Пламенные и ледяные моторы спутников

    Привет, с вами lozga в несколько непривычной роли автора поста корпоративного блога. В январе в челябинской Точке кипения прошла олимпиада «Астероидная безопасность», в рамках которой спутникостроители и преподаватели Южно-Уральского государственного университета Валерий Богданов и Руслан Пешков прочитали лекцию для школьников о двигателях для космических аппаратов. Этот материал – развернутая обработка лекции и моей беседы с ними.


    Двигатель ориентации на топливной паре метан-кислород, фото NASA/John H. Glenn Research Center

    Богатство выбора


    Первые письменные свидетельства создания ракет относятся к 13 веку. Только четыре века спустя, спасибо Ньютону, человечество поняло, как они работают. Подсказка: ракета не «отталкивается» – в вакууме отталкиваться не от чего, а разгоняется в одну сторону за счет выброса вещества в противоположную. А в 20 веке люди, создав спутники, придумали и множество вариантов их движения, причем есть даже такие, которые работают не на выбросе массы. Основные виды спутниковых двигателей можно классифицировать так:



    Как это часто бывает, в нашем мире, нет «идеального» двигателя для всех случаев, и задача «выбрать двигатель для космического аппарата» может иметь множество самых разных условий, делая какие-то варианты неприемлемыми или неэффективными. А для того, чтобы иметь возможность сравнивать что бы то ни было, нам нужно прежде всего найти критерии, по которым мы будем сравнивать. Для двигателей можно выделить удельный импульс и тягу.

    Удельный импульс – мера эффективности двигателя. По определению, это время, в течение которого двигатель может развивать тягу, затратив 1 кг топлива. Если мы измеряем тягу двигателя в килограммах (точнее, килограмм-силах), то удельный импульс будет измеряться в секундах, а если тяга измеряется в Ньютонах, то единицей измерения будет метр в секунду. Из секунд в метры в секунду и обратно величину удельного импульса можно пересчитать, умножив или разделив на ускорение свободного падения. Смысл изменения в метрах в секунду можно легче понять, если представить его как скорость истекающего из двигателя вещества на срезе сопла. Очевидно, что чем больше величина удельного импульса, тем более эффективным будет двигатель.

    Тяга, по сути, является служебным параметром или даже ограничением. Очень эффективные двигатели, которые, однако, развивают маленькую тягу, не получится применить в ситуации, когда нужно произвести маневр, требующий большого изменения скорости и не может быть растянут во времени (или разделен на много включений двигателя).

    Сочетание обеих величин позволяет нам построить график наиболее подходящих в каждом случае двигателей.


    Источник: Реактивные системы управления космических летательных аппаратов, Беляев Н.М., Белик Н.П., Уваров Е.И. — М.: Машиностроение, 1979.

    Двигатели на холодном газе


    Если вы интересовались историей космонавтики, то знаете, что газовые двигатели ориентировали «Луну-3» и «Восток» Гагарина. Сейчас, когда спутники отказываются от химических двигателей и переходят на электрореактивные, газовые двигатели из-за слабой тяги и низкого удельного импульса могут показаться архаизмом, однако, это не так. До сих пор в космос отправляются конструкции, которым вроде бы устаревшие двигатели подходят лучше других. Прежде всего, сжатый газ не токсичен и прекрасно подходит для «ракетных ранцев» космонавтов – возможная утечка не отравит экипаж, а осевший на скафандре выхлоп не придется дезактивировать.


    Брюс Маккэндлесс испытывает установку MMU в 1984 году, фото NASA

    Конструкция двигательной системы на холодном газе проста и надежна, кроме баллонов, электроклапанов и трубопроводов, считай, ничего не нужно. Если вам хватит небольших запасов характеристической скорости (delta-V), то эта конструкция будет и легче более сложных альтернатив. Газовые двигатели ориентации обладают отличной динамикой – клапаны очень быстрые (время реакции до 20 миллисекунд) и не нуждаются, скажем, в предварительном прогреве катализатора. Благодаря этим достоинствам они прекрасно подходят для точных систем ориентации малой тяги, поэтому, например, телескоп Gaia отправился в полет именно с газовыми двигателями ориентации. У аппарата LISA Pathfinder, сделанного для проверки возможности работы гравитационной обсерватории в космосе и нуждающегося в очень точном перемещении, два варианта двигателей – на холодном газе и электрические с полевой эмиссией, в полете они были успешно испытаны как вместе, так и по отдельности.


