Какая скорость двигателей на космических кораблях

Скорость ракеты для межзвездного полета

Вырвавшись в космос, люди не остановились на путешествиях вокруг Земли. Следующей целью явилась Луна и чтобы туда долететь надо было прежде преодолеть притяжение Земли. Для этого скорость ракеты была 11,2 км/с или 40 000 км/ч.

Скорость ракеты 7,9 км/с (29 тыс.км/ч) необходимо чтобы попасть на околоземную орбиту, 11,2 км/с (40 тыс. км/ч) – если нужно отправить корабль в межпланетное путешествие.

Скорость корабля для полета на Луну

Полеты на Марс и другие планеты

Расстояние до Марса порядка 56 000 000 км. С учетом возможностей существующих технологий лететь до Марса минимум 210 дней.

Это 266 666 км в день или со скоростью 11 111 километров в час 3 км в секунду.

Одной из основных существующих проблем при полете на другие планеты является скорость ракеты в космосе км/ч которой не достаточно. Пока что более реальней планируется полёт на Марс за марсианскими образцами.

Если до самой ближайшей планеты Марс лететь минимум 210 дней, что физически трудно, но достижимо для человека, то полеты на другие планеты невозможны из-за физиологических возможностей людей.

Ионные двигатели для космических аппаратов

А вот ионы и электроны в специальных ускорителях могут быть разогнаны до быстроты близкой к скорости света – 300 000 километров в секунду. Однако такие ускорители – это пока массивные сооружения не подходящие для летательных аппаратов. Но установки, у которых скорость истечения заряженных частиц около 100 километров в секунду, могут быть на ракетах установлены. Следовательно, они могут сообщить соединенному с ними телу быстроту перемещения большую, чем может достигнуть ракета с химическим топливом. К сожалению, у созданных к настоящему времени ионных космических двигателях сила тяги мала, и вывести на орбиту многотонную ракету с кораблем пока они не могут.
Однако их целесообразно устанавливать на корабле с тем, чтобы они работали, когда корабль уже летает по орбите. Находясь на корпусе корабля, они могут непрерывно поддерживать его ориентацию и постепенно слабым воздействием увеличивать скорость корабля выше той, которую ему сообщили с помощью химического горючего.
Разработка таких, действующих на орбите, электрореактивных двигателей ведется, используя различные физические явления. Одна из задач, стоящих перед разработчиками ионных космических двигателей, сделать их пригодными для полетов на другие планеты.

Возможность достичь с такими двигателями значительно больших скоростей ракеты в космосе, чем с химическим топливом, делает более реальным создание кораблей для полетов на ближайшие планеты.

Источник

Испытания двигателя будущего завершены. Роскосмос празднует успех

На днях в одной из статей я писал про то, что Роскосмос успешно реализует работы над одним из самых амбициозных космических проектов в истории космонавтики.

Все в этом космическом кораблей революционно. Впервые, в качестве источника энергии для космического аппарата будет использоваться ядерный реактор мегаваттного класса , а в качестве двигательной установки будут использоваться тяжелые электрические ионные двигатели.

В комментариях многие читатели спрашивают, мол как же космический двигатель может работать на электричестве и создавать реактивную тягу в вакууме?

Все просто, никакого нарушения физики или магии.

В качестве рабочего тела выступает газ, обычно это аргон или водород. Под действием электростатического поля, газ ионизируется и благодаря высокому отношению заряда к массе, его ионы разгоняются и создают тягу.

Но раз нам все равно необходимо использовать газ в качестве рабочего тела, то для чего тогда нужны эти сложности?

Секрет заключается в очень большом удельном импульсе. Гипотетически такой двигатель способен разогнать корабль до 210 км/c тогда, как максимальная скорость рабочего тела химических двигателях обычных ракет не превышает 5 км/c ., что означет, что использование таких двигателей дает почти 100 кратное преимущество в скорости.

что использование таких двигателей дает почти 100 кратное преимущество в скорости. ., что значит что использование таких двигателей дает почти 100 кратное преимущество в скорости.

При этом, в отличие от химического двигателя, электрический расходует рабочее тело/топливо крайне экономно. Например, американский DAWN потратил всего 410 кг. аргона, чтобы достичь скорости в

40 000 км/ч . При этом, двигатель дает тягу очень равномерно, разгоняя аппарат на всей траектории полета.

