מנועי עיצוב המסוגלים לפעול ביעילות בוואקום של חלל עמוק מייצגים את אחד האתגרים התובעניים ביותר בהנדסת אווירי.בניגוד למנועים המיועדים לטיסה אטמוספרית או כלי רכב שיגור, מנועי חלל חייבים לתפקד ללא כל חמצן מכונן לבעירה, לעמוד בתנודות תרמיות קיצוניות בין אור השמש הישירה לבין הצל העמוק, ולעמוד בשטף גבוה של מגבלות ביצועים קוסמיים ושמשיים.

Vacuum of Deep Space: Environment Challenges

הביטוי "vacuum of space" הוא פשוט להפליא.בטווח קרוב לכדור הארץ, הלחץ האטמוספרי האטמוספירה החייתי הוא כבר מיליארד של לחץ הים של כדור הארץ, אבל מרחב עמוק אמיתי - מעבר לבועה המגנה של המגנטיספירה - מול מרכיבים כימיים או ריקים לחלוטין, אלא אם כן היעדר אמצעי זה יש השלכות עמוקות על עיצוב.

לחץ וטמפרטורות קיצוניות

בחלל עמוק, הלחץ מתקרב אפס, אבל הטמפרטורה היא סיפור מורכב יותר. באור השמש הישיר, משטח חלל יכול לעלות על 120 מעלות צלזיוס, בעוד בצל של כוכב לכת או מאחורי שחצץ, טמפרטורות יכולות לזרום מתחת -200 מעלות צלזיוס. זה מציב מתח עצום על רכיבי מנוע, אשר חייב לעבור בין אלה קיצוניות.

סביבה קרינה

מעבר לשדה המגנטי של כדור הארץ, קרני קוסמיות גלולקטיות חלקיקים אנרגטיים סולריים יוצרים סביבה קרינה מזיקה.קרינה זו יכולה לגוון אלקטרוניקה, לשנות תכונות חומריות, ולגרום להפרעות חד-משמעיות במערכות בקרה.עבור מנועי התלויים על רכיבים חשמליים רגישים - כגון יחידות עיבוד חשמל של דחפורים - אלקטרוניקה קשיחים והגנתם חיוניים.

מיקרוגרפיות והשפעותיו

מיקרוגרפי מסבך את ניהול הדחף.במנוע טילים קונבנציונלי, משאבות לדחוף דלק וחמצן, אבל בחלל, נוזלי Cryogenic נוטים ליצור בועות ו-stratify ללא מרשם. עבור משחתים חשמליים כגון זרימת כריתת יון, דחף דחף דחף חשמלי או קריפטון) נשמר כמו super Critical, הדורשים לחץ תרמי כדי למנוע צנרת חשמליות, ללא קשר למניעה יעילה של מערכות משיכה מכנית, או משיכה.

מערכות הנעה נועדו לחלל עמוק

כמה טכנולוגיות הנעה שונות פותחו כדי לענות על הדרישות של חקר החלל העמוק.כל אחד מציע עצירות בין דחף, דחף ספציפי (מדד יעילות דלק), דרישות כוח, המורכבות.מתכננים המשימה לבחור את המערכת המתאימה על בסיס דלה-v צורך, המסה תשלום, ואת משך המשימה.

מערכות הנעה חשמלית: Ion and Hall Thrusters

מערכות הנעה חשמלית (EP) משתמשות באנרגיה חשמלית כדי להאיץ את הזרמים או פלזמה למהירויות גבוהות של מערכות חשמל (FLT:0Ion דחףsFLT:1), כגון אבולוציה Xenon Thruster (NEXT) המשמשות את יחידת ניהול החשמל, דחף על ידי יון של גז אצילי (בדרך כלל xon) ו-Acceleratingsquaretaerings כמו 3,000 שניות) של מנועים חשמליים, לעתים קרובות יותר מ-5,000 שניות.