    Схема двигателя на холодном газе. Красное – область высокого давления газа, синее – низкого

    Но, конечно, большой тяги или большого изменения скорости на газовых двигателях не получить – удельный импульс сжатого азота не больше 80 секунд, к тому же он падает с уменьшением давления в баке. У сжатого водорода удельный импульс больше 270 секунд, но из-за низкой плотности тяга получается нерационально маленькой.

    Сублимационные двигатели


    На схеме в левом нижнем углу есть выступающие в качестве рабочего тела сублимирующиеся вещества. То есть в баке находится твердое тело, которое при нагреве сразу переходит в газ, минуя жидкое состояние. В быту вы могли встречать «сухой лед» – замороженный до твердого состояния углекислый газ. Из-за того, что двигатели на сжатом газе могут предложить большие и тягу и удельный импульс, они фактически вытеснили сублимационные двигатели. Но концепция не заброшена совсем – исследование NASA, выполненное в начале десятых, считает подобные двигатели перспективными при условии, что рабочее тело добывается на месте. Лед из углекислоты на Марсе, метан и угарный газ во внешней Солнечной системе, летучие вещества астероидов и комет – все это теоретически можно использовать как добываемое на месте топливо.


    Концепт аппарата, отклоняющего комету от опасного курса и использующего в качестве рабочего тела местные ресурсы, иллюстрация NASA

    Однокомпонентные двигатели



    Это не пожар на борту, а штатный сброс перекиси водорода, использующейся в системе ориентации, посадка «Союза МС-02», фото NASA/Bill Ingals

    Есть вещества, которые в определенных условиях разлагаются с выделением тепла, а продукты разложения хорошо подходят для того, чтобы направить их в сопло Лаваля и получить тягу. Конструкция все еще простая, остается только одна линия подачи топлива, нет проблем смешивания компонентов в камере сгорания, температуры не требуют сложного охлаждения, а вот удельный импульс уже повыше, чем у двигателей на холодном газе.


    Схема однокомпонентного двигателя

    Способность концентрированной перекиси водорода разлагаться на катализаторе из простого железа на воду и кислород с обильным выделением тепла сделала ее популярным видом однокомпонентного топлива еще на заре космонавтики – привод турбонасоса двигателей первой и второй ступеней ракет семейства «Р-7» с 1957 года и до сих пор работает на разложении перекиси. На ней работали двигатели ориентации первых версий корабля «Союз», и до сих пор она применяется для ориентации спускаемого аппарата. Концентрированная перекись не токсична, но вызывает ожоги при попадании на кожу и взрывоопасна при загрязнении магистралей. А еще ее не получится хранить годами и десятилетиями. Удельный импульс сравнительно небольшой, в районе 150 секунд. Из-за двух последних свойств перекись сейчас используется редко.


    Гидразиновый двигатель тягой 1 Ньютон, производимый компанией Arianespace

    Гидразин разлагается в присутствии подогретого до 200-300°С катализатора. Из-за необходимости предварительного прогрева у двигателя падает динамика, гидразин очень токсичен, но, благодаря самому высокому удельному импульсу 230-240 секунд и возможности длительного хранения, он остается популярным вариантом для однокомпонентного двигателя.

