Ср. Июн 5th, 2024

Концепция направленной передачи энергии от удаленного источника непосредственно к двигателю космического летательного аппарата (КЛА) представляет собой революционный шаг по сравнению с обычными химическими и электрическими ракетными двигателями.

Так как источник энергии находится на борту КЛА, применение двигательной системы, питаемой посредством направленной передачи энергии, позволяет преодолеть сразу два ограничения первостепенной важности: по удельному импульсу и по удельной мощности. В движителях с направленной передачей энергии удельный импульс, по-видимому, может достигать значений, приближающихся к соответствующим величинам для электроракетных движителей; получаемые при этом тяговооруженности типичны скорее для химических двигателей. Конструкция движителя может быть оптимизирована с целью достижения максимальной простоты при достаточно высоких рабочих характеристиках, тогда как удаленный источник может быть весьма сложным.

Схемы движителя. По принципиальным схемам лазерные двигатели можно в общем разбить на три различные группы: лазерно-тепловые, лазерно-электрические и смешанные. В настоящее время наибольшее внимание уделяется разнообразным лазерно-тепловым двигателям, в которых направленное излучение поглощается твердым, жидким или газообразным рабочим телом. Основными механизмами поглощения являются:

  • поглощение в процессе, обратном тормозному излучению,
  • континуумное поглощение,
  • молекулярное (линейчатое) поглощение,
  • поглощение частицами,
  • поглощение излучения и нагрев газа в теплообменниках. Современное состояние знаний в области поглощения лазерной энергии в двигателях с газообразным рабочим телом рассматривается в обзоре.

На рис. 1. показаны три принципиальные схемы лазерного теплового ракетного движителя. Первые две схемы (рис. 1, а и б) основаны на поглощении излучения импульсно-периодического (ИП) лазера твердым и газообразным рабочим телом соответственно. В работе рассматриваются перспективы таких [I] лазерных ИП-двигателей. На рис. 1, в приведена схема движителя непрерывного действия с лазерным нагревом рабочего тела, в качестве которого используется водород с добавкой. В работе обсуждаются области необходимых исследований таких непрерывных ракетных двигателей с лазерным нагревом рабочего тела. Проводятся исследования движителей непрерывного действия, связанные с поджигом оптического разряда в водороде, расположением зоны поглощающей плазмы в лазерном луче и устойчивостью плазмы. Рассматриваются вопросы численного моделирования течений в лазерном тепловом

 
Рис. 1. Схемы лазерных тепловых ракетных движителей.

а — двигатель с волной лазерной детонации, образующейся над поверхностью твердого рабочего тела Стадия I: приготовление рабочего тела — первый лазерный импульс низкой плотности энергии испаряет небольшую часть твердого рабочего тела. Стадия II: создание тяги — под действием второго лазерного импульса высокой плотности энергии образуется детонационная волна в парообразном рабочем теле; б — лазерный импульс образует взрывную волну; расход рабочего тела определяется акустическим запиранием канала, в — окно в виде линзы; нагрев газа волной лазерного горения; движителе непрерывного действия; изучаются различные механизмы потерь в непрерывных импульсно-периодических лазерных тепловых двигателях.

Для ввода излучения внутрь камеры лазерного теплового двигателя можно применять окна двух основных типов:

  • твердое окно,
  • аэродинамическое окно.

Что касается твердых окон, то в настоящее время исследования сосредоточены на разработке химически стойких материалов с низким коэффициентом поглощения, а также на выяснении механизмов повреждения оптических поверхностей. Аэродинамические окна разрабатываются в первую очередь для самих лазерных генераторов. Чтобы установить пределы применимости аэродинамических окон в космосе, исследуются наряду с другими вопросами и основные механизмы переноса газа.

Оптическая система движителя межорбитального буксира. На схему оптической системы движителя большое влияние оказывают назначение космического аппарата и требования к era двигательной установке. Лазерные передатчики наземного базирования должны быть снабжены адаптивной оптической системой, которая позволяла бы пропускать луч через атмосферу без существенного искажения, обусловленного турбулентностью и тепловым расплыванием. Очевидно, что для лазерного передатчика космического базирования эти требования снимаются.

В общем геометрия, размеры, сочленение элементов, а следовательно, и масса приемной оптической системы (расположенной на КЛА с лазерным двигателем) определяются выбором длины волны лазерного излучения, расстоянием между источником и приемником излучения и расположением источника (на земле или в космосе). Зеркальные элементы оптической цепи могут быть отражающими или преломляющими, простыми или составными. В большинстве случаев для снижения тепловых нагрузок и искажений оптических поверхностей вследствие температурных деформаций понадобятся многослойные пленки, обеспечивающие высокий коэффициент отражения. Для уменьшения потерь при прохождении мощного лазерного излучения через окна и преломляющие элементы, по-видимому, потребуется применение антиотражающих покрытий.

В зависимости от уровня интенсивности падающего излучения зеркальные элементы двигателя могут охлаждаться как за счет собственного излучения (например, большое главное зеркало приемной системы), так и путем активного охлаждения газообразным, жидким или, возможно, криогенным хладагентом. На некоторых космических аппаратах оптические элементы, возможно, будут вращаться с целью снижения средней во времени тепловой нагрузки. При тяжелых условиях охлаждения зеркал можно было бы использовать новые прогрессивные системы на основе тепловых труб, обладающих превосходной охлаждающей способностью. В некоторых случаях можно, по-видимому, избежать больших тепловых нагрузок на отражающие оптические элементы, если использовать скользящее падение лазерного луча на отражающую поверхность, приводящее к значительному увеличению «отпечатка» луча на поверхности.

Чтобы не допустить разрушения элементов оптической цепи, а также не превысить возможностей системы охлаждения внутренних стенок камеры движителя, необходимо строго контролировать величины энергии падающего лазерного импульса, облученности, средней во времени плотности мощности и положение пятна луча. Неточности юстировки могли бы вызвать попадание мощного луча на незащищенную обшивку и аппаратуру КЛА, поэтому для предотвращения такого «самопоражения» необходимо разработать безопасные и надежные системы управления.

Наконец, в некоторых лазерных двигателях, требующих применения рабочего тела с добавкой, необходимо тщательно следить за тем, чтобы инжекция твердых или жидких щелочных добавок в камеру движителя и последующая эжекция «загрязненного» высокоскоростного выхлопного факела не привели к осаждению на оптических поверхностях космического аппарата частиц, сильно поглощающих лазерное излучение. В противном случае отражательная способность этих поверхностей могла бы настолько сильно ухудшиться, что начался бы процесс их разрушения.

От content

Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Обнаружен блокировщик рекламы! Пожалуйста, обратите внимание на эту информацию.

We\'ve detected that you are using AdBlock or some other adblocking software which is preventing the page from fully loading.

У нас нет баннеров, флэшей, анимации, отвратительных звуков или всплывающих объявлений. Мы не реализовываем эти типы надоедливых объявлений! Нам нужны деньги для обслуживания сайта, и почти все они приходят от нашей интернет-рекламы.

Пожалуйста, добавьте tehnar.info к вашему белому списку блокирования объявлений или отключите программное обеспечение, блокирующее рекламу.

Powered By
100% Free SEO Tools - Tool Kits PRO