גירוש גרעיני

הנעה תרמית גרעינית (NTP) משתמשת בכור חיכוך גרעיני כדי לחמם דחף - בדרך כלל מימן - לטמפרטורות קיצוניות (2,500 ל-3,000 K) לפני שהרחיב אותו באמצעות נושלה. גישה זו משלבת דחף גבוה (לעומת טילים כימיים) עם אימפולס ספציפי (900 שניות) היתרון העיקרי של דלק גרעיני הוא כי NTP יכול לספק דאגה כבדה למאדים או לכוכב הלכת החיצוני בזמנים קצרים יותר מאשר קרינת חשמל, אך דורש הגנה מהירה של אלקטרוניקה, למרות שצריכה מהירה של אלקטרוניקה, אך היא יעילה, אך היא בעלת יעילות גבוהה של אלקטרוניקה גבוהה של אלקטרוניקה גבוהה, אך היא יעילה, אך ורקפתטית, אך היא בעלת יעילות גבוהה יותר מ-1960, אם כי היא הגנה על ידי אלקטרוניקה גבוהה יותר מחוסמתית, אם כי היא יעילה, אם כי היא יעילה, אם כי היא יעילה, אם כי המטרה העיקרית של אלקטרוניקה גבוהה יותר מחוסמתה, אם כי היא הגנה מפני לחץ אווירית, אם כי היא הגנה על ידי מנועים, עם מנועים, עם מנועים, 000, 000, 000, אם כי המנועים, 000, אם כי המנועים, אם כי הוא צורך ב-NTP, 000, 000, 000, אם כי הוא צורך במהירות גבוהה, 000, 000 אלקטרוניקה גבוהה, 000

סולריות ומושגים אלטרנטיביים

(הופנה מהדף [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1966]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1966]]]]]]]]]]]], [[1966]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1966]]]]]] [[1966]]]]]]]]]] [[1966]]]]]]]] [[1966]]]]]]]], [[1924]]]]]] [[1966]]]]]]]]]] [[1966]]]]]]]]]] [[[[1966]] [[1966

שיקולים עיצוביים קריטיים לקטרי חלל

הנדסה מנוע לחלל עמוק כוללת איזון ביצועים, מסה, אמינות ועלויות.השיקולים הבאים הם מרכזיים לכל עיצוב.

יעילות דלק ואימפולסים ספציפיים

(ההנעה:0Specific אימפולסיביות (Isp) היא המדד הסטנדרטי של יעילות המונעת, המוגדר כאימפולס הכולל הנמסר למשקל יחידה של דחף.עבור משימות חלל עמוקות, Isp גבוה הוא קריטי כי דחף זעיר של מדדי ההנעה הכימית של החללית, למשל, הוא חלק גדול ממכשירי ההנעה של VVILT2, משיג ערכים הרבה מעל מנועים כימיים, אך הם דורשים כוח חשמלי משמעותי, אשר מוסיף ממערך אנרגיה סולי חשמל מסיבי של אנרגיה נוזלי של 2 ליטרים חשמליים, אשר ניתן ל-F2, אשר ניתן ל-FD, באופן ישיר, כלומר, לדוגמה, ל-FDVate, ל-FD, באופן ישיר, כולל, כולל, ל-FD2 ליטרים, ל-FDVate, כולל של מנועים, כולל של מנועים, כולל של מנועים, כולל של מנועים, כולל של מנועים חשמליים, כולל של זרם אווירי תיבות של זרם אווירי תיבות של זרם אווירי חשמל, כולל של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של זרם של זרם אווירי תיבות של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של זרם אווירי-FLT2, כולל

ניהול תרמי ב Vacuum

(בריק החלל, הדרך היחידה לדחות חום היא באמצעות קרינה תרמית.כל רכיבי המנוע מייצרים חום פסולת - בין אם מהדחף עצמו, אלקטרוניקה כוח, או הכור ללא עיצוב תרמי זהיר, טמפרטורות יכולות לעלות מעבר לגבולות החומריים: מהנדסים משתמשים בקרינים (לעיתים קרובות מרכיבים הניתנים לפרוס עם ציפויים גבוהים), צינורות חום כי הם עוברים חום פסיבי, ושינויים בשלב זה נספגים חום כמו מערכות גרעין, עשוי להיות מצמצם: 1F2 ליטרים לצמצום, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 של חום, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חום, 000 חום, 000, 000 חום, 000 חום, 000, 000 חום, 000 חום, 000 חום, 000 000, 000 000 000 חום, 000 000 000 000 000, 000, 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000, 000, 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

קרינה הרדינג וההגנה

רכיבים אלקטרוניים במערכת הבקרה של המנוע חייבים לעמוד במינון קרינה מצטבר לאורך שנים.מנה של יון שלם יכול להפיג ביצועים, בעוד אפקטים חד-פעמיים של בצל כבד עלול לגרום לטבולים או לשחיתות נתונים.מעצבים נבחרים חלקי קרינה מצופים, לעתים קרובות ממצאות מיוחדות, וליישם קודים תיקון שגיאות וזמני שמירה.