    Закись азота тоже способна к разложению в присутствии катализатора, но при более высоких температурах, что усложняет конструкцию двигателя. Зато она хороша тем, что не токсична, не удушлива, не вызывает ожоги, не взрывоопасна, не вызывает коррозию и может очень долго храниться. В Стэнфордском университете были успешно испытаны двигатели на закиси азота тягой до 2 Ньютонов, работавшие без разрушения катализатора больше часа при температуре до 1225°С. Рабочая температура может быть и меньше, в статье университета Суррея (Великобритания) показано, что при температуре 520°C закись азота разлагается без катализаторов, что позволяет создать двигатели на самоподдерживающемся разложении. К сожалению, удельный импульс закиси азота невысок, до 170 секунд.


    Каталитическая камера экспериментального двигателя на закиси азота, фото Стэнфордского университета

    Токсичность гидразина приводит к исследованию более экзотических вариантов, например, динитрамида аммония (ADN) или нитрата гидроксиламмония (HAN). Обладая даже чуть большим, чем у гидразина, удельным импульсом, эти химические соединения гораздо менее токсичны, но требуют высоких температур в каталитической камере.

    Гидразиновая классика


    Космический аппарат должен работать долго, поэтому топливо для него должно иметь возможность храниться годами. И если нужны большая тяга и достаточно большой удельный импульс, то наиболее освоенным и привычным вариантом будет двухкомпонентный двигатель на несимметричном диметилгидразине (как вариант, монометилгидразине или смеси с гидразином, т.н. аэрозине) и тетраоксиде диазота.


    Испытания двигателя ориентации тягой 200 Н в барокамере, фото Arianespace

    Эта топливная пара имеет множество достоинств – топливо пребывает в жидком состоянии при комнатной температуре, хранится годами, самовоспламеняется при контакте, то есть не нуждается в системах зажигания, обладает неплохой динамикой и хорошим удельным импульсом в районе 320 секунд. Но, естественно, не обошлось без недостатков. Оба компонента очень токсичны, вызывают коррозию и требуют специальных материалов. И, раз компонентов теперь два, теперь у нас два бака, две системы подачи, то есть в два раза большая вероятность отказа, и появляется система смешивания компонентов в камере сгорания. Например, в 2010 году зонд «Акацуки» не смог выйти на орбиту Венеры из-за отказа клапана наддува. В результате в смеси возник избыток окислителя, температура камеры сгорания и сопла выросла, и они были непоправимо повреждены. Аппарат смог выйти на орбиту Венеры только спустя пять лет, выполнив очень долгий маневр торможения на однокомпонентных двигателях ориентации.


    Схема двигательной системы зонда Акацуки, источник

    Благодаря сочетанию высокой тяги и высокого удельного импульса двигатели на этой топливной паре практически безальтернативны для пилотируемых кораблей и грузовиков снабжения МКС. Они до недавнего времени были также привычной классикой для межпланетных миссий и геостационарных спутников, но сейчас в этих областях их теснят электрореактивные двигатели.

    Альтернативы


    Сложности работы с криогенными компонентами не остановили конструкторов. Уникальным примером двигателей на нетоксичных компонентах является объединенная двигательная установка корабля «Буран», в которой использовались жидкий кислород и керосин. Использование этой топливной пары давало большую энерговооруженность (удельный импульс в районе 358 секунд, выше, чем НДМГ+АТ), нетоксичные компоненты делали эксплуатацию корабля более безопасной и экологичной, а также позволяли использовать кислород для систем электропитания и жизнеобеспечения.


    ОДУ «Бурана», отлично виден большой бак жидкого кислорода, источник

    Специальные технические решения: глубокое охлаждение кислорода до -210°С перед заправкой, постоянное перемешивание в баке и газификация перед подачей в двигатели ориентации позволили создать двигательную установку, которая могла обеспечивать полет до 30 суток.

    А в середине нулевых в NASA рассматривали топливную пару «метан-кислород» для лунного модуля и пилотируемого корабля. Метан гораздо легче хранить в жидком виде, чем водород, а удельный импульс выше, чем у НДМГ-АТ. Корабль, который стал «Орионом», в итоге получил гидразиновые двигатели. Но идея метановых двигателей никуда не исчезнет, потому что для двигателей, работающих на собранных на месте ресурсах, метан остается интересным вариантом.

