עתיד ההנעה של החללית עומד על צו עיקרי, שבו פריצות דרך בפיסיקה, חומרים מדע והבטחה הנדסית להגדיר מחדש את הגעת האנושות לקוסמוס.עבור יותר ממחצית המאה, רקטות כימיות היו מעשי העבודה של נסיעות חלל, אבל המגבלות שלהם ביעילות, מהירות, ויכולת עומס מונעת חוקרים לחקור גישות חדשות קיצוניות.

מגבלות של נטייה כימית

רקטות כימיות, בין אם נוזלי או מוצק, פועלות על ידי שריפת דלק וחמצן בתא הבעירה וגירוש גזים חמים באמצעות נושלה. שיטה זו מייצרת דחף גבוה, מספיק כדי להרים מטען כבד משטח כדור הארץ, אבל זה סובל מאימפולסים ספציפיים עניים (Isp) - מדד של יעילות דלק.

הובלת חשמל: יעילות עבור משימות ארוכות-דיור

מערכות הנעה חשמלית משתמשות באנרגיה חשמלית, בדרך כלל מפאנלים סולאריים או כורים גרעיניים, כדי להאיץ את הזרקת הזרמים או פלזמה למהירויות גבוהות מאוד.בעוד שהן מייצרות דחף נמוך – לעתים קרובות נמדדים במילימטרים – הן יכולות לפעול באופן רציף במשך חודשים או אפילו שנים, בהדרגה לבנות מהירות.זה הופך אותם אידיאליים למשימות חלל עמוקות, לעומסי תחנת מסלול, ומטענים שבהם נדרש דל-v גבוה פחות קריטי.

Ion Thrusters

דחף איון הוכיח לראשונה את הערך שלהם על המשימה של נאס"א חלל עמוק 1 (1998) ולאחר מכן על החללית השחר, שביקרה באסטרואידים וכוכב הלכת הננסים של סרס. בדחפור יון, גז נייטרלי כגון xenon מופצץ עם אלקטרונים כדי ליצור חלליות טעונים חיובי, אז אלה מואצים באמצעות רשת אלקטרוסטטית בגובה של עד 30 ק"מ / התוצאה היא שבריר של 3,000 שניות (אונדק) של פחות מ-160 שניות) אבל הם דחפות של דחפותיקים חדשים של דחפותיקים, אבל הם דחפותיקים, אבל הם צמיגים, אבל הם צמיגים, 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, אז, 000, 000, 000, אז, אז, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, אז, 000, 000, 000, אז, 000, אז, 000, 000, אז צמיגים חדשים של צמיגים, אז צמיגים, אז דחף גבוה

Hall-Effect Thrusters

הדחפורים של הול-אפקט (HETs) פועלים על עיקרון דומה, אך משתמשים בשדה מגנטי כדי ללכוד אלקטרונים וליצור פלזמה, אשר לאחר מכן מאיצה ions.הם מציעים צפיפות גבוהה יותר מאשר דחפורים מבוססי רשת, עם Isp בטווח של 1,500-3,000 שניות. HET כבר בשימוש מסחרי נרחב: לדוגמה, אוטובוס לווייני הבואינג 702SP משתמש 4 XIPS (enxn) ו-HET, כלומר, הן כוח חזק עבור מנועי HET, 20.

VASIMR ו-Plasma Drives

הדחף הספקטרוםי משתנה של מגנטיקופט רוקטה (VASIMR) משתמש גלי רדיו כדי לחמם גז דחף לטמפרטורות גבוהות מאוד, ויצר פלזמה אשר מכוונת על ידי שדות מגנטיים לייצר דחף.מתפתח על ידי חברת Ad Astra Rocket Company, VASIMR יכול לרסק את הדחף הספציפי שלה דחף ודחף, מה שהופך אותו להתאמה לשלבים שונים.

יתרונות ואתגרים של הנעה חשמלית

היתרון העיקרי של הנעה חשמלית הוא יעילות הדלק - גורם של 5-10 פעמים טוב יותר מאשר מערכות כימיות.זה מתורגם למסה של שיגור נמוכה יותר, עלויות מופחתות, ואת היכולת לשאת עומסים מדעיים גדולים יותר. החיים התפעוליים ארוכים של דחף חשמלי (מני רץ במשך עשרות אלפי שעות בבדיקות ריק) הופך אותם מתאימים היטב למשימות ארוכות טווח, עם זאת, את הגבולות הנמוכים של השימוש שלהם למסלולים שבהם הוא חלש יותר או מדחף אווירי כוח גרעיניים, בנוסף, הוא צורך, מעבר לעוצמה גבוהה יותר, הוא עדיין לא יכול להיות יעיל יותר, מעבר לטווח גבוה יותר, או מאיץ, הוא עדיין לא יכול להיות יעיל יותר, כמו גם כן, כמו גם כן, הוא לחץ אווירי כדור הארץ, הוא מסוגל יותר, כמו גם כן, הוא לחץ אווירי כוח גרעיני, הוא חזק יותר, מעבר לטווח גבוה יותר, הוא חזק יותר, מעבר לטווח גבוה יותר, הוא לחץ אווירי אווירי אווירי אווירי כוח אווירי אווירי אווירי כוח אוויר, הוא יעיל יותר, עם זאת, הוא גורם יעיל יותר, הוא גורם גבוה יותר, עם זאת, כמו גם כן, מעבר לטווח אוויר, הוא עדיין לא יכול להיות יעיל יותר, הוא גורם אוויר, הוא עדיין יעיל יותר, הוא מופעל על פני השטח, הוא לחץ אווירי אווירי

