mag4mag5

А. ШИБАНОВ, инженер Рисунки В. ПЕТРОВА

Двигатели космических кораблей должны удовлетворять одному важному требованию: они обязаны работать очень долго. Ради этого допустимо пойти даже на снижение силы тяги. Ведь в межпланетном пространстве ракете не придется преодолевать значительных сил противодействия.

Именно таким свойством обладает ионный ракетный двигатель. Конструкция его в принципе проста. В специальном источнике возникают электрически заряженные частицы — ионы. Они образуются вместе с электронами, но затем отделяются и поступают в ускорительную систему, которая сообщает ионному потоку большую скорость перед выходом из двигателя. За счет реактивной силы ионной струи и должно происходить движение аппарата в космическом пространстве.

В других типах ионных двигателей отделять ионы от электронов не требуется. Реактивная струя формируется из смеси этих частиц — из плазмы. Рабочая жидкость под воздействием высокой температуры ионизируется в электрической дуге. Полученная плазма ускоряется магнитными силами и вытекает из сопла двигателя.

Ионные ракеты описанного типа должны нести с собой запас рабочего вещества, из атомов которого образуется выхлопная струя. Это вещество надо брать с Земли. Количество его определяет продолжительность работы двигателя. Но существуют проекты таких электромагнитных двигателей, для которых рабочее вещество черпается прямо из окружающего пространства.

В ноябрьском номере нашего журнала за прошлый год были описаны прямоточные воздушно-реактивные двигатели, работающие на диссоциированных газах верхних слоев воздуха. Но на большой высоте в атмосфере, кроме диссоциации, происходит также непрерывная ионизация молекул и атомов воздуха. Молекулы и атомы там теряют часть электронов и приобретают электрический заряд. Таким образом, природа предоставила в наше распоряжение целый океан готового ионизированного рабочего вещества. Надо только научиться извлекать его и формировать из него высокоскоростную выхлопную струю. В результате отпадет необходимость в ионизационной камере, что сулит значительно упростить конструкцию ионного двигателя.

mag3Магнитное торможение ракеты в
электропроводной среде.

Новый электромагнитный двигатель будет напоминать обычный прямоточный, только вместо камеры сгорания в нем будет установлена специальная ускорительная камера с электродами, на которые подается высокое напряжение. Ионы атмосферных газов станут ускоряться в пространстве между электродами и с большой скоростью вытекать из сопла, создавая реактивную тягу. Эти прямоточные ионнореактивные двигатели действуют по принципу обычных физических ускорителей заряженных частиц.

Стоит отметить, что прямоточный ионно-реактивный двигатель в принципе пригоден для использования не только в пределах земной атмосферы, но и в безвоздушном космическом пространстве. Ведь Космос — далеко не пустота. В межзвездном пространстве существует сильно разреженный ионизованный водород, космическая пыль; есть надежда и их использовать в качестве рабочего вещества для ракет.

Можно предвидеть, что настанет время, когда космические корабли полетят к далеким мирам на невидимых «магнитных крыльях».

С другой стороны, если удастся разработать эффективные методы ионизации больших количеств газа, прямоточные ионнореактивные двигатели получат применение и на обычных самолетах, летающих в плотных слоях атмосферы.

Проектировщики межпланетных кораблей будут обязаны позаботиться и о безопасном возвращении космических ракет на Землю или снижении их в атмосфере других планет. От решения этой проблемы зависит также создание обитаемых искусственных спутников Земли.

В чем здесь трудность?

Аппарат, влетающий с гигантской космической скоростью в плотные слои атмосферы, сильно нагревается. Нагрев происходит тем интенсивнее, чем больше скорость аппарата. И чтобы ракета не разрушилась, нужно, чтобы в плотных слоях воздуха она быстро уменьшила скорость полета.

Предложено уже немало интересных способов резкого замедления космических ракет. В одних проектах космическая скорость аппарата гасится ракетными двигателями, в других — специальными тормозящими приспособлениями вроде металлических парашютов, в третьих используется планирующий полет. Не так давно возникла еще одна оригинальная идея — о применении своеобразного магнитного тормоза.

Входя в плотные слои атмосферы, быстро летящие тела создают перед собой ударную волну. При движении со скоростью около 20 тысяч километров в час воздух между поверхностью тела и ударной волной нагревается примерно до 6500 градусов. Высокая температура приводит к ионизации некоторого количества молекул воздуха, заключенных в этом пространстве. Образуется плазма. И при движении тела в 12-14 раз быстрее звука электропроводность ее становится весьма большой.

Из школьных опытов нашим читателям известно, что если металлическая проволока быстро пересекает магнитное поле, то во-первых, в ней наводится электрический ток и, во-вторых, на нее действует тормозящая сила. Если бы быстро летящую ракету можно было сделать источником магнитного поля, сравнимого по величине с полями постоянных магнитов, то взаимодействие этого поля с ионизированным воздухом, который обладает свойствами электрического проводника, создало бы силу, тормозящую ракету. Эта сила намного превзошла бы обычное аэродинамическое сопротивление.

Магнитное поле подействует не только на ракету. Замедлится и ионизированный воздушный поток у обшивки корабля. Следовательно, станет меньше ее нагрев. Доказано, что магнитное поле напряженностью около 3 000 гаусс снизит теплопередачу к поверхности тела на 28 процентов.mag2

Возможные схемы ионных ракетных двигателей. Вверху - двигатель с раздельными ускорителями электронов и ионов. Внизу - двигатель с электрической дугой, которая создает из заряженных частиц плазму высокой энергии. Обе системы предполагают наличие запаса рабочего вещества, которое должно браться с Земли. На этом рисунке изображены возможные схемы ракетных двигателей, не нуждающихся в собственных запасах рабочего вещества и черпающих его из окружающей среды. Из сопла выбрасывается поток ионов (вверху) или поток смеси ионов с электронами - плазмы (внизу).
Степень ионизации воздуха у поверхности быстро летящей ракеты можно увеличить путем испарения с ее обшивки легкоионизирующихся веществ — натрия, калия, цезия. Ионы таких материалов будут повышать электропроводность воздушной плазмы, что усилит силу торможения ракеты.

Конкретных конструктивных предложений по использованию магнитных полей для торможения и охлаждения космических кораблей пока не существует. Но несомненно, что дальнейшее изучение этого вопроса внесет важный вклад в астронавтику.

   

Добавить комментарий

Язык моего сайта - русский. Старайтесь не делать грамматических ошибок. Всегда помните что языком сайта является русский, а не его гремучая помесь неизвестно с чем. Афтары, медведы и первонахи недопустимы! Использование транслита (написание русских слов символами латиницы) при написании сообщений допускается только в крайних случаях.
В комментариях категорически запрещено:
- Оскорблять чужое достоинство
- Сеять и проявлять межнациональную или межрелигиозную рознь
- Обсуждать личности, личные обстоятельства, интеллектуальный, культурный, образовательный и профессиональный уровень
- Употреблять ненормативную лексику.
- Публиковать объявления рекламного характера в том числе и рекламирующие другой сайт.
- Публиковать комментарии бессодержательного характера, т.н. "флуд"


Защитный код
Обновить