    Электробудущее


    2020, по представлению экспертов, должен стать годом, когда половина новых коммерческих спутников будет использовать электрореактивные двигатели. Учитывая, что на массово запускаемых спутниках Starlink и OneWeb стоят именно они, сейчас эта оценка выглядит консервативной. Геостационарный спутник на НДМГ+АТ доберется до целевой орбиты максимум за неделю, но половину его начальной массы будет составлять топливо. А на электрических двигателях подъем орбиты займет до полугода, но спутник окажется легче на 40%. Большие солнечные панели, установленные для мощных ретрансляторов, прекрасно сочетаются с электрореактивными двигателями. Аналогичное электрическое наступление происходит и в стане научных аппаратов – отправившийся в 2007 году в полет зонд Dawn имел рекордный запас характеристической скорости, 11 км/с, недостижимый для химических двигателей. Все эти замечательные результаты возможны благодаря тому, что удельный импульс электрореактивных двигателей на порядок больше химических и для разных моделей находится в широком диапазоне нескольких тысяч секунд. Но, конечно, у всего есть цена – тяга электрореактивных двигателей измеряется в миллиньютонах, и ее можно представить на бытовом уровне как вес мелкой монетки.

    Наиболее распространены два вида электрореактивных двигателей:

    Ионные двигатели ионизируют газ электронной бомбардировкой и выбрасывают получившиеся ионы электрическим полем.



    В работающей на эффекте Холла конструкции, также часто называемой плазменным двигателем, рабочее тело подается в кольцевую камеру, к которой приложена разность потенциалов. Нейтральный газ ионизируется и разгоняется электрическим полем, выбрасываясь из двигателя с огромной скоростью.



    Ионные двигатели имеют больший удельный импульс, но пока что страдают из-за проблем с долговечностью: от большой разности потенциалов между ускоряющей и фокусирующей решётками и эрозии со временем решётки банально выламывает. Так что на сегодняшний день двигатели на эффекте Холла имеют ряд эксплуатационных преимуществ.

    Также есть менее распространенные варианты. Например, электротермический, он же электронагревный двигатель, в котором топливо разгоняется за счет нагрева электрическим током. На спутниках Iridium первого поколения (всего построено 98 штук) были установлены семь однокомпонентных двигателей тягой 1 Ньютон и один более эффективный электронагревный двигатель тягой 0,369 Н. Все двигатели питались от одного бака с гидразином.


    Электронагревный двигатель производства Aerojet Rocketdyne

    Электрореактивные двигатели – перспективная тема, и там, где можно обойтись без большой тяги двигателей, их будет все больше. А когда, наконец, в космос полетят ядерные реакторы, их огромные энергетические возможности, в сочетании с удельным импульсом ЭРД, откроют новые перспективы.

    Слишком негибкие


    Твердотопливные двигатели постепенно теряют популярность для космических аппаратов. Простота конструкции и большая тяга не могут компенсировать однократное включение и далеко не рекордный удельный импульс – примерно 290 секунд. Но у них было славное прошлое: на первых «Пионерах» маленькими твердотельными двигателями собирались проводить коррекции траектории, они использовались как тормозные двигатели на пилотируемых «Меркуриях» и «Джемини», включались перед посадкой на Луну автоматических зондов Surveyor и долгое время использовались в качестве апогейных двигателей, переводя спутники с геопереходной орбиты на близкую к геостационарной.


    Схема геостационарного спутника Syncom первого поколения, апогейный двигатель по центру слева

    Экзотика


    Нагревать рабочее тело можно не только электричеством. Очень много тепла выделяется при ядерной реакции, и еще в 50-х возникли идеи прямоточного ядерного двигателя. Водород должен был поступать в активную зону реактора и выбрасываться наружу. Удельный импульс ожидался в районе 900 секунд. Разработки велись по обе стороны океана, в США – NERVA, в СССР – РД-0410, но в итоге были свернуты.


    Двигатель NERVA

    Существовали и более экзотические конструкции: импульсный взрыволет, двигатели на солях ядерного топлива, газофазные ядерные двигатели и т.п., но пока что они не уходят дальше схем и рисунков.

