Двигательная установка космического аппарата
-
Двигательная установка космического аппарата
- Метод ускорения космических аппаратов и спутников
- Не путать с запуском в космос или входом в атмосферу
-
Методы приведения в движение
- Химические двигатели (ракеты на монотопливе)
- Реактивные двигатели с сопротивлением
- Инерционные колеса для управления ориентацией
- Электрические двигатели (ионные, на эффекте Холла)
-
Назначение и функция
- Безопасное, быстрое прибытие в пункт назначения
- Изменение скорости космического аппарата
- Основные двигатели для перемещения по орбите и планетарных траекторий
- Системы управления реакцией и орбитального маневрирования
-
Теория
- Ракетное уравнение Циолковского
- Необходимость реактивной массы и энергии
- Импульс, создаваемый запуском частицы реакционной массы
-
Эффективность
- Удельный импульс как показатель эффективности
- Ионные двигатели имеют высокий удельный импульс, химические ракеты — низкий
- Электродинамические ракеты имеют высокий удельный импульс, но требуют больше энергии
-
Операционные домены
- Орбитальные маневры
- Межпланетные путешествия
- Межзвездные перелеты
-
Управление ориентацией спутников
- Спутники нуждаются в управлении ориентацией для правильного направления относительно Земли, Солнца и астрономических объектов.
- Разреженная атмосфера влияет на их орбиту, требуя периодических корректировок.
- Срок службы спутника заканчивается, когда он исчерпывает возможности по корректировке орбиты.
-
Межпланетные путешествия
- Космические корабли используют двигатели для покидания орбиты Земли.
- Современные межпланетные аппараты используют серию кратковременных корректировок траектории.
- Переходная орбита Хомана экономична для перехода с одной круговой орбиты на другую.
- Солнечные паруса обеспечивают низкую, но неиссякаемую тягу.
-
Межзвездные путешествия
- Межзвездные расстояния требуют огромной скорости для достижения цели.
- Достижение такой скорости и избавление от нее остаются сложной задачей.
- Гипотетические проекты межзвездных путешествий обсуждаются, но не реализованы.
-
Типы двигателей
- Двигатели могут быть химическими, электрическими или ядерными.
- Химические двигатели используют химические реакции для создания тяги.
- Электрические двигатели используют электростатические или электромагнитные силы.
- Ядерные двигатели используют ядерное топливо для высокой удельной энергии.
-
Экологичные химические двигатели
- Гидразин токсичен и может быть запрещен в Европе.
- Разрабатываются нетоксичные альтернативы, такие как закись азота.
-
Электрические двигатели
- Используют электростатические или электромагнитные силы для ускорения реакционной массы.
- Применяются для поддержания стационарных спутников и научных миссий.
- Имеют малую тягу и требуют длительного времени для достижения суммарного импульса.
-
Источники питания
- Солнечная энергия часто используется для полетов вблизи Солнца.
- Ядерная энергия необходима для дальних полетов.
- Современные ядерные генераторы имеют высокую удельную энергию, но увеличивают массу космического аппарата.
-
Ядерные двигатели
- Обладают высокой удельной энергией и могут генерировать большое количество энергии на единицу массы.
- Включают ракеты, состоящие из осколков, расщепляющиеся паруса, термоядерные ракеты и другие.
-
Управление ориентацией космических аппаратов
- Космические аппараты используют реактивные колеса или гироскопы для управления ориентацией.
- Закон сохранения углового момента удерживает тело от изменения угловой скорости.
- Неконсервативные внешние силы могут изменять угловой момент, поэтому системы предназначены для отвода энергии вращения.
-
Электромагнитный волновой двигатель
- Электромагнитные волны содержат импульс, несмотря на отсутствие массы.
- Методы полевого приведения в движение используют электромагнитные волны для ускорения.
- Солнечные и магнитные паруса используют электромагнитную энергию для движения.
-
Другие типы силовых установок
- Гравитационная рогатка использует гравитационную энергию для перемещения.
- Тросовая двигательная установка использует длинный трос для изменения орбиты.
- Лучевая тяга использует лазеры, микроволновое излучение или пучки частиц для движения.
-
Передовые двигательные технологии
- Передовые технологии используют химическую или нехимическую физику для создания тяги.
- Быстрые полеты во внутреннюю солнечную систему требуют более мощных двигательных установок.
- Логистика и масса системы важны для исследований за пределами Земли.
-
Гипотетические методы приведения в движение
- Космический корабль из черной дыры, дифференциальный парус, гравитационное экранирование и другие методы требуют глубокого понимания свойств пространства.
- НАСА делит такие предложения на нежизнеспособные, неопределенные и возможные.
-
Таблица методов
- Эффективная скорость выхлопа, тяга, время работы и максимальное значение дельта-v.
- Для ракетоподобных систем предел зависит от массовой доли и скорости выхлопа.
-
Планетарный и атмосферный двигатель
- Механизмы содействия запуску включают Skyhook, космический лифт, стартовую петлю, космический фонтан, орбитальное кольцо, электромагнитную катапульту и другие.
- Высотные платформы и воздушно-реактивные двигатели также рассматриваются.
-
Исследования и разработки
- Обычные воздушно-реактивные двигатели слишком тяжелы для ракет-носителей.
- Предлагаются легкие и быстродействующие двигатели, такие как SABRE и ATREX.
- Жидкостно-воздушный двигатель и прямоточный реактивный двигатель также рассматриваются.
-
Преимущества воздушно-реактивных двигателей
- Воздушные двигатели сжигают топливо эффективнее.
- Воздушно-реактивные электрические двигатели могут использоваться для низкоорбитальных полетов.
-
Методы коррекции скорости
- Аэроторможение позволяет снижать высоту орбиты.
- Aerocapture преобразует гиперболическую орбиту в эллиптическую.
- Аэрофотосъемка еще не опробована, но может быть использована для планетарных миссий.
-
Технологии и исследования
- Развитие технологий улучшит уровни тяги и другие характеристики.
- Исследовательский центр Гленна разрабатывает электрические двигательные установки.
-
Тестирование и безопасность
- Двигательные установки проходят статические испытания на Земле и в вакуумных камерах.
- Ионные двигатели менее опасны и требуют менее строгих мер безопасности.
-
Художественная литература
- В научной фантастике используются различные средства передвижения, включая солнечные паруса и реактивные двигатели.
-
Внешние ссылки
- Прорывной проект НАСА по физике двигательных установок
- Различные ракеты, архивированные 2010-05-29 в the Wayback Machine
- Библиография по транспортировке с Земли на орбиту заархивирована 2016-06-15 в the Wayback Machine
-
Двигатель космического полета
- Подробный обзор Грега Гебеля, находящийся в открытом доступе
-
Университет Джона Хопкинса
- Информационно-аналитический центр химического двигателестроения
- Инструмент для термодинамического анализа жидкостных ракетных двигателей
-
Веб-сайт Смитсоновского национального музея авиации и космонавтики
- «Как летают вещи»
-
Фуллертон, Ричард К.
- «Усовершенствованные дорожные карты и требования к EVA»
- Материалы 31-й Международной конференции по экологическим системам
- 2001
-
Атомные ракетные двигатели
- Сайт, на котором перечислены и подробно описаны реальные, теоретические и фантастические космические двигатели