على الموجات الدقيقة إلى الفضاء وقليلاً من الماتان

هناك مثل هذه الشركة الأمريكية الناشئة Dynamics Escape Dynamics، التي تطور مركبة إطلاق من نوع غير عادي إلى حد ما. نسلهم لا يطير على مصدر كيميائي داخلي (على سبيل المثال ، حرق الكيروسين أو الهيدروجين في الأكسجين) ، ولكن على ميكروويف خارجي. يتم الحصول على قوة رد الفعل عن طريق إخراج الهيدروجين المسخن ، ويتم تسخينه بواسطة شعاع ميكروويف من مصدر أرضي. يعتقد مبدعو هذه الشركة الناشئة أنه على هذا الأساس من الممكن تطوير سفينة سهلة ورخيصة قابلة لإعادة الاستخدام لإخراج الأحمال التسلسلية (الصغيرة حتى الآن) في الفضاء. في الواقع ، هذا المفهوم ، كما كان ، يبني جسرا بين وسائل الإعلام التي يمكن التخلص منها ، مما يعني ضمنا تدمير "الحديد" عالي التقنية بقيمة عشرات الملايين من الدولارات في كل مرة ومشاريع الهندسة الفلكية (مثل حلقة الإطلاق أو مصعد الفضاء) ، مما يعني مخرجات رخيصة ولكن أيضًا مبلغًا باهظًا من الاستثمار.




والأكثر إثارة للاهتمام هو أن مصدر الميكروويف الذي يعمل على تردد 92.3 جيجا هرتز هو جيروترون معروف جيدًا لقرائي ، والذي يستخدم لتسخين البلازما ECRH في ITER والآلات النووية الحرارية الأخرى. لماذا هو بالضبط؟ فقط gyratrons قادرة على توليد ميغاوات من طاقة الميكروويف عند مثل هذه الترددات العالية. لماذا ميجاوات ومثل هذه الترددات العالية؟


ديناميكيات هروب ديناميكية 100 كيلووات وميغاوات


من JSC "Geek".

مع التردد ، كل شيء بسيط. حتى أسرع الصواريخ المتسارعة تكمل القسم النشط على مسافة 1000-1500 كيلومتر من نقطة الإطلاق. حتى إذا وضعت عدة محطات ، فمن الواضح أننا لن نقطع مسافة تقل عن 500 كيلومتر من السفينة. إذا كنا لا نريد أن نفقد الإشعاع ، فمن المستحسن أن يكون حجم البقعة من الموجات الدقيقة على الهدف لا يزيد عن 10 أمتار. هذا يتوافق مع عرض شعاع قدره 4 ثوان قوسية. لإنشاء مثل هذه الحزمة الضيقة ، يجب أن يكون ناتج التردد (بالجيغاهرتز) بقطر الهوائي (بالأمتار) 18900! أولئك. لتردد 10 غيغاهرتز ، سيكون قطر الهوائي 1.9 كم. الحمد لله ، يمكنك رفع التردد ... على سبيل المثال ، إلى نافذة شفافية الميكروويف الشهيرة التي تبلغ 92.3 جيجا هرتز ، والحصول على قطر هوائي مكافئ 205 متر.



وهكذا ، تصبح اللحظة الأولى واضحة - من أين جاء مجال الهوائيات الدوارة (التي تعمل كمصفوفة أحادية الطور) وتردد 92.3 جيجا هرتز.