    Есть и более экологичные концепции нагрева, например, энергией Солнца или лазерами. На поверхности Луны реголит днем разогревается выше ста градусов, так что принцип концентрации солнечных лучей для нагрева рабочего тела реален, но без очень легких зеркал будет проигрывать по общей массе системы обычному химическому двигателю.


    Концепция экспериментального спутника Solar Moth, источник

    Для изменения скорости все вышеперечисленные варианты использовали выброс вещества в противоположном направлении. Но есть конструкции, которые обходятся без этого. Наиболее известными и успешными являются солнечные паруса. Космический аппарат IKAROS, запущенный к Венере вместе с зондом «Акацуки», 10 июня 2010 года развернул парус 14х14 метров. Форма паруса поддерживалась вращением аппарата, а ориентацией управляли при помощи светодиодов на краях, меняющих отражающую способность. Экспериментальный спутник успешно пролетел мимо Венеры и к 2013 году благодаря парусу изменил свою скорость примерно на 400 м/с.


    Уменьшенный макет IKAROS

    Полотнище солнечного паруса – непростая штука, его необходимо раскрыть, в идеале без складок и провисаний, обеспечить прочность и управляемость, чтобы случайный микрометеорит не стал катастрофой для миссии, а также долговечность. Есть потенциально более надежный и эффективный вариант – электрический парус. Вместо хрупкого полотнища раскрываются тонкие штыри или тросы, на спутнике ставится электронная пушка, выбрасывающая электроны, из-за чего сам спутник и тросы приобретают положительный заряд и отталкивают ионы солнечного ветра. К сожалению, экспериментальный эстонский кубсат ESTCube-1 не смог раскрыть парус в космосе, а финский Aalto-1 должен был раскрыть парус в прошлом году, но новостей о нем нет.


    Принцип работы электрического паруса, иллюстрация Alexandre Szames

    Тросы могут быть использованы для торможения в магнитном поле Земли либо, наоборот, использоваться как двигатель. Если мы размотаем проводящий трос с электронным эмиттером на конце, то в тросе возникнет ток, и спутник начнет тормозить без расхода топлива. А если обратить направление тока, то можно разгоняться. К сожалению, японский эксперимент HTV-KITE закончился неудачей – трос не размотался.


    Принцип работы пассивного торможения проводящим тросом

    Размотав трос и раскрутив получившуюся систему, можно преобразовать момент вращения в скорость, в нужный момент отцепив груз на конце. Таким образом успешно вернули (пусть и не смогли потом найти) капсулу «Фотино» с аппарата «Фотон-М3». В теории вращающиеся тросовые системы можно использовать для перемещения грузов между орбитами, но пока что такие системы работают только в фантастике (например, Нил Стивенсон, «Семиевие»).


    Взаимное положение «Фотино» и «Фотона-М3» при размотке троса

    Эпилог


    Двадцать первый век для спутниковых двигателей обещает быть ничуть не менее интересным, чем двадцатый – изобилие разных концепций обещает новые увлекательные эксперименты и развитие космических двигателей во множестве различных направлений.
    Leader-ID
    Компания

    Комментарии 47

      +2
      А для того, чтобы иметь возможность сравнивать что бы то ни было, нам нужно прежде всего найти критерии, по которым мы будем сравнивать. Для двигателей можно выделить удельный импульс и тягу.
      Ещё масса ДУ — существенный параметр, по которому тоже желательно сравнивать. Может сильно ослабить положительный эффект от высокого УИ. Особенно касается всяких ядерных установок.
        +2
        Косвенно этот параметр пробегает, например, у солнечнотермальных ракет.
        +3
        Всегда мучал вопрос — а если разогнать рабочее тело до околосветовых скоростей — получится ли взломать формулу Циолковского (за счет релятивистского увеличения массы) и отправить корабль к звездам с ускорением 1g с околонулевым расходом рабочего тела.
          +5

          Не получится, потому что релятивисткое увеличения массы — это артефакт СТО. На самом деле увеличивается импульс, а не масса.
          А вообще, гляньте в Википедии релятивистскую формулу Циолковского.

