Просмотр новости
Найдите то, что Вас интересует
Спутники
РН
SpaceX
Роскосмос
NASA
СпутникиРНSpaceXРоскосмосNASAМагнитогидродинамика (МГД) в ракетостроении и космонавтике — это невероятно перспективная и высокотехнологичная область. Если на Земле МГД-станции уступили место газовым турбинам, то в космосе и на гиперзвуковых скоростях альтернатив МГД практически нет.
В ракетостроении и авиакосмической технике МГД используется (и разрабатывается) в трех ключевых направлениях:
——————————
1. Магнитоплазмодинамические двигатели (МПД-двигатели)
Это тип электрических космических двигателей для глубокого космоса (межпланетные перелеты, полеты к Марсу, перемещение тяжелых грузов).
• Как это работает: В камеру подается рабочее тело (газ аргон, ксенон или жидкий металл литий). Мощная электрическая дуга ионизирует газ, превращая его в плазму. Через плазму пропускается сильный ток, создающий мощное магнитное поле. Сила Лоренца выталкивает эту плазму из сопла со страшной скоростью — от 30 до 100 км/с (для сравнения: обычный химический ракетный двигатель дает максимум 4.5 км/с).
• Главный плюс: Фантастическая экономия топлива (высокий удельный импульс). Чтобы долететь до Марса, потребуется в разы меньше массы топлива, чем на обычных ракетах.
• Главная проблема: Двигателю требуются Мегаватты электроэнергии. Питать такой двигатель от солнечных батарей сложно, поэтому МПД-двигатели разрабатываются в связке с космическими ядерными реакторами (например, российский проект космического буксира «Зевс» / модуль «Элемент»).
——————————
2. Управление гиперзвуковыми ракетами и концепция «АЯКС»
Когда ракета или космический аппарат летит в атмосфере на гиперзвуковой скорости (выше 5–10 Махов / от 6000 км/ч), воздух перед ней от трения и сжатия разогревается до тысяч градусов и превращается в раскаленную плазму.
Обычные механические рули (крылышки) на таких скоростях просто сгорят. На помощь приходит МГД:
А. МГД-управление без рулей
Вокруг корпуса ракеты или крыла устанавливают сверхпроводящие магниты. Включая магнитное поле, инженер может «сжимать» или «раздвигать» поток плазмы с разных сторон ракеты. Сила Лоренца поворачивает ракету в воздухе без применения каких-либо механических закрылков.
Б. МГД-теплозащита (Магнитный щит)
Магнитное поле «отжимает» раскаленную плазменную ударную волну от носа ракеты. В результате температура на обшивке аппарата снижается на сотни градусов, и ракета не сгорает в атмосфере.
В. Легендарный советский проект «АЯКС»
В 1980–1990-х годах в СССР (под руководством В.Л. Фрайштадта) разрабатывалась концепция гиперзвукового летательного аппарата «Аякс» с МГД-обеганием:
1. Воздух, поступающий в двигатель на скорости 10 Махов, тормозился не стенками (что сожгло бы аппарат), а МГД-генератором.
2. При этом МГД-генератор забирал кинетическую энергию потока и генерировал Мегаватты электричества.
3. Это электричество направлялось в МГД-ускоритель в сопле, который выталкивал выхлопные газы с еще большей скоростью. Это называлось «МГД-байпасом» (энергетическим перетоком).
——————————
3. Бортовая МГД-генерация энергии
Обычной ракете или гиперзвуковому боевому блоку во время полета требуется много электричества для работы систем наведения, радаров или средств РЭБ (радиоэлектронной борьбы). Нести на борту тяжелые аккумуляторы или генераторы с турбинами выгодно не всегда.
• Идея: Огненная струя, вылетающая из сопла обычного жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), уже имеет огромную температуру и скорость.
• Если добавить в ракетное топливо щелочную присадку (например, немного солей цезия или калия), выхлоп ракеты станет электропроводным.
• Вставив в сопло ракетного двигателя МГД-канал с магнитами, можно снимать сотни киловатт или мегаватты электроэнергии прямо с выхлопной струи ракеты, не ухудшая её тягу!
——————————
4. Решение проблемы «радиомолчания» при возвращении из космоса
Когда спускаемый аппарат (например, «Союз», «Dragon» или головная часть баллистической ракеты) входит в плотные слои атмосферы, его окружает плотный «кокон» из плазмы. Плазма полностью блокирует радиоволны — возникает эффект Radio Blackout (связь с космонавтами или управление ракетой теряется на 3–5 минут).
С помощью МГД-устройств на борту аппарата можно «раздвигать» плазменный кокон локальным магнитным полем, создавая прозрачные радиоокна для прохождения сигнала связи и GPS/ГЛОНАСС-навигации.
——————————
Резюме
В современном ракетостроении МГД — это ключ к гиперзвуковым технологиям (Россия, США и Китай активно ведут разработки МГД-систем для гиперзвуковых планирующих блоков) и к освоению дальнего космоса с помощью ядерных электродвигательных установок.