Космический двигатель может улучшить освоение космоса.

Инженер Aero / Astro Кен Хара (Ken Hara) разрабатывает компьютерные модели, чтобы сделать малоизвестный, но широко используемый двигатель более подходящим для дальних полетов.

Когда большинство людей думают о космическом путешествии, они представляют себе ракеты, подобные возвышающемуся Сатурну V, который отправил астронавтов Аполлона на Луну.

Большая часть этой огромной ракеты состояла из топлива, которое она сжигала, чтобы запустить на орбиту крошечную космическую капсулу с экипажем. Там, без гравитации Земли, небольшие взрывы от двигателей, работающих на топливе, направляли космическую капсулу Аполлона к Луне и обратно.

С тех пор ученые разработали альтернативные технологии двигателей, которые не сжигают тяжелое топливо. Вместо этого эти двигатели ионизируют стабильные газы, такие как ксенон и криптон, используя электричество от солнечных элементов, чтобы отделить электроны от атомов газа, чтобы создать поток положительно заряженных ионов, называемый плазмой. Космический корабль выталкивает эту плазму из своего выхлопа, чтобы продвигаться через невесомую пустоту.

Такие двигатели, известные как электрические двигатели или плазменные двигатели, в настоящее время позволяют сотням GPS, военных и коммуникационных спутников вносить незначительные корректировки курса и поддерживать стабильные орбиты. Но теперь ученые разрабатывают новое поколение ионных двигателей, способных отправлять космические корабли на дальние миссии по всей солнечной системе, такие как модуль Deep Space 1, который посетил астероид 9969 Брайля и комету Боррелли, и космический корабль Dawn, который летел к поясу астероидов между Марсом и Юпитером.

«Плазменные двигатели представляют будущее космических исследований», — сказал Кен Хара, доцент кафедры аэронавтики и космонавтики, который помогает разрабатывать компьютерные модели, чтобы сделать ионные двигатели более мощными, эффективными и полезными.

Хара говорит, что плазменные двигатели имеют ряд преимуществ перед своими предшественниками. Для начала, ионизированные газы, используемые в качестве пропеллентов в плазменных двигателях, весят меньше, чем топливо, сжигаемое двигателями эпохи Аполлона. Каждый фунт, который космический корабль экономит, уменьшая его топливную нагрузку, означает больший вес, чтобы нести большую научную нагрузку. Более того, когда космический аппарат с плазменным двигателем находится в космосе, он может разгоняться с течением времени так, как это не может сжигать топливо, в конечном итоге давая этим легким двигателям также преимущество в скорости.

Понимание того, почему это так, включает концепцию, называемую скоростью выхлопа — скоростью, с которой топливо выходит из двигателя. Традиционный двигатель, работающий на топливе, сжигает огромный объем топлива, но с низкой скоростью выхлопа, комбинация, которая производит огромную тягу. Подумайте о ракете на стартовой площадке, которая сначала медленно движется, когда она поднимается огромным потоком пламени, а затем ускоряется, когда создаваемая огромная тяга разрушает силу тяжести и бросает ракету в небо.

В отличие от этого, плазменный двигатель предназначен для другой среды — запуска космического корабля, который уже находится в условиях низкой или невесомости. Плазменный двигатель делает это, испуская ионизированные частицы с чрезвычайно высокими скоростями выхлопа, но очень маленькими объемами, продвигая космический корабль с тем, что можно сравнить с дыханием. В космическом вакууме, когда ничто не может уменьшить поступательный импульс космического корабля, эти потоки ионизированной тяги позволяют судну набирать скорость со временем, двигаясь быстрее и дальше, чем космический корабль, работающий на топливе.

Хара, недавно удостоенная награды Общества электрического ракетного двигателя, создает компьютерные модели, которые помогут еще больше улучшить плазменные двигатели, исследуя, как плазма может достигать более быстрых и более мощных скоростей выхлопных газов. Для этого ему необходимо разработать вычислительные модели, которые решают новые уравнения и проверять их правильность при строгом математическом анализе. Затем он должен проверить эти результаты, сравнивая свои математические предсказания с тем, что экспериментальные ученые демонстрируют на реальных плазменных двигателях. «Мы математически здоровы и физически правильны наши модели?» Хара спрашивает риторически. «Вот где моя правда».

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

18 − девять =