تصميم محركات تشغيل في فاكوم الفضاء العميق مع كفاءة عالية

الاندفاع الحراري النووي

إن الدافع الحراري النووي يستخدم مفاعلاً نووياً لتدفئة الهيدروجين المدفوع عادة إلى درجات حرارة قصوى (500 2 إلى 000 3 كاف) قبل توسيعه من خلال محركات نووية، ويجمع هذا النهج بين قوة الدفع العالية (مقارنة بالصواريخ الكيميائية) مع ضعف الدافع المحدد (900 ثانية) والميزة الرئيسية هي أن قدرة شركة ناسا على إيصال كميات كبيرة من الوقود إلى المريخ أو الكواكب الخارجية

الصعاب الشمسية والتصورات البديلة

Solar sails] employ the momentum of photons from the Sun to generate driven without expelling any propellant. A large, ultra-thin reflective sail (often aluminized Mylar or Kapton) is deployed, and the continuous pressure of sunlight provides a small but constant acceleration.

اعتبارات التصميم الحاسمة للمحركات الفضائية

وتشمل الهندسة المحركية للفضاء العميق تحقيق التوازن بين الأداء والكتل والموثوقية والتكلفة، والاعتبارات التالية أساسية بالنسبة لكل تصميم.

كفاءة الوقود والنبض المحدد

(الإنطلاقات السريعة) هي المقياس القياسي لكفاءة الوقود، الذي يعرف بأنه الدافع الإجمالي لكل وحدة من الوقود، وثانيتين من العجلات العالية، وشديدة الأهمية لأن الدافع يشكل جزءا كبيرا من الكتلة الفضائية، ونسبة القاذفات الكهربائية التي ترتفع إلى أعلى من المحركات الكيميائية،

إدارة حرارية في فاكوم

في فراغ الفضاء، الطريقة الوحيدة لرفض الحرارة هي عن طريق الإشعاع الحراري، جميع مكونات المحرك تولد حرارة النفايات من الدافع نفسه، أو أجهزة توليد الطاقة الكهربائية، أو المفاعل، وبدون تصميم حراري دقيق، يمكن أن ترتفع درجات الحرارة إلى أبعد من الحدود المادية.

هدر الإشعاعات والدرع

المكونات الإلكترونية في نظام التحكم بالمحرك يجب أن تصمد الجرعة الإشعاعية التراكمية على مر السنين، الجرعة المؤينة الإجمالية يمكن أن تتدهور في الأداء، بينما التأثيرات الوحيدة من الأنهار الثقيلة يمكن أن تسبب الارتفاع أو فساد البيانات، يقوم المصممون باختيار أجزاء متعددة المحتوية على الإشعاع، وغالباً ما تكون من مؤسسات متخصصة، وينفذون رموزاً للتصويب وأجهزة المراقبة.

اختيار المواد وطولها

كما أن ظروف المواد التي تستخدمها المحركات الفضائية يجب أن تقاوم التحات من الأورام العنيفة (في محركات الكهرباء)، والأكسجين المتبقي (في شكل ذروي، وحتى في الفراغ)، ودرجة التحلل الحراري، وتصل إلى ارتفاع مستويات المحركات المتسارعة إلى ارتفاع حرارة المحركات.

الابتكارات والبحوث الحالية

وتتسارع وتيرة الابتكار في مجال الدفع الفضائي، وتدفعها المشاريع الفضائية التجارية والبرامج الحكومية والبحوث الأكاديمية، وتبشر عدة مجالات خاصة بالجيل القادم من محركات الفضاء العميق.

Ion and Hall Thrusters

"مُهمات "إف تي" و"إس إيه إس إيه" "إف تي" و"إس إيه" و"إس إيه" و"إس إيه" و"إس إس" و"إس" و"إس جي" و"إس" و"إس.

:: إنتاج الكهرباء النووية

إن الجمع بين مفاعل الانشطار مع محركات كهربائية يولد الدفع النووي الذي يقدم درجة عالية من المقياس (2000-6 ثوان) ودفع مستمر لسنوات، و] مشروع كهرباء برهن على وجود مفاعل صغير للخيوط ينتج ما يصل إلى 10 كيلوتات، ومفاهيم لـ 100 كيلوواط إلى 1 مفاعلات وزنية

استخدام الموارد في الموقع للمبتدئين

ويمكن إنتاج الوقود من الموارد المحلية - مثل استخراج المياه من قمر أو من مخلفات المريخ - وتقسيمها إلى الهيدروجين ويمكن أن يقلل بدرجة كبيرة من كمية الوقود الذي يجب إطلاقه من الأرض - ويمكن معالجة الجليد المائي الموجود في أجهزة الحفر المظلة على سطح القمر وفي أحواض المريخ باستخدام الطاقة الشمسية أو النووية.

تصنيع العناصر المحركة

والطباعة 3D هي إحداث ثورة في نسيج أجزاء المحرك، مما يتيح إجراء قياسات جغرافية معقدة تقلل من الكتلة وتحسن الأداء الحراري، وبالنسبة لمحركات اليونيون، فإن التصنيع الإضافي يسمح بإنشاء شبكات ذات أنماط حفرية متقنة ومحاقن تخلط بين الوقود والكهرباء بشكل أكثر فعالية، وبالنسبة للصواريخ الحرارية النووية، يمكن تصميم قياس عنصر الوقود بحيث يرتفع إلى أقصى حد ممكن نقل الحرارة مع الحفاظ على السلامة الهيكلية.

خاتمة

إن تصميم محركات التشغيل في فراغ الفضاء العميق يتطلب فهماً عميقاً للبيئة المتطرفة واستعداداً لاحتضان التكنولوجيات غير التقليدية، ومن الكفاءة العالية لمحركات الأيونات التي تتيح إجراء جولات متعددة الكواكب أمام الطاقة الحرارية النووية التي تعد بتقصير البعثات إلى المريخ، فإن كل نظام للدفع يوفر قوة وتحديات فريدة، نتيجة لاعتبارات التصميم الرئيسية، كفاءة الطاقة الكهربائية، وازدياد المحركات الإشعاع.