И вот тут кроется самый интересный вопрос, если такие двигатели уже созданы, то в чем же инновации?

Дело в том, что все ранее испытанные и реализованные двигатели использовались на малых аппаратах и имели малый объем. Питались они либо за счет РИТЭГов , либо за счет солнечных панелей, т.е. тех источников питания, которые не могут дать много энергии, а следовательно и размеры таких движков были невелики.

Поскольку Роскосмос сообщает о расчетной массе нового комического корабля в районе 30 тонн, то и двигатели ему требуются тоже очень большие.

С этой целью были разработаны тяжелые ионные двигатели, аналогов, которых ранее не было.

Судите сами, если исследовательский аппарат NASA «DAWN» оснащен двигателями с 19-92 мН тяги, то отечественный ИД-500 имеет тягу 375750 мН, а в перспективной модификации новое поколение двигателя ВЧИД-45 будет развивать тягу в 1,8Н , что позволит успешно реализовывать проекты по колонизации дальнего космоса и Марса. Мощность ядерного реактора позволит установить не менее 30 таких двигателей на одном кораблей.

Создать такой двигатель оказалось не просто. Дело в том, что с масштабированием такого устройства и увеличением тяги, существенно возрастает износ ионной оптики и многократное увеличение расхода рабочего тела. Все эти проблемы и удалось решить нашим ученым.

Читайте также:  Из за чего может троить двигатель дизель

Как отметил один из читателей, все это больше похоже на строчки из научной фантастике, однако это правда, двигатели существуют, реактор испытан, программа приоритетна и возможно, что в ближайшие 1015 лет, Россия снова проложит дорогу для всего мира к дальнему освоению космоса.

Дорогие друзья, нам очень важна ваша поддержка- подписывайтесь на канал, ставьте палец вверх. Вам не сложно, а нам приятно.

Источник

Какую максимальную скорость может развить корабль в космосе?

Космические полеты будоражили воображение, с того момента, как человечество заподозрило о существовании пространства вне нашей планеты. Многие годы страны соревнуются в создании ракет и звездных кораблей, чтобы покорить просторы вселенной и узнать ее тайны. Чтобы еще быстрее достигать далеких планет ученые ведут работу над изобретением высокоскоростных двигателей. На сегодняшний день максимальная скорость в космосе еще далека от идеала и не позволяет путешествовать далеко, но наука не стоит на месте и, возможно, скоро ученые преодолеют свои нынешние возможности, научив космолеты быстро путешествовать на очень большие расстояния.

Циолковский полагал, за освоением межпланетного пространства кроется счастливое будущее человека и пока не хочется с ним спорить. Эта сфера предлагает людям немыслимые возможности как в расширении жизненного пространства, так и для развития промышленности и других сфер человеческой жизни.

Виды скорости космического корабля в космосе

У каждого космического тела, движущегося по своей орбите, есть скорость. Это величина которая позволяет объекту преодолеть тяготение космического тела и его системы. Для того чтобы достичь необходимых показателей судно должно иметь и определенные параметры, тогда оно достигнет поставленной цели. Темп движения любого летательного аппарата зависит от нескольких факторов, например из нашей статьи ты можешь узнать от чего зависит скорость самолета. Как мы уже выяснили эта величина есть у каждого объекта и она может делится не категории, в зависимости от возможностей:

  • Первая (V1) – позволяет объекту в свободном движении «зацепиться» за орбиту космического тела.
  • Вторая (V2) – объект способен преодолеть гравитацию небесного тела и начать движение по параболической орбите.
  • Третья (V3) – объект преодолевает притяжение и покидает пределы планеты.
  • Четвертая (V4) – необходима для выхода из Галактического пространства.

Рассчитать необходимые показатели можно с учетом любого коэффициента удаления от центра земли. Но в космонавтике часто используются шаблонные величины.

