Hệ thống vệ tinh Pulsar Fusion và Princeton phát triển động cơ tên lửa nhiệt hạch
Hình ảnh thiết kế của tàu vũ trụ từ Pulsar Fusion. Hệ thống đẩy thể hiện trong phần
Để phát triển hơn nữa công nghệ tên lửa và vũ trụ và ngoài quỹ đạo Trái đất, trước hết cần phải có các công nghệ mới, trước hết là các hệ thống đẩy mới về cơ bản. Giờ đây, một số dự án thuộc loại này dựa trên những ý tưởng táo bạo nhất đang được thực hiện ở một số quốc gia. Do đó, công ty Pulsar Fusion của Anh, hợp tác với Hệ thống vệ tinh Princeton của Mỹ, đã bắt đầu làm việc trên động cơ nhiệt hạch Direct Fusion Drive. Người ta hy vọng rằng một sản phẩm như vậy sẽ thể hiện các đặc tính kinh tế và kỹ thuật độc đáo.
Hướng đi đầy hứa hẹn
Công ty Pulsar Fusion của Anh được thành lập vào năm 2011 bởi một nhóm các chuyên gia trẻ tuổi. Cô gọi mục tiêu của mình là phát triển các hệ thống đẩy mới cho công nghệ tên lửa và vũ trụ, giúp tạo ra bước đột phá tiếp theo trong lĩnh vực này. Lý tưởng nhất là các phát triển và hệ thống đẩy mới sẽ phải cung cấp khả năng tiếp cận bên ngoài quỹ đạo của trái đất và hoạt động chính thức gần các thiên thể xa xôi.
Công ty đang nghiên cứu các tùy chọn khác nhau cho động cơ và nhiên liệu cho chúng. Vì vậy, vào tháng 2021 năm XNUMX, các cuộc thử lửa đầu tiên đối với nhiên liệu rắn được sản xuất bằng polyetylen tái chế đã diễn ra. Mức phí nhiên liệu cụ thể cho thấy mức hiệu suất cần thiết và cũng xác nhận khả năng sử dụng vật liệu có thể tái chế trong công nghệ tên lửa.
Động cơ lò phản ứng nhiệt hạch
Trong vài năm qua, Pulsar Fusion đã nói về ý định phát triển và chế tạo động cơ tên lửa nhiệt hạch. Khi giải quyết tất cả các vấn đề thiết kế được đặt ra, việc cài đặt như vậy sẽ cho thấy các đặc điểm độc đáo về lực kéo và hiệu quả. Người ta hy vọng rằng với sự trợ giúp của động cơ nhiệt hạch, tàu vũ trụ sẽ có thể bao phủ những khoảng cách lớn trong thời gian tối thiểu.
Cho đến gần đây, công ty chỉ tham gia vào việc phát triển lý thuyết của một dự án đầy triển vọng. Bây giờ công việc đang chuyển sang một giai đoạn mới. Vào giữa tháng XNUMX, Pulsar Fusion đã ký một thỏa thuận với công ty Princeton Satellite Systems của Mỹ. Họ sẽ cùng nhau tiến hành các nghiên cứu cần thiết và hình thành hình ảnh tối ưu của động cơ để tiếp tục phát triển tài liệu dự án.
Thật tò mò rằng công ty đã có ý tưởng sơ bộ về một động cơ đầy hứa hẹn sẽ như thế nào. Cô ấy đã trình diễn các mô hình máy tính của chính quá trình cài đặt và tàu vũ trụ với nó. Sản phẩm được hiển thị có tất cả các thành phần cần thiết tương ứng với khái niệm của dự án. Tuy nhiên, trong tương lai, khi dự án phát triển, giao diện của quá trình cài đặt có thể thay đổi.
sân khấu khoa học
Theo một thỏa thuận được ký kết gần đây, Pulsar Fusion và Hệ thống vệ tinh Princeton sẽ hợp tác với nhau trong các nghiên cứu cần thiết trong tương lai gần. Cơ sở kỹ thuật cho các công việc này sẽ do phía Mỹ cung cấp. Phần chính của công việc sẽ diễn ra tại cơ sở nghiên cứu Princeton Field-Reversed Configuration 2 (PFRC-2), cơ sở đã được sử dụng trong các chương trình nghiên cứu khác nhau, của Mỹ và nước ngoài.
