Pulsar Fusion 和普林斯顿卫星系统公司合作开发聚变火箭发动机
Pulsar Fusion 航天器的设计图像。 推进系统如图所示
为了进一步发展火箭和航天技术并超越地球轨道，需要新技术，首先是全新的推进系统。 现在，一些基于最大胆想法的此类项目正在多个国家开展。 于是，英国Pulsar Fusion公司与美国普林斯顿卫星系统公司合作，开始研发直接聚变驱动聚变发动机。 预计这样的产品将表现出独特的技术和经济特性。
透视方向
英国公司 Pulsar Fusion 于 2011 年由一群年轻的专业人士创立。 她称自己的目标是为火箭和航天技术开发新的推进系统，这将有助于在该领域取得下一个突破。 理想情况下，新的发展和推进系统必须提供超越地球轨道的通道以及遥远天体附近的全面活动。
该公司正在研究不同的发动机和燃料选择。 因此，2021 年 XNUMX 月，首次对使用再生聚乙烯制成的固体燃料进行了燃烧测试。 特定的燃料充注量显示了所需的性能水平，并且还证实了在火箭技术中使用可回收材料的可能性。
聚变反应堆发动机
过去几年，Pulsar Fusion一直在谈论其开发和建造聚变火箭发动机的意图。 当解决所有设定的设计问题时，这种装置将显示出牵引力和效率的独特特征。 预计在聚变发动机的帮助下，航天器将能够在最短的时间内覆盖很远的距离。
直到最近，该公司还只从事一个有前途的项目的理论开发。 目前，工作正迈入新阶段。 XNUMX月中旬，Pulsar Fusion与美国普林斯顿卫星系统公司签署了协议。 他们将共同进行必要的研究，并形成引擎的最佳形象，以进一步开发项目文档。
奇怪的是，该公司已经对有前途的发动机是什么样子有了一个粗略的想法。 她已经在展示装置本身以及带有它的航天器的计算机模型。 所示产品具有与项目概念相对应的所有必要组件。 不过，未来随着项目的发展，装置的外观可能会发生变化。
科学阶段
根据最近签署的协议，Pulsar Fusion 和普林斯顿卫星系统公司将在不久的将来共同开展必要的研究。 这些工程的技术基础将由美方提供。 这项工作的主要部分将在普林斯顿场反向配置 2 (PFRC-2) 研究设施进行，该设施已在美国和国外的各种研究项目中使用。
DFD发动机示意图
采用倒磁配置（Field-Reversed Configuration）的热核装置的想法是在 XNUMX 年代初期提出的。 此后不久，普林斯顿等离子体物理实验室建造并测试了此类试验装置。 在确认了这个概念的可操作性后，她继续进行研究。 这项工作是根据美国能源部和美国宇航局的命令进行的。
随后，普林斯顿卫星系统公司也加入了热核发动机的研究。 她建立了自己的研究基地并建造了PFRC-2设施。 未来，随着新阶段研究的实施，计划再创建两个实验综合体。
显然，Pulsar Fusion 和普林斯顿卫星系统将分担责任。 美国方面可以在研究方面发挥主导作用，而英国专家将直接开发基于新技术的发动机。 因此，他们已经在组装一些单元，可能是为了部分测试。
计划不迟于 2027 年建造并测试成熟的技术演示发动机。 它必须与实验室安装有显着不同，并允许安装在假设的航天器上。
在经验丰富的 DFD 的组装过程中
合成的推动力
Pulsar Fusion 和普林斯顿卫星系统项目基于直接聚变驱动 (DFD) 概念。 它可以直接从热核聚变获得推力，无需中间阶段的发电等。 为了实现这一概念，需要一种特定设计的发动机，该发动机具有热核反应堆的一些特征和元件。
PFRC-2 研究设施可以被视为 DFD 发动机的原型。 它具有适当的设计和所有必要的设备。 同时，实验室综合体规模有限，需要大量相关设备。 此外，它没有显示出所需的特性水平。 所有这些使得进行实验成为可能，但排除了在实践中的全面实施。
DFD发动机的主要元件是一个圆柱形腔室形式的热核反应堆，其上从外部安装了电磁线圈。 反应室中注入热核聚变所用的气体，例如氘和氦 3 的混合物。 然后反应开始，在室的中心形成椭圆形或纺锤形的血浆凝块。 持续供应新燃料以维持反应所需的时间。
通过其中一端，发动机的工作流体被输送到腔室中——一种或另一种气态物质。 在研究过程中，有必要确定这种“燃料”的最佳成分。 穿过腔室时，工作流体必须接收能量、升温，但不能达到等离子体状态，并被引导至腔室另一端的喷嘴。 通过喷嘴排出的气体将产生必要的推力。
热核反应可以在反应室中产生数百万度的温度，并将相应的最高能量传递给工作流体。 因此，可以显着改善发动机的能量参数——其推力将增加，同时保持可接受的工作流体消耗。 在这种情况下，中间能量转换没有损失。
技术观点
Pulsar Fusion 揭示了其 DFD 发动机的所需性能。 因此，在公开的材料中，出现了一艘重达10吨的假想火箭状航天器，它配备了数米长的热核反应堆，其速度可以达到超过220公里/秒。
按照这个速度，两天之内就可以突破地球到火星的最短距离。 按照最佳轨道飞往泰坦、土星轨道将需要两个月的时间。 这样的计算没有考虑到加速和减速的需要以及太空飞行的其他方面。 然而，即使在这种情况下，DFD 项目看起来也比现代“化学”发动机有趣得多。
还指出了 DFD 安装的其他优点。 因此，热核反应堆可用于发电，并可用于空间技术。 反应堆燃料不需要太多空间，工作流体建议直接在外层空间收集。 综上所述，装置及其废气的辐射危害很小，在这方面，DFD 优于太空核发动机的其他选择。
然而，DFD 概念有许多缺点，包括。 批判的。 首先，问题在于热核聚变技术的不成熟。 尽管付出了种种努力，但仍无法制造出能够产生比等离子体工作所需更多能量的反应堆。 同时，DFD发动机需要大的能量输出——工作流体的参数和飞行特性取决于它。
此外，英国和美国的专家还必须解决尺寸和重量的问题。 推进系统必须符合航天器的参数和运载火箭的限制。 占用大量场地并需要额外基础设施的实验综合体没有实际前景。
有着对未来的愿景
总的来说，DFD 热核火箭发动机的概念和 Pulsar Fusion 的项目引起了人们的极大兴趣。 提出了一种用于火箭和航天技术的新型发动机设计，可以显着提高性能。 与此同时，新型安装将能够在关键参数上绕过现有样本，即使成功有限——如此大的积压也有一个新概念。
然而，DFD发动机的发展在各个层面都面临着一些严重的限制和挑战。 即使发动机的中央单元也没有准备好，没有它整个系统将无法工作并显示出所需的特性。 参与新项目的公司将必须解决许多复杂的问题。 如果他们能够完成既定的任务，航天事业将获得新的机遇。 否则 故事 火箭技术将通过另一个有趣但无用的项目得到补充。
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