Скорость корабля для полета на Луну

Для того, чтобы ракета или корабли смог начать двигаться к другой плате , он должен преодолеть притяжение земли. Для этой задачи аппарат должен двигаться не менее 29 000 км/ч. Но этого мало. Теперь необходимо достичь гравитационного поля Луны и преодолеть его. Для этого понадобится цифры не менее 40 000 км/ч. Развив такой темп движения и поддерживая его до самой посадки космолет сможет успешно прилуниться, как было в случае с первыми высадившимися на этой планете людьми. Уйдет на путешествие от Земли до Луны примерно 3 суток. Интересный факт в том, что зная скорость и расстояние до планеты неподготовленному человеку будет сложно рассчитать время. Дело в том, что эта величина в космосе непостоянна, о чем подробнее ты сможешь узнать из статьи «Как идет время в космосе?».

Полеты на Марс и другие планеты

Марс находится на большем удалении чем Луна и логично, что для достижения этой планеты понадобится больше времени. Учитывая возможности современных летательный устройств до красной планеты придется добираться более полугода. На сегодняшний день сложность заключается в том, что запустить пилотируемый аппарат будет очень сложно, за счет недостаточного импульса движения. Он иметь большую массу и объемы, а значит не сможет достичь необходимых для стабильного движения показателей. Единственно доступным, при нынешнем развитии отрасли является посещение планеты на легких аппаратах, для сбора образцов. Полеты на другие планеты пока не рассматриваются вовсе. Доступные космические тела находятся в еще большем удалении от Марса. поэтому и посещение их невозможно.

Какая максимальная скорость ракеты в космосе в км/ч?

Все величины, при расчете полетов в космос имеют значение и все они учитываются при вычислениях. Так и движение любого летательного аппарата, посылаемого в космос будет зависеть в первую очередь от двигателя. Чем выше сила, с которой газ вырывается из сопла двигателя, тем активнее он будет толкать летательный аппарат вперед и тем больший темп он сумеет развить. Примечательно, что с повышением скорости замедляется течение времени для всех пассажиров летательного аппарата. Даже международная космостанция, находящаяся на орбите земли, имеет свое течение времени. Об этом подробнее ты сможешь узнать из статьи «Как идет время на МКС».

Возвращаясь к вопросу о максимальном темпе движения ракеты в космосе нужно учесть ее размеры и вес. Однако максимальные показатели, которых могут достичь все известные летательные аппараты на реактивном двигателе 10 800-14 400 км/ч. Но существуют и другие виды потенциальных разработок, которые теоретически позволяют на много перешагнуть этот порог.

Ионные двигатели для космических аппаратов

Известно, что создав специальные установки, в которых можно разогнать мельчайшие частицы – ионы и электроны, человек теоретически смог бы создать аппарат, способный летать 300 тыс. км/с. Такие сооружения очень массивны и пока еще не придуман способ установки их на космолетах или ракетах. В свою очередь установки чуть поменьше и более медленные, соответственно, оборудовать можно. Именно такой вариант покорения далеких планет и берут на вооружение сегодня. Теперь, узнав какую максимальную скорость может развить корабль в космосе, ты сможешь более четко представить себе всю сложность и необычность полетов к другим далеким планетам.

Источник

Какая скорость ракеты в космосе?

Космические ракеты – это самые быстрые машины из созданных человеком. Высокие скорости ракеты необходимы в космосе для преодоления больших расстояний. Ее величина зависит от модели аппарата, от этапа полета, в которой он находится, и места прибытия. Рассказываем все по порядку.

Есть 3 скорости космического корабля в космосе

  • Первая, с которой можно двигаться по орбите и не рухнуть на планету.
  • Вторая, благодаря которой корабль может покинуть орбиту Земли и направиться к другому небесному телу.
  • Третья, позволяет аппарату преодолеть притяжение Солнечной системы и выйти за ее пределы. Сегодня есть ракеты с такой скоростью: «Вояджер-1» и «Вояджер-2», но пересечь границы измерения им пока не удалось. Ближайшая галактика – облако Оорта – находится в 1 световом годе от Солнца.
Читайте также:  Какое масло лить в двигатель митсубиси l200

Какая нужна скорость, чтобы добраться до Луны?

Чтобы достичь спутника Земли, скорость ракеты должна быть не меньше 40 000 км/ч. Только так космический корабль сможет преодолеть земное притяжение и войти в гравитационное поле Луны. Однако и ему надо оказывать сопротивление, иначе аппарат на огромной скорости разобьется о поверхность Луны. Чтобы этого не происходило, нужно сохранять двигатели включенным до окончательного приземления.