Sơ đồ động cơ DFD
Ý tưởng lắp đặt nhiệt hạch với cấu hình đảo ngược từ tính (Field-Reversed Configuration) đã được đề xuất vào đầu những năm XNUMX. Ngay sau đó, Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton đã xây dựng và thử nghiệm một nhà máy thí điểm loại này. Sau khi xác nhận khả năng hoạt động của khái niệm này, cô ấy tiếp tục nghiên cứu. Công việc đang được thực hiện theo đơn đặt hàng của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và NASA.
Sau đó, Princeton Satellite Systems tham gia nghiên cứu về động cơ nhiệt hạch. Cô thành lập cơ sở nghiên cứu của riêng mình và xây dựng cơ sở PFRC-2. Trong tương lai, khi các giai đoạn nghiên cứu mới được triển khai, người ta đã lên kế hoạch tạo ra hai tổ hợp thử nghiệm nữa.
Rõ ràng, Pulsar Fusion và Princeton Satellite Systems sẽ chia sẻ trách nhiệm. Phía Mỹ có thể đảm nhận vai trò chủ trì nghiên cứu, còn các chuyên gia Anh sẽ trực tiếp phát triển động cơ dựa trên công nghệ mới. Vì vậy, họ đã lắp ráp một số đơn vị, có thể là một phần của thử nghiệm.
Không muộn hơn năm 2027, nó được lên kế hoạch xây dựng và thử nghiệm một động cơ trình diễn công nghệ chính thức. Nó sẽ phải khác biệt đáng kể so với việc lắp đặt trong phòng thí nghiệm và cho phép lắp đặt trên tàu vũ trụ giả định.
Trong quá trình lắp ráp các phần tử của DFD có kinh nghiệm
Lực đẩy từ tổng hợp
Dự án Hệ thống vệ tinh Pulsar Fusion và Princeton dựa trên khái niệm Direct Fusion Drive (DFD). Nó cung cấp để có được lực đẩy trực tiếp từ phản ứng tổng hợp nhiệt hạch, không có giai đoạn phát điện trung gian, v.v. Để thực hiện một khái niệm như vậy, cần có một động cơ có thiết kế cụ thể, có một số tính năng và yếu tố của lò phản ứng nhiệt hạch.
Cơ sở nghiên cứu PFRC-2 có thể coi là nguyên mẫu của động cơ DFD. Nó có một thiết kế phù hợp và tất cả các thiết bị cần thiết. Đồng thời, tổ hợp phòng thí nghiệm có kích thước hạn chế và cần nhiều thiết bị liên quan. Ngoài ra, nó không thể hiện mức độ mong muốn của các đặc tính. Tất cả điều này cho phép tiến hành các thử nghiệm, nhưng loại trừ việc triển khai đầy đủ trong thực tế.
Yếu tố chính của động cơ DFD là một lò phản ứng nhiệt hạch ở dạng buồng hình trụ, trên đó các cuộn dây điện từ được đặt từ bên ngoài. Khí được sử dụng trong phản ứng tổng hợp nhiệt hạch, chẳng hạn như hỗn hợp đơteri và heli-3, được đưa vào buồng. Sau đó, phản ứng bắt đầu và một cục plasma hình elip hoặc trục chính được tạo ra ở trung tâm của buồng. Cung cấp nguồn cung cấp nhiên liệu mới liên tục để duy trì phản ứng trong thời gian cần thiết.
Thông qua một trong các đầu, chất lỏng làm việc của động cơ được đưa vào buồng - một hoặc một chất khác ở dạng khí. Trong quá trình nghiên cứu, cần xác định thành phần tối ưu của loại “nhiên liệu” như vậy. Đi qua buồng, chất lỏng làm việc phải nhận năng lượng, nóng lên, không đạt đến trạng thái plasma và được dẫn đến vòi ở đầu kia của buồng. Thoát ra ngoài qua vòi, khí sẽ tạo ra lực đẩy cần thiết.