الآن عن السلطة. تقول Escape Dynamics أن الدافع المحدد لتصميمها عند التشغيل على الهيدروجين سيكون 700-850 ثانية. هذا ليس رقمًا قياسيًا ، لكنه لا يتطلب تسخين الهيدروجين إلى 3200 درجة مئوية.هذا الرقم ووزن الحمولة (200 كجم) يسمح لك بتحديد بعض المعلمات المهمة لمكوكهم على الفور. كيف افعلها؟ من صيغة تسيولكوفسكي وبعض الافتراضات. من المعروف أنه للدخول إلى المدار ، مع مراعاة جميع الخسائر ، من الضروري طلب 9300 م / ث. مع وجود دفعة محددة تبلغ 700 ثانية ، باستخدام هذه الصيغة ، يمكننا معرفة نسبة وزن الوقود (الكتلة التفاعلية) والسفينة V = I * ln (Mn / Mk) ، حيث V هي السرعة التي ستلتقطها الطائرة ، تنخفض مع الدافع المحدد I كتلة الوقود Mt = Mn ( الأولي) - Mk (نهائي). نحصل على نسبة الكتلة الأولية إلى النهائية - 3.87. بافتراض أن لدينا مكوك فائق ،الذي يزن 1/4 كتلة الوقود المحتوي عليه ، سوف يزن 500 كجم ، وسنستخدم 2 طن من الهيدروجين. ونضع 200 كيلوجرام في مدار منخفض.



الآن دعونا نقدر قوة وسادة التدفئة بالموجات الدقيقة. يبلغ معدل تسارع مركبات الإطلاق الحديثة في المتوسط ​​حوالي 2x G. نحن أفضل حالًا بشكل أسرع ، على سبيل المثال عند 3.5 G ، حتى لا نبتعد كثيرًا عن محطات الإمداد. للحفاظ على هذه الوتيرة ، نحتاج إلى جر ((2.7 + 0.7) / 2) * 3.5 - 5.95 طن. كل كيلوغرام يتم إلقاءه في الثانية يعطي 700 كجم من الجر (هذا هو في الواقع المعنى المادي لمفهوم الدافع المحدد) ، مما يعني أننا بحاجة إلى تسخين 8.5 كجم في الثانية. ما مقدار الطاقة اللازمة لهذا؟ هنا مرة أخرى ، الأمر بسيط - يطير الهيدروجين من الفوهة بسرعة 6867 م / ث (700 ثانية UI * 9.81) ، ووفقًا لصيغة الطاقة الحركية ، فإن كل كيلوغرام يحمل 23.6 ميجا جول ، وفي المجموع نحتاج إلى 200 ميغاوات. رائع. في الواقع ، هذا ليس مفاجئًا للغاية ، لأن محركات الصواريخ لديها قوى استثنائية - على سبيل المثال ، RD-171 - 27 جيجاوات (بكتلة 10 أطنان) ،ومحرك المكوك SSME حوالي 8 جيجاوات.



ولكن نعود إلى الميكروويف 200 ميغاواط. لسوء الحظ ، حتى مع الترتيب الأكثر ملاءمة للباعث بالنسبة للحيوانات الصغيرة ، فإن نصف الطاقة على الأقل سوف يلتهم الغلاف الجوي. الامتصاص في "نافذة الشفافية" هو 0.4 ديسيبل / كم في الغلاف الجوي السفلي و 0.1 ديسيبل / كم في الجزء العلوي. لذا نحتاج إلى 400 ميغاوات ونعطي كفاءة الجيروترونات - 800 ميغاوات من الشبكة. دعني أذكرك بأن التثبيت القياسي لـ ITER سينتج 20 ميغاواط - 1/20 مما خططت له Dynamics Dynamics. والأمر المثير للاهتمام هو أنه إذا تم "ربط" مشروعهم فيما يتعلق بمركبة الإطلاق ، فستكون هناك حاجة إلى استثمارات ITER طويلة الأجل في الجيروترونات هنا ، بما في ذلك تجربة أحد رواد العالم في هذه الصناعة ، مؤسسة نيجني نوفغورود Gikom ومعهد الفيزياء التطبيقية. هم الذين يمتلكون تكنولوجيا الجيروترونات ميجاوات ،والتي يمكن استخدامها لإنشاء حقول انبعاث لتقنية ED. لذا ، وبشكل غير متوقع ، تؤدي الاستثمارات في العلوم في مكان واحد إلى ظهور استثمارات غير عادية تمامًا ، حسنًا ، أتمنى النجاح للشركات الناشئة الأمريكية في فكرتها المثيرة للاهتمام إلى حد ما.

Source: https://habr.com/ru/post/ar383179/