Какая скорость нужна, чтобы добраться до Марса?

Марс — это ближайшая к Земле планета, расстояние между ними составляет 56 миллионов километров. Современная техника позволяет долететь до красной планеты за 210 дней со скоростью ракеты 111 111 км/ч. В космосе люди побывали только на Луне, пока что они не долетели до Марса. Однако на данный момент это единственная планета, куда они физически могут отправиться. Это максимальная доступная сейчас скорость в космосе, поэтому лететь до других небесных тел слишком далеко и долго.

Источник

Журнал «Все о Космосе»

Какие бывают двигатели у космических аппаратов и в чем их сильные и слабые стороны

Двигатель — едва ли не самое важное в космическом аппарате. Без возможности активно маневрировать, набирать скорость и тормозить нельзя выбраться дальше околоземной орбиты, да и на орбите приходится бороться с различными уводящими аппарат в сторону эффектами. За прошедшие с момента запуска первого спутника почти шестьдесят лет технологии заметно шагнули вперед, и одними ракетами все давно не ограничивается.

Ракетный двигатель

Принцип работы ракетного двигателя известен нам как минимум с 30-х годов прошлого века, а как максимум — со времен Древнего Китая. Конечно, бамбуковые ракеты, движимые энергией горения черного пороха, для космоса непригодны, но вот уже двигатели американца Роберта Годдарда (1926 год), россиянина Фридриха Цандера (СССР, рубеж 1920-х и 1930-х годов) или немца Германа Оберта (1930 год) работали на паре «жидкое топливо + окислитель» и уже имели узлы, без которых не обходится любой современный ракетный двигатель.

Ракетный двигатель создает тягу при сжигании топлива: в соответствии с законом сохранения импульса движимый им аппарат приобретает импульс, равный импульсу выходящих в сопло продуктов сгорания. Отсюда можно определить рецепт увеличения тяги: сжигать больше топлива или добиться более высокой скорости реактивной.

Установленный в двигателе турбонасосный агрегат раскручивает лопасти насосов при помощи жаростойкой газовой турбины, а насосы закачивают топливо и окислитель в камеру сгорания. Большой поток топлива и окислителя приводит к интенсивному сгоранию и выбросу мощной струи раскаленных газов. Теоретически при сжигании керосина в кислороде можно получить температуру до 3500 °С и добиться истечения струи со скоростью около трех километров в секунду — практические результаты сейчас близки к теории. Пары водород-кислород или гидразин — тетраоксид азота, два других часто используемых сочетания, дают сопоставимые значения, и это объясняет как достоинства, так и недостатки традиционных ракет.

Ракетный двигатель RS-68, работающий на паре водород-кислород во время испытаний. Обратите внимание на сложную конструкцию над соплом. Стоимость больших ракетных двигателей доходит до $ 10 млн

Достоинством этого двигателя является его мощность, достигаемая сжиганием огромного объема топлива, ограниченная только размерами камеры сгорания. На американском «Сатурне-V» стояли двигатели F1, которые сжигали в единственной камере свыше полутора тонн кислорода и почти тонну керосина ежесекундно. Такое потребление давало тягу более 700 тонна-сил, а пять F1 с успехом доставляли ракету к Луне. Созданные позже советские РД-170 уступали по объему камеры сгорания, но зато камер было сразу четыре — их планировали использовать на сверхтяжелой ракете «Энергия» (носитель «Бурана»), которая могла бы вывести в космос до ста тонн полезной нагрузки.

По сей день начальный этап любого космического полета, хоть на геостационарную орбиту, хоть к Плутону, совершается при помощи ракетных двигателей: ни один другой даже близко не приближается к требуемым для развития космической скорости. Но где достоинства, там и недостатки

Небольшой ракетный двигатель — советский КДУ-414. Его длина составляет всего 70 сантиметров и он дает тягу около 200 килограммов; использовался с середины 1960-х годов для коррекции орбиты космических аппаратов

Экстремальные условия в камере сгорания приводят к тому, что даже многочисленные инженерные хитрости вроде охлаждения стенок подаваемым топливом или отсекания от них основной горячей струи более «холодной» струей от турбонасоса не позволяют добиться сколько-нибудь продолжительной работы в сочетании с высокой надежностью. А внедрение в сплавы жаростойких добавок вплоть до металлов платиновой группы все равно не гарантирует успеха запуска ракеты: доля аварий у всех основных производителей в мире колеблется в районе нескольких процентов. Представьте, какова была бы авиация, если бы даже каждый сотый рейс заканчивался взрывом или падением самолета!