Phản ứng nhiệt hạch cho phép tạo ra nhiệt độ vài triệu độ trong buồng lò phản ứng và truyền năng lượng cao nhất tương ứng cho chất lỏng làm việc. Theo đó, có thể cải thiện đáng kể các thông số năng lượng của động cơ - lực đẩy của nó sẽ tăng lên trong khi vẫn duy trì mức tiêu thụ chất lỏng làm việc ở mức chấp nhận được. Trong trường hợp này, không có tổn thất cho chuyển đổi năng lượng trung gian.
Quan điểm công nghệ
Pulsar Fusion tiết lộ hiệu suất mong muốn của động cơ DFD của nó. Vì vậy, trong các tài liệu đã công bố xuất hiện một tàu vũ trụ giả định giống như tên lửa nặng 10 tấn, được trang bị một lò phản ứng nhiệt hạch dài vài mét, có thể đạt tốc độ hơn 220 km / s.
Với tốc độ này, khoảng cách tối thiểu từ Trái đất đến Sao Hỏa sẽ vượt qua trong hai ngày. Chuyến bay tới Titan, tới quỹ đạo của Sao Thổ, trên quỹ đạo tối ưu sẽ mất hai tháng. Những tính toán như vậy không tính đến nhu cầu tăng tốc và giảm tốc cũng như các khía cạnh khác của chuyến bay vào vũ trụ. Tuy nhiên, ngay cả trong trường hợp này, dự án DFD trông thú vị hơn nhiều so với các động cơ "hóa học" hiện đại.
Những ưu điểm khác của việc cài đặt DFD cũng được chỉ ra. Do đó, một lò phản ứng nhiệt hạch có thể được sử dụng để tạo ra điện và với khối lượng lớn bất thường cho công nghệ vũ trụ. Nhiên liệu cho lò phản ứng không cần nhiều không gian và chất lỏng làm việc được đề xuất thu thập trực tiếp ngoài vũ trụ. Với tất cả những điều này, nguy cơ bức xạ của việc lắp đặt và khí thải của nó là tối thiểu, và về mặt này, DFD vượt trội so với các lựa chọn động cơ hạt nhân khác cho không gian.
Tuy nhiên, khái niệm DFD có một số nhược điểm, bao gồm. phê bình. Trước hết, vấn đề là sự non nớt của công nghệ tổng hợp nhiệt hạch. Bất chấp mọi nỗ lực, vẫn chưa thể tạo ra một lò phản ứng tạo ra nhiều năng lượng hơn mức cần thiết để hoạt động với plasma. Đồng thời, động cơ DFD cần công suất đầu ra lớn - các thông số của chất lỏng làm việc và đặc điểm chuyến bay phụ thuộc vào nó.
Ngoài ra, các chuyên gia Anh và Mỹ sẽ phải giải quyết vấn đề về kích thước và trọng lượng. Hệ thống đẩy phải tuân thủ các thông số của tàu vũ trụ và những hạn chế của phương tiện phóng. Các tổ hợp thử nghiệm chiếm mặt bằng lớn và yêu cầu cơ sở hạ tầng bổ sung không có triển vọng thực tế.
Theo dõi tương lai
Nhìn chung, khái niệm về động cơ tên lửa nhiệt hạch DFD và dự án từ Pulsar Fusion rất được quan tâm. Một thiết kế động cơ mới cho công nghệ tên lửa và vũ trụ được đề xuất, có thể giúp tăng đáng kể hiệu suất. Đồng thời, một kiểu cài đặt mới sẽ có thể bỏ qua các mẫu hiện có trong các tham số chính, ngay cả khi thành công hạn chế - tồn đọng lớn như vậy có một khái niệm mới.
Tuy nhiên, sự phát triển của động cơ DFD phải đối mặt với một số hạn chế và thách thức nghiêm trọng ở mọi cấp độ. Ngay cả bộ phận trung tâm của động cơ cũng chưa sẵn sàng, nếu không có nó thì toàn bộ hệ thống sẽ không thể hoạt động và hiển thị các đặc tính mong muốn. Các công ty tham gia dự án mới sẽ phải giải quyết một số vấn đề phức tạp. Nếu họ đương đầu với các nhiệm vụ được đặt ra, ngành du hành vũ trụ sẽ nhận được những cơ hội mới. Nếu không thì lịch sử công nghệ tên lửa sẽ được bổ sung bằng một dự án thú vị nhưng vô dụng khác.
tin tức