            +1
            Так нас как раз и интересует увеличение импульса выбрасываемого рабочего тела, а не конкретно его масса. Ведь реактивная тяга как раз и описывается законом сохранения импульса.
            И я так понял, речь здесь о другом — не о том, что бы ускоряться бесконечно, а о том, что бы ускоряться расходуя минимальное количество выбрасываемого рабочего тела, за счёт того, что импульс его очень велик, при скорости близкой к скорости света.
            Взлом формулы Циолковского здесь идёт по другой линии — 1кг рабочего тела в баках, будет эквивалентен, допустим 5кг, когда оно будет выбрасываться с околосветовой скоростью.
              +2

              Рассмотрите предельный вариант и все станет понятно. Пусть масса рабочего тела полностью превращается в энергию и выбрасывается в виде узкого луча фотонов. Энергия с массы m: E =mc^2, Импульс с этой массы: P=E/c=mc.
              Как видим никакого взлома формулы.

                +2
                Вы путаете кое что: «масса рабочего тела превращается в энергию», и «массе рабочего тела сообщается энергия извне». Ведь протон, разогнанный до околосветовой скорости может иметь импульс, больший чем если бы он сам превратился в чистую энергию по формуле E=mc^2?
                  +3

                  Если энергия подводится извне — это равносильно подводу массы извне, тогда это совсем другое.

                +4

                Ну, чудес не бывает. Кинетическая энергия, которую мы должны сообщить рабочему телу — тоже растёт по релятивистской формуле. А вместе с ней — и потребляемая мощность.


                Так-то переходите на фотоны — и рабочее тело вообще не понадобится. Но мощность…
                Кстати, фонарик на батарейках в вакууме имеет запас ХС порядка единиц м/с :)

                  +2
                  Кинетическая энергия, потребляемая мощность — это всё понятно, речь не идёт о взломе законов физики.
                  С переходом на фотоны есть проблемка — как создать их источник достаточной мощности?
                  А если использовать, выбрасываемое на околосветовой скорости, рабочее тело — то технологии в принципе уже есть, синхрофазотроны всякие, ускорители частиц. Нужно только упаковать их в более компактную, лёгкую и мощную форму… «всего то» )
                    +4
                    ускорители частиц.

                    А им нужна энергия. А энергоустановку надо охлаждать. В вакууме.


                    Помнится, по модели Виверна, его "вивернджет" на половине дальности до Альфы Центавра не успевал набрать 0,1 с.

                    +2
                    Сейчас подсчитал импульс, который можно получать с помощью фотонов. Выходит, что к примеру лазер, мощностью 1МВт, даёт импульс всего 12 единиц, т.е. для массы 1кг, всего 12м/с deltaV в час. Что очень мало. Где вы нашли, что у фонарика порядка единиц м/с? Что то не похоже на то.
                      +2

                      Значит я ошибся на пару порядков. Вполне могло такое случиться.

                  +2
                  Наиболее экономичным является двигатель, в котором скорость истечения близка к единице. В этом случае для достижения половины скорости света потребуется потратить 40\% исходной массы. Обычно подобные двигатели называются фотонными, однако в качестве реактивной струи могут использоваться не только фотоны, но и заряженные частицы, ускоренные при помощи электромагнитных полей до скоростей, близких к скорости света.

                  Весь вопрос сколько энергии, а значит массы массы, потребуется для разгона этих самых заряженных частиц и не пересилит ли потеря массы потраченная на разгон экономию рабочего тела.

                +3
                > есть даже такие, которые работают не на выбросе массы

                С этого места можно подробнее?
                Несколько хайповатое утверждение.
                PS. только без EmDrive пока.
                  +7
                  В конце материала есть: солнечные паруса, электрические паруса и тросовые системы.
                    +3
                    Во всех этих случаях используется кинетическая энергия какой-то массы.
                    Но не «выброс» своей (возимой) массы, это да.
                      0

                      Есть еще проще — на электромагнитных полях.
                      Вообще никакого реактивного вещества не используется, ни своего ни чужого.