Изготовленные уже не для старта с Земли, а для полета в безвоздушном пространстве ракетные двигатели имеют не столь экстремальные параметры, но все равно регулярно подводят. Российские разгонные блоки ДМ и «Фрегат», например, имеют долю отказов в районе от одного до трех процентов. Последняя авария произошла в 2014 году, когда «Фрегат» вывел на нецелевую орбиту два спутника европейской навигационной системы Galileo. Хотя нельзя сказать, что российские блоки как-то особо ненадежны: американский Centaur отказывал больше десятка раз на двести с лишним запусков.

Статистическая оговорка: как можно заметить, многие числа нами указываются приблизительно. Это обусловлено тем, что говорить о точных значениях зачастую нельзя. Скажем, разгонные блоки многих семейств производятся с 1960-х годов с целым рядом модификаций, и обобщать статистику запусков за все время затруднительно. Тяга двигателя немного зависит от атмосферного давления, а температура сгорания топлива — от его состава и режима работы двигателя.

Ракетные двигатели крайне неэкономичны. Их КПД уступает паровозному: мы вынуждены тратить гигантские запасы горючего с окислителем для достижения цели. Хуже того, наши затраты нелинейно растут с увеличением дельта-V, той скорости, которую должен приобрести наш космический аппарат для достижения цели. Чтобы попасть к Луне и вернуться, потребовался уже упоминавшийся «Сатурн-V»; полет же к звездам или хотя бы к Облаку Оорта за разумное время потребует ракет, габариты которых выходят как за пределы возможностей современных технологий, так и за рамки здравого смысла.

Читайте также:  Работа асинхронного двигателя в режиме короткого замыкания

Ионы и плазма

Если снова обратиться к закону сохранения импульса, то становится ясно: чем быстрее покидает двигатель струя вещества, тем он эффективнее. Получить скорость струи свыше нескольких километров в секунду сжиганием чего-либо невозможно, однако двигатели, работающие на частицах со скоростью в десятки км/с, уже существуют. Они — ионные.

Суть ионного двигателя заключается в том, что сначала газ превращается в плазму, смесь положительно заряженных ионов с электронами. Далее заряженные частицы разгоняются электромагнитным полем и выбрасываются наружу — таким образом удается разом обойтись без экстремальных условий внутри двигателя и превзойти скорость истечения продуктов даже самых «жестких» химических реакций вроде сжигания лития в атмосфере фтора.

Правда, назвать ионные двигатели идеальными тоже нельзя. При более-менее достижимой на сегодня электрической мощности — а это, как правило, не более киловатта — их тяга не превышает считанных граммов. Двестикиловаттный VASIMIR, который одно время планировали поставить на МКС, выдавал на испытаниях в вакуумной камере около пяти ньютонов тяги — этого было бы достаточно для отрывания от Земли груза в полкилограмма. Даже в предположении, что ионному двигателю не мешает работать атмосфера, поднять с космодрома хотя бы свой собственный вес такое устройство не сможет.

Испытания одного из первых плазменных двигателей состоялись уже в 1961 году. Ионные двигатели впервые полетели в космос в 1964-м, а сегодня ионные и плазменные установки ставятся на многие спутники для удержания на заданной орбите.

Но в дальнем космосе этого и не требуется. Там важна экономичность и надежность — то, чем как раз отличаются ионные двигатели. Многие из них способны буквально годами работать бесперебойно, а в пересчете на килограмм потраченного рабочего тела (говорить «топливо» уже не очень корректно, ведь ничего не сжигается) они дают намного больший результат. Аппараты на ионных двигателях поначалу отстают от взявших быстрый старт ракетных аналогов, но ракетного топлива хватает от силы на несколько часов, а ионный «мотор» растягивает запас инертного газа в баке на годы. Медленно, буквально по миллиметру в секунду, прибавляя скорость, «черепаха» на ионной тяге сначала догоняет, а потом и перегоняет ракетного «зайца» с опустевшими баками.

