Derin Uzay Keşifinde Thrust'ı Anlamak

Derin uzay araştırma görevleri, Dünya'nın atmosferi dışındaki hareketin temel sürücüsüdür, hiçbir uzay aracının çekilmesinden serbest bırakılamaz, başka bir dünyaya girebilmek için yörüngeye giremez.Bu makale derin bir uzay yolculuğu için kullanılan tahrik sistemleri araştırıyor ve mühendisler, robot ve mürettebatın içine itmeye ve başka bir dünyaya girebilmeleri için hiçbir aracın dışına çıkabiliyorlar.

Thrust'ın Fiziki: Newton'un Üçüncü Yasası ve