הרשאה גרעינית: כוח ומהירות למשימה

הנעה גרעינית מציעה נתיב לדחף גבוה, יעילות גבוהה ויכולת להגיע לכוכבי לכת מרוחקים במהירות – קריטי לצמצום החשיפה לקרינה אסטרונאוטים ולמשך המשימה.שני ארכיטקטורות עיקריות קיימות: הנעה תרמית גרעינית (NTP) ומניעה חשמלית גרעינית (NEP). שניהם מסתמכים על כורי שבץ, אך הם הופכים חום להילוך שונה.

הרשאה גרעינית (NTP)

ב-NTP, כור גרעיני מחמם את הגז המימן - באופן רציני - לטמפרטורות מעל 2,500 K. מימן חם מתרחב דרך נושל, ייצור דחף.כי מולקולות מימן הן קלות, הם יכולים להיות מואצים למהירויות גבוהות מאוד, הניבות רמות של 800-1,000 שניות, בערך כפול מהפרויקט של הרקטות הכימיות הטובות ביותר.

אספקת חשמל גרעינית (NEP)

NEP משלב כור גרעיני עם צריפים חשמליים (ion או Hall- Effect) הכור מספק חום רציף למעגל תרמודינמי המייצר חשמל, אשר לאחר מכן מאלץ את הדחף, בעוד דחף לדחף נמוך (כמו כל הנטומנט החשמלי), הכור יכול לספק שפע כוח עבור רבים דחף פעיל פועל בו זמנית.מערכת זו מציעה ערכי Isp של 2,000-5,000 שניות ויכולה האצה לאורך שנים.

פרויקט Orion and Fission Fragments

מושגים גרעיניים ספציפיים כוללים את כונן Orion, אשר משתמש פיצוצים גרעיניים קטנים מאחורי חללית לדחוף אותו קדימה.למרות שמעולם לא טס, מחקרים בשנות ה-60 הראו אורון יכול להשיג באופן תיאורטי דחף גבוה ויעילות. וריאנטים מודרניים, כמו "מיני-mag Orion" או "Fission-fragment-fragment רקטות, במטרה לחלץ אנרגיה ישירות מסדקים ללא ליבת גדולה אלה להישאר מתקדם בתחום הקרינה.

בטיחות ושיקום הידרדר

מחסום מרכזי להנעה גרעינית הוא תפיסה ציבורית והסיכון של שיגור חומר רדיואקטיבי.לארה"ב יש הנחיות חד-משמעיות קפדניות, וכל מנוע גרעיני חייב להיות מתוכנן לשרוד את תאונת שיגור ללא שחרור חומר.קדמה בתכנון כור - כגון השימוש בחומרים נמוכים-סאותיים של אנרגיה (HONU) וחיפוי על אנרגיה - שיפור בטיחות הבית הלבן "מסלולים לאומיים" עבור מערכת הגנה גרעינית ו- NEPICC עבור מערכת אנרגיה ישירה של NEPNTM, אשר דורש גם כן, אשר דורש גם על פני השטח של נאס" (NTM) ו-NTM) ו-NTM, מעבר לאסטרטגיה גרעינית, אשר דורש גם על פני השטח של מערכת הגנה מפני מערכת הגנה גרעינית של נאס" (NTM) ו-NTM, אשר דורש גם על פני השטח של מערכת אנרגיה נקייה מעצמה גרעינית, אשר דורש גם על פני השטח של מערכת הגנה מפני מערכת ההפעלה NEPNTM, אשר דורש גם על פני השטח של מערכת הגנה מפני מערכת אנרגיה גרעינית של מערכת הגנה מפני מערכת הגנה מפני מערכת הגנה מפני מערכת הגנה מפני מערכת הגנה מפני מערכת הגנה מפני מערכת אנרגיה נקייה, אשר דורשת מעבר לאסטרטגיה גרעינית של נאס" (HON-NTM) ומערכת אנרגיה גרעינית של מערכת הגנה ישירה של מערכת הגנה מפני מערכת הגנה מפני מערכת

טכנולוגיות מתפתחות ומושגים עתידיים

מעבר למערכות חשמל וגרעין, מגוון של רעיונות מונעים חדשים יכול לחולל מהפכה בזמני נסיעה ולצמצם את הצורך בדחף לחלוטין.חלקם מסתמכים על כוחות פסיביים כמו אור השמש; אחרים על פיזיקה אקזוטית או על נטיות אנרגיה קיצוניות.

