样有天赋的人。
我们想当然地认为,如果成功,这些计划中的任何一项都将给俄罗斯带来巨大的太空新机遇:对月球和遥远行星的研究。 监测大气和海洋。 情报服务。 清理空间碎片。 卫星轨道的校正。 必要时放置空间 武器.
我认为,创造自动而非载人的车辆也是一个优势,而不是劣势:如今,自动设备在太空中的作用远胜于人。 他们不需要生命支持系统,睡眠时间,免受辐射的保护……无论如何,像火星殖民化这样的计划似乎是一种有害而空想的想法。
在某些情况下,我提供的不是我的文学作品,而是我自己的计算数据。 我请你相信我:毕竟,由于我的专业,我在第五个十年中一直在进行类似的评估。
因此,让我们从工作主体开始。 在两种情况下都是氙气。 从出版物来看,每次填充需要十吨。
为什么是氙气? 但是因为它是绝对腐蚀性的非腐蚀性物质,具有高密度(每立方米大于2吨)且电离势低。 因此,这对于在相对高沸点的电动火箭发动机中的工作是方便的。
在液化和蒸馏过程中从空气中提取出氮气和氧气。 一吨空气包含约0,39 g氙气,因此非常昂贵。 要获得10吨的氙气,您将需要清理和蒸馏至少25万吨的空气! 俄罗斯是否具有必要的能力,还是有必要从头开始建设新的能力?
2009年,在标准压力下,氙气的价格约为每升气态物质20欧元。 氙气的价格在9年内下跌的可能性不大,欧元也容易受到通货膨胀的影响。
一升气态氙气重约5,85克,因此,很容易估算出给该装置加油的价格:按34年价格计算为2009万欧元。 对于目前的卢布,这意味着三十亿。 太多了。
您可以在这个加油站去哪儿? 真的如我们所愿,对火星而言?
让我们算一算吧。
程序1假定结合使用ID-50离子发动机和1 MW电源。
ID-500发动机的特性:推力0,75 N,功耗35 kW,比冲击7000 s(70000 m / s)。 可以看出,该装置可以包括多达20个发动机,总推力为15N。
根据牛顿第一定律,这样的推力可使质量为50吨的设备提供0,0003 m / s / s的加速度。 在没有其他物体吸引的情况下进行这种加速,速度可以在1天之内增加38 km / s,并在一年之内增加10 km / s。
每年平均速度变化为5 km / s,行进距离为157亿km。
似乎很多,到火星的距离是原来的两倍。 但…
但是诀窍在于,没有消除大型物体的影响。 宇宙飞船将克服重力而旋转至月球轨道180天。 他将继续克服它,尽管被削弱了。 还有太阳的吸引力。
此外,人们不要忘记,航天器在接近火星并进入其轨道时应减速。 制动并不比加速容易。
另外,不可能直线飞行-这将是非常复杂的轨迹。 因此,您可以安全地飞往火星-一年半。
但是,另一方面,可能会交付带有一堆设备的重型着陆模块,并且有可能从带有土壤样本的行星上发射出来,然后发送到地球。
应当指出,我们飞行越远,与化学导弹相比的优势就越大。 原因是您可以长时间加速。 顺便问一下,要花多长时间?
氙气在最大推力下会保留多长时间?
在此应该记住,特定的脉冲与从喷嘴流出的产品的速度一致。 因此,不难计算出15 N推力下的氙气消耗量:
F = d(毫伏)/ dt
F = 15 N,V = 70000 m / s,t = 1秒
因此,m / t = F / V = 0.00021 kg / s = 0,21 g / s。
这足以满足发动机连续一年半的运行并达到15 km / s的最高速度。
在这里,有人可以指责一个事实,而不是根据齐奥尔科夫斯基的公式进行计算,而是使用“正面”计算。 但是,电力传输系统中的工作流体质量很小,大约是20%,而不是95%,因此我们没有太多的错误。
不用说,先驱者加速到了XNUMX岁:由于木星和土星附近复杂的引力动作而达到了速度。 但 一个重要的结论:由于有许多资料表明,两个月内无需谈论任何飞往外行星的飞行。
程序2
那Nuclon呢?
这是什么。
根据出版物判断,为Nuclon中的发动机提供动力的功率将达到0,45 MW,整个设备的质量与程序1相同,并带有有效载荷。
反应堆和散热器似乎是相同的。 但是将使用热电发电机代替具有发电机的燃气轮机厂。
显然,没有什么与能量转换的机器技术一起发展。 但是热转换器的效率较低,因此电功率降低了一半。
当使用离子发动机时,在这种情况下,推力以及相应的加速度将下降一半-降至7,5 N和0,00015 m / s / s。 这些值太低了。 这就是为什么离子推进器可能被具有良好推力(290 N,功率消耗为1,5 kW)的SPD-30型等离子体推进器所代替。
最多可安装15台这样的发动机,总推力为22 N(大于程序1),但比冲为3000 s(30000 m / s),即是ID-500的两倍多。 因此,氙气的比消耗增加了两倍,并且在空的空间中的最大加速度减小到7 km / s。 如果您不诉诸重力操纵,那么到遥远星球飞行的持续时间就比“化学”的优势丧失了。
没错,仍然具有出色的功率重量比和货运能力:现有的导弹都无法将十吨重的导弹拉入深空。
前景如何?
奇怪的是,但是计划2可以促进登月任务。 不,“核子”对宇航员来说并不幸运,但是它将能够将起飞和降落模块以及燃料部分运送到月球轨道。 这将使无需昂贵的超重型导弹成为可能。
在可预见的将来不太可能显着增加反应堆的比功率。 而且,散热器将在很长一段时间内保持庞大的体积。 而且它们的尺寸不能通过任何技巧来减小:Stefan-Boltzmann法则是不能禁止的。
但是,没有什么能阻止改善发动机的特性,以及从昂贵的氙气转向廉价的锂,碘,k的发展。 这样的工作正在进行中。
同样,机器发电将继续工作,或提高热电发电机的效率。
总
Nuclon绝对是退后一步 与计划1相比
但是,此步骤使您可以掌握在程序2框架中成功开发的内容并继续前进。
以便 太空(无论远近)将是我们的。
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