בחירה חומרית ויציבות

חומרים למנועי חלל חייבים להתנגד לשחיקה ממושגים אנרגטיים (בדחפורים חשמליים), חמצון מחמצן שאריות (בצורה אטומית, אפילו בוואקום), ועייפות אופניים תרמיות.עבור משחתים של יון, רשתות מאיץ עשויים מחמצן מעושן או פחמן פחמן פחמן-פחמן כדי לעמוד בטמפרטורות ריקנות גדולות.

חדשנות ומחקרים נוכחיים

קצב החדשנות בהנעה בחלל הוא מאיץ, מונע על ידי מיזמים חלל מסחריים, תוכניות ממשלתיות ומחקר אקדמי.אזורים אחדים מחזיקים בהבטחה מיוחדת לדור הבא של מנועי חלל עמוקים.

Ion and Hall Thrusters

[ה]התוכנית של נאס"א:0 [NEXT-CIRFIRFIR LT: [נאס"א] Xenon Thruster - תוכנית מסחרית] יצרה דחף ion עם 7 קילווואט של טיפול בכוח, וגלגול של מעל 50,000 שעות, אולם פיתוח דחף גדול יותר בחברות כמו Aerojet Rocketdyne (F:2X-2F2003F) ו-N) הוא , אם כי הוא צורך בפיתוח קלפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטוני (R) של יותר מ-F) ו-אפ (R) הוא פחות מ-F: 400,000, הוא יותר מ-F) ו-F) הוא יותר ל-F:2F) ו-F:

אספקת חשמל גרעינית

שילוב כור מחקר פשפשתן עם דחף חשמלי מניב הנעה חשמלית גרעינית (NEP), המציעה Isp גבוהה (2,000-6,000 שניות) ודחף מתמשך במשך שנים.FLT:0KilopowerFLT 1 פרויקט 1:1 הראה כור המרה קטן לייצור עד 10 קילווואט, ומושגים עבור 100 קילוואט עד 1MWs הם מחקר עבור כוח אדם עבור מ"ר אנרגיה"מ, אך דורש שברירי חירום מהיר יותר מ- NEP (R) של 10 חודשים, אך מ- NEP) של אנרגיה גבוהה יותר מ- 10 חודשים.

In-Situ Resource Utilization (ISRU) for Proellants

(ההפצה של משאבים מקומיים - כגון מיצוי מים מירח או מאדים regolith ו פיצול אותו מימן וחמצן - יכול להפחית באופן דרסטי את כמות הדחף שיש לשגר מכדור הארץ.הקרח במים שנמצאו מכתשים צללים לצמיתות על הירח ועל הקוטבים של מאדים ניתן לעבד באמצעות אנרגיה סולארית או גרעינית.

ייצור תוספת עבור מנועים Components

הדפסה תלת מימדית היא מהפכה בייצור חלקי המנוע, המאפשרת גיאוגרפיות מורכבות להפחית את המסה ולשפר ביצועים תרמיים. עבור משחתים ion, ייצור תוספת מאפשר יצירת רשתות עם תבניות חור אופטימיזציה וזרקים כי לערבב דחף ואלקטרונים ביעילות רבה יותר. עבור רקטות תרמיות גרעיניות, גיאומטריה דלק יכול להיות מותאם כדי למקסם את ההעברה תוך שמירה על שלמות מבנית יכול לבנות שלמות מלאה של צינורות תאים כגון חיתוך לייזרים, כמו טכניקות קירור.

מסקנה

תכנון מנועי פעולה בוואקום של חלל עמוק דורש הבנה אינטימית של הסביבה הקיצונית ונכונות לאמץ טכנולוגיות בלתי קונבנציונליות.מהיעילות הגבוהה של דחפורים יון המאפשרת סיורים רב-סטרואידים לכוח הגולמי של מנועי תרמי גרעיני המבטיחים לקצר משימות למאדים, כל מערכת הנעה מציעה כוח ייחודי ואתגרים משפטיים.