空间的新时代?火箭推进令人兴奋的进步

未来派宇宙飞船

美国国防高级研究项目(DARPA)有最近委托三家私营公司,蓝色原产地,洛克希德马丁和一般原子,开发核裂变热火箭,用于月球轨道。

如果飞行,这种发展可能会迎来一个新的太空飞行时代。也就是说,它只是火箭推进中的几个令人兴奋的途径中的一个。这是其他一些人。

化学火箭

用于宇宙飞船的标准推进装置使用化学火箭。有两种主要类型:坚固燃料(如坚固的火箭助推器在航天飞机上),和液体燃料(如土星五)。

在这两种情况下,使用化学反应在燃烧室内产生非常热的高压气体。发动机喷嘴为该气体提供了唯一的出口,从而扩展出来,提供推力。

化学反应需要燃料,例如液态氢或粉末铝,以及氧化剂(产生化学反应的试剂),例如氧气。还有许多其他变量,最终还确定了火箭发动机的效率,并且科学家和工程师总是希望从给定的设计中获得更多的推力和燃油效率。

最近,私人公司SpaceX一直在进行试飞他们的星舰发射器原型。该车辆使用“全流动分阶段燃烧(FFSC)发动机”猛禽,燃烧甲烷用于氧化剂的燃料和氧气。这些设计由俄罗斯人在20世纪60年代和美国政府在2000年代测试,但尚未在太空中飞行。发动机更加省油,可以产生比传统设计更高的推进重量。

裂变热火箭

原子的核由称为质子和中子的亚原子颗粒组成。这些决定了元素的质量 - 质子和中子越多,它越重。一些原子核是不稳定的,并且在用中子轰击时可以分成几个较小的核。这是核裂变的过程,它可以释放出巨大的能量。作为核腐烂,它们还释放出更多的中子,该中子继续裂开更多原子 - 产生链反应。

在核裂变热火箭中,通过核裂变将诸如氢的推进剂气体加热至高温,在反应室内产生高压气体。与化学火箭一样,这只能通过火箭喷嘴逸出,再次产生推力。不设想核裂变火箭,以产生从地球表面升力大量有效载荷所需的推力。虽然在太空中,它们比化学火箭更有效 - 对于给定的推进剂,它们可以加速航天器以更高的速度。

核火箭发动机拖把公寓,内华达州

1967年,核火箭发动机被运输到杰克斯舱内甲板公寓的试验架。信用:AEC-NASA

核裂变火箭从未在太空中飞行,但它们已经在地面上进行了测试。他们应该能够将地球和火星之间的飞行时间从大约七个月到大约三个月缩短到未来的备件。然而,明显的缺点包括放射性废物的生产,以及发射失效的可能性,这可能导致放射性物质在广泛的区域上传播。

主要的工程挑战是充分缩小反应堆,以便它适合宇宙飞船。在制造紧凑型裂变反应堆中,已经有一个蓬勃发展的行业,包括开发裂变反应堆比成年人更小

电动推进

一个科幻小说,真正的离子驱动器产生带电粒子(电离),使用电场加速它们,然后从推进器中射击它们。推进剂是诸如氙的气体,可以容易地电荷的相当重的元件。

美国宇航局深空1离子推进器

NASA的深空的离子推进器1.贷方:美国宇航局

随着带电的氙原子加速推进器,它们将非常少量的动量(质量和速度产品)转移到航天器,提供温和的推力。虽然慢速,离子驱动是所有航天器推进方法的最省油的效率之一,因此可以进一步实现我们。离子驱动器通常用于姿态控制(改变宇宙飞船面临的方向)并被考虑吸气旧卫星

电流离子发动机由太阳能电池供电,有效地制作太阳能,并且需要非常小的推进剂。他们已经在esa的使用SMART-1任务到月球和Bepi-Colombo使命途中到汞。美国宇航局目前正在开发一种高功率电动推进系统月球网关,一个将轨道轨道的前哨。

太阳帆

虽然推进通常需要一些描述的推进剂,但是仅仅是“绿色”方法仅依赖于来自太阳本身的光。

ikaros太阳能风帆

ikaros太阳能航行。信用:PavelHrdličkacc by-sa

帆船依靠势头保护的物理性质。在地球上,我们习惯于将这种势头视为来自空气粒子吹入帆船时的动态压力,推动船只前进。光由光子组成,没有质量,但它们确实有动力并且可以将其转移到帆。随着各个光子的能量非常小,所以可明显的加速度需要极大的帆尺寸。

速度增益也取决于您的太阳的程度。在地球上,从阳光接收的电源约为每平方米1.3千瓦。如果我们有足球间距的帆,这将等于9.3兆瓦,提供非常低的加速,甚至到低质量对象。

太阳能航行已被日本人测试过Ikaros Spacecraft.由金星成功飞行,行星社会Lightsail-2,目前在地球周围的轨道上。

一种提高效率和减少帆尺寸的方式是使用激光来推动航天器向前推进。激光器产生非常强烈的光子光子,可以被引导到帆上以提供更高的加速度,但需要在地球轨道中构建,以避免大气中的强度丧失。激光也有建议的作为一种解除轨道空间垃圾的手段 - 来自激光的光可以减慢一块轨道垃圾,然后落下轨道并在大气中燃烧。

核裂变火箭的发展可能会激发一些和涉及他人。然而,由于私营公司和国家空间机构越来越多地致力于在太空中持续存在的人体存在,这些替代推进方式将变得更加主流,并有可能彻底改变我们的新生空间的文明。

写道:

  • Gareth Dorrian - 伯明翰大学太空科学博士研究员
  • Ian Whittaker - 物理学高级讲师,诺丁汉特伦特大学

最初发表于谈话谈话

4评论论“太空的新时代?火箭推进令人兴奋的进步”

  1. 还有广告Astra在Vasimr为电动/热桥。

  2. 有没有人要求自己在他们将产生的环境问题的环境中使用核火箭的长期?

    人们知道核发电系统的浪费
    但这些科学家们都想要在太空中使用核能并在污染地球污染后开始污染空间,

    慢慢地看看这些新系统的退缩。当它们导致活组织畸形时,它不会令人愉快。

    他们是否对他们没有发布了关于未来使用这种能量的任何信息的研究
    你几乎打赌你的底部会有会有未来的后果。

    他们会责备谁?
    正如这些脑死者的社会的脑死领导人想要核武器,为战争辩护
    当他们认为他们正朝着正确的方向时,他们是突出嘴巴的嘴巴和领导社会的人。
    他们从未看过他们的行为的长期影响
    但是喜欢吹嘘他们认为的科学索赔

  3. 伟大的文章。
    我会补充说,核能用于空间推进的最大好处实际上是一种用于离子驱动的电源。

    太阳能具有差的质量/功率比,仅限于内部太阳能行程。

    H2储存很艰巨,因此核热火箭难以管理。
    虽然氙是核裂变的副产品,易于储存。

    到大卫·乌鲁拉:
    核杀死最少,并污染了比任何其他能源的最少的时间。停止帽子,做工作。

  4. 裂变火箭有趣但不是新的。写在六十年代,实际上在七十年代测试。由于膝关节和蔬菜核反应的核心反应,神经项目被搁置。这次会有另一个结果吗?
    来自月球表面的HE3形式的燃料的可用性将使这种类型的推进性成本效益。
    我期待着人类在太空中的进步。

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