                      +3
                      Это старая и довольно интересная проблематика формулировок, что именно называть активным движением — и она неизбежно приводит к делению на открытые, закрытые и условно закрытые системы — то есть что именно мы включим в перечень элементов системы. К примеру, торможение в атмосфере куда отнести или гравитационные маневры? Или разгон кометы, когда от нагрева идет выделение газа.

                      Вот и получается, что в узком плане активным движением точнее называть именно контролируемое движение с потерей массы или внутренней энергии системы по причине, зависящей исключительно от свойств самого объекта. А в широком — просто изменение энергии системы, причем в том числе и из-за внешних воздействий, имеющих заранее предопределенный характер влияния.
                        0

                        Даже если предположить, что EmDrive работоспособен — чем он лучше фонарика?

                          0
                          Тем, что фонарик — это примитивно, некузяво и недостойно инвестиций.
                          А EmDrive — это все-таки НЕХ, прогрессивно, модно, молодежно и всё такое.
                            0
                            Если предположить, что EmDrive работоспособен, то его эффективность получается на пару порядков выше фонарика. Собственно в этом и его проблема — преобразование энергии в тягу с эффективностью выше чем у фотонного двигателя нарушает закон сохранения импульса.
                              0
                              Я думал это просто фонарик на радиочастоте
                          +2
                          Обратил внимание на фотографию испытания установки MMU, в 1984 году — никакой страховки в виде стропы не видно. Это была настолько большая уверенность в надежности испытываемой конструкции, что даже не рассматривался сценарий нештатной ситуации с потерей контроля?
                            +4
                            Времена были другие, риски считались приемлимыми.
                              +2
                              Осмелюсь предположить, что это был не ковбойский подход, а обдуманное решение.
                              Понятно, что без стропы можно улететь в нежелательном направлении, но это не смертельно само по себе и может быть гарантированно ограничено количеством рабочего тела. А вот переход в неконтролируемое вращение, с наматыванием на себя страховочной стропы и вероятным повреждением скафандра, представляется куда как более опасным, причём опасным мгновенно.
                                +1
                                Ну, их на «Челленджере» было две штуки, теоретически, если что-то пошло бы не так с одной установкой, Маккандлесса мог кто-нибудь подобрать на второй. Да и сам шаттл подлететь бы мог в случае чего.
                                  0

                                  Точно, у шаттла дельта-V больше по любому

                                  +1
                                  Первые запуски наверняка со стропой были, а как освоились — уже катались без стропы. Ну и фоточку без стропы для широких масс сделать конечно надо было — как иначе показать налогоплательщикам успехи космонавтики.
                                    +2
                                    Да, была настолько большая уверенность. Тогда довольно много было такого, вроде идеи использовать пилотируемый корабль без САС в качестве основного средства вывода грузов на орбиту или запуск того же корабля сразу с экипажем без беспилотных испытаний. После катастрофы Челленджера с этим резко завязали.
                                      +3
                                      А у меня возникли два вопроса:
                                      1) Что за провода на уровне глаз между надплечными блоками? Идет как будто от одного к другому, но под странными углами
                                      2) Судя по отражению в шлеме, он, с большой вероятностью, висит в створе люка, как раз между створками, т.е. почти «внутри» шаттла.
                                        +2
                                        1) Могу ошибаться, но судя по всему это кабели для перекачки азота (который был «топливом» MMU). По крайней мере идут они от блока, в том числе управляющего перезарядкой и имеющего надпись crsfd/rchrg (а судя по некоторым схемам еще и crossfeed/recharge valve) и расположены рядом с чем то, похожем на манометр. Вот на этой фотографии можно лучше рассмотреть:
                                        https://www.flickr.com/photos/jjackowski/15660351568
                                        Заправка во время выхода на MMU поддерживалась, расположение «перед глазами» видимо для удобства.
                                        2) Весьма вероятно это именно так, это только одна из фотографий. В этом полете он отлетал от Шаттла почти на 100 метров, и на таких фотографиях он выглядит расположенным значительно дальше.
                                          +2
                                          Спасибо — действительно хорошо видно
                                      +2
                                      Странно, что автор не упомянул про краудфандинговый проект (деньги собирали на кикстартере) солнечного паруса LightSail-2, который был запущен в прошлом году и успешно развернул свой парус, а в последствии и совершил орбитальный маневр при помощи этого паруса.
                                        +2
                                        Сорри, прогулял физику в школе, но у меня практический вопрос по двигателям на холодном газе:
                                        Если в качестве тела использовать сжатый воздух и накачать его, допустим, в бак объемом 20 литров до давления 20МПа. Как рассчитать, какую тягу можно получить от двигателя на этом газе, если весь воздух стравливается, например, за 5 секунд?
                                        +2