Аппарат «Рассвет», летавший к Весте и Церере, японская миссия «Хаябуса» по доставке на Землю образца астероидного грунта, российские двигатели для геостационарных спутников — все это далеко не полный перечень ионных и плазменных установок в космосе. Плазменные представляют собой вариант ионных: в них ионизированный газ ускоряется не при помощи электродов, а выходит наружу с большой скоростью после разогрева тем или иным способом.

Существуют проекты мощных ионных или плазменных двигателей с электропитанием от большого массива солнечных батарей или ядерного реактора. Возможно, уже в ближайшие десятки лет мы получим установки, способные в разы сократить сроки перелетов между планетами. Разработка двигательной установки с ядерным реактором ведется в России силами предприятий Росатома и, по сообщениям осени 2016 года, может быть готова к испытаниям уже к концу 2018 года. Подобным же проектом занимаются и в Китае.

А еще есть проекты плазменных двигателей, которые будут использовать в качестве рабочего тела водяной пар. Воду можно получать, используя астероиды или лунный грунт. Это разом решит проблему и дозаправки вдали от Земли, и дороговизны выведения на орбиту. Упомянутые выше ограничения ракетных двигателей ведут к тому, что сегодня килограмм груза даже на самой низкой орбите стоит тысячи долларов, а доставка на геостационарную орбиту сопоставима по цене с изготовлением такого же по массе спутника из чистого золота!

Паруса

Идеальный двигатель должен по возможности весить как можно меньше, иметь нулевой расход топлива и полное отсутствие частей, которые могут сломаться во время работы. И подобные устройства существуют. Речь о парусах, призванных либо поймать поток заряженных частиц от Солнца, либо потянуть космический аппарат вперед под давлением света. В первом случае парус предполагается делать из тонких проволочек, создающих вокруг себя электрическое поле, а во втором случае сгодится любой легкий и блестящий материал вроде металлизированного пластика.

Солнечный парус в испытательной камере на Земле.

Примечательно, что концепция солнечного паруса если не опередила появление жидкостного ракетного двигателя, то возникла примерно тогда же. В 1900 году Петр Лебедев впервые исследовал эффект давления солнечного света, а в 1920-х идея использовать это явление для движения космических аппаратов была озвучена Фридрихом Цандером. Тем самым, который разработал советский жидкостный ракетный двигатель.

На практике «солнечным парусником» стал японский аппарат IKAROS в 2010 году, за ним последовал собранный американским «Планетарным сообществом» зонд Light Sail-1. Два других экспериментальных спутника, Cosmos-1 и NanoSail-D, пытались запустить в 2005 и 2008 годах, но оба раза подвели ракеты — один раз российская «Волна», а во второй — уже Falcon 1 Илона Маска.

Кроме того, эффект давления света использовал вполне обычный межпланетный зонд MESSENGER, летевший к Меркурию. Для корректировки его курса инженеры предпочли использовать отражение солнечных лучей от блестящей поверхности солнечных батарей аппарата. Тяга в итоге получалась очень маленькой, но зато ей можно было очень точно управлять, для маневрирования не требовалось топлива и сберегался ресурс ракетных двигателей.

Отдельно стоит упомянуть и т.н. электрический парус: его толкает вперед взаимодействие электрического поля тонких проволочек с летящими от Солнца заряженными частицами. И первенство в этой области принадлежит не одной из признанных космических держав, а Эстонии: собранный в Университете Тарту ESTCube-1 вышел на орбиту в 2013 году и проработал два года. Правда об успехе эстонцев надо упоминать «со звездочкой»: раскрыть электрический парус им не удалось. Но сейчас эстонские инженеры работают над следующим аппаратом, ESTCube-2. Может, все-таки успеют стать по-настоящему первыми.

Электрические паруса менее эффективны в сравнении с солнечными, однако они требуют куда меньше материала (тонкие проволоки вместо сплошной пленки). Легкие и компактные, они подходят для долговременных миссий — например, есть проект «электрического парусника» к Урану. Он сможет достичь этого ледяного гиганта всего за шесть лет. Для сравнения: «Вояджер-2» потратил девять лет, и при этом расположение планет было на редкость удачным.

Источник

Adblock
detector