סולריות סולריות

מפרשים סולאריים משתמשים במומנטום של פוטונים מהשמש – או לייזר בעל עוצמה גבוהה – לדחוף מפרש גדול, רפלקטיבי לא צריך; דחף מסופק על ידי הלחץ הקבוע של האור.האור של החברה הפלנטרית אור סאיל 2 משימה (2019) הוכיח כי קוביות יכול לשנות את מסלולו באמצעות מפרש סולארי בלבד.

FUUUS Propulsion

היתוך גרעיני - אותו תהליך שמחייב את השמש - יכול לספק כמעט בלתי מוגבל דחף ויעילות.טילים Fusion ישתמשו תגובות היתוך לדחף מימן חום, השגת ערכי Isp של 10,000-100,000 שניות וסמכויות ספציפיות הרבה מעבר לרמה. פרויקטים כמו מעבדת הפיזיקה של פרינסטון פלסמה "נהגיוז'ן ישיר" או חברת Pulsar Fusion מבוססת בריטניה מפתחת כורוז'ן קומפקטי שיכולה להיות קומפקטית אווירית 20 אתגרים פתוחים עבור מערכות קירור אוויריות.

המונחים:

מנועי אנטי-חומר ישתמשו בהשמדה של החומר והאנטי-חומר כדי לשחרר אנרגיה עם הדחיסות הגבוהה ביותר האפשרית (E=חומר 2). מיליגרם של אנטי-חומר יכול לייצר אנרגיה שווה ערך לעשרות טונות של דחף כימי.בתאוריה, חללית המונעת על ידי חומרים אנטי-חומר יכולה להשיג מהירויות יחסיות, המאפשרת נסיעות בין-כוכביות.

פלסמה ו- אלקטרומגנטית Drives

מושגים חדשים יותר כמו "כוח מגנטופלסמה" נחקרו במסגרת תוכנית VASIMR. אחרים כוללים את "כוח לורנץ ללא חתף" (ELF) ואת "Pulsed Inductive Thruster" (PIT), אשר מאיץ פלזמה ללא אלקטרודות, צמצום שחיקה. "Laser Thermal Rocket" ישתמש בלייזר מבוסס-בסיס כדי להניע במהירות של חומר נפץ, אך לא להציע הוכחה גבוהה מאוד, אך לא ניתן לטעון על ידי ניקוי גבוה של מצופה של סגסוגת גבוהה מאוד, אלא ללא צורך, אלא לא ניתן לטעון מצופה חנק גבוה מאוד.

פריצת דרך Starshot ו-The Next Generation

הרעיון הלא-רוקאי השאפתני ביותר הוא יוזמת פורצי דרך סטאריפט, שהוכרזה ב-2016, היא מציעה באמצעות מערך של לייזרים על פני כדור הארץ כדי להאיץ ננופט עם מפרש של 20% c.החלל יטוס עד כה בעבר Proxima Centauri, תוך שהוא לוקח נתונים בחזרה דרך לייזר משלו.

השוואת האפשרויות: עתיד משימה-העברה

אף שיטת הנעה אחת לא תפקד על כל התרחישים.הבחירה תלויה בדרישות המשימה: מסה מטען, זמן נסיעה הרצוי, כוח זמין, ועלות. עבור לווייני כדור הארץ קרוב ומטענים בין כוכבי לכת, הנעה חשמלית (במיוחד משחיתות אפקט הול) היא כבר תקן.עבור משימות מאוישות למאדים, הנעה תרמית מציעה את האיזון הטוב ביותר של מהירות, בטיחות, ואמינות בתוך הטכנולוגיה הנוכחית עבור כוכבי הלכת, עבור כוכבי הלכת, כגון לייזרים מתקדמים, רק על ידי מנועי חירום, רק על ידי מנועי חירום, יכולים להגיע רק על ידי מנועי חירום מתקדמים, כגון טילים מהירים חשמליים, או טילים מהירים, רק על ידי מנועי חירום, כמו טילים מהירים מהירים גרעיניים, כמו טילים מתקדמים, כמו טילים מתקדמים, 000, כמו טילים מהירים, 000, 000, 000.

מבט קדימה: הדרך קדימה

סוכנויות חלל וחברות פרטיות משקיעות רבות בניסוי הדור הבא של נאס"א "הנעה הנחושת" של נאס"א היא מדגימה את העיצובים NTP ו-NEP לשימוש פוטנציאלי בשנות ה-20 של המאה ה-20.הסוכנות האמריקאית למחקר מתקדם (DARPA) מממנת את מערכת ההפעלה של מערכת החלל האלקטרונית:0DRACO RLT:1 כדי להפגין מסלול גרעיני ב-2026.

לקריאה נוספת, ראה סקירה של נאס"א של מערכות הנעה חשמלית:0 למערכות הנעה חשמלית 1 ותוכנית ההנעה הגרעינית 2.