                                        Заговоры! Земля плоская, а ракеты разбиваются о небесную твердь!

                                          +2
                                          очень интересно было читать, спасибо автору)
                                            +2
                                            M-drive где? Или он даже не подлежит обсуждению?
                                              +2
                                              Наблюдаем с попкорном за экспериментами.
                                                +2
                                                Что-то об экспериментах уже года 2 ни слуху ни духу.
                                              0

                                              А какая тяга у (допустим) 10Вт лазера? И можно ли говорить про удельный импульс для комбинации солнечные панели — лазеры?

                                                0
                                                Тяга будет (если я нигде не ошибся) где-то порядка 3,3 микрограмм. Килограммовый спутник будет ускорятся приблизительно по 10 м/c в год.
                                                У комбинации лазера и СБ удельного импульса, поскольку не будет расхода топлива. Но будет существенное ограничение по максимальной доступной скорости — скорость убегания для Солнца плюс та скорость, которую успеет набрать аппарат до того, как улетит слишком далеко для работы солнечных батарей.
                                                  0

                                                  3.3 микрограмм от 10Вт? Т.е. 1кВт лазер будет давать 3.3 грамма? Это уже серьёзно. (Too good to be true).


                                                  Алсо, а теперь можно посчитать тяговооружённость ритега с лазером. Или всё уже посчитали до нас и закопали?

                                                    0
                                                    Не грамма. Миллиграмма. В тысячу раз меньше.
                                                    РИТЭГ под такую задачу совсем плох, потому что КПД у него очень низкий, порядка 5%. И это именно КПД преобразования выделяемой при распаде энергии, а всего в энергию у плутония-238 переходит около 0,12% от массы.
                                                      0

                                                      Ясно. Хотя, вопрос открытый, что лучше — РИТЭГ или батареи.


                                                      Алсо, если использовать тепловое излучение РИТЭГа напрямую, КПД должно стать повыше (хотя охлаждать будет сложно).


                                                      … А надо ли охлаждать? Вот у нас висит капля расплавленного плутония и светит фотонами с более приличным импульсом, чем у тепловых. Если при этом нейтроны лишние ещё отражать, то можно ещё кусочек тяги получить.




                                                      Ваш диванный аналитик.

                                                        0
                                                        В любом случае особого смысла не будет. Проблема в том, что хоть УИ у фотонного двигателя огромен, но вот масса затраченного топлива это масса, переведенная в энергию (по пресловутому e=mc^2), и затраченная на разгон а не потери. У плутониевого РИТЭГа даже при 100% кпд всех процессов доля топлива будет около 0,12%. Что даст 360 км/c, если мы разгоняем исключительно сам РИТЭГ. Возьмем более реалистичные, но очень оптимистичные параметры — на РИТЭГ придется 50% массы, его КПД пусть будет аж 50%, КПД лазера тоже. Тогда запас дельты будет весьма скромные 45 км/c. Тяга в обоих случаях будет мизерной. Таких параметров проще будет добиться на обычных ЭРД.

                                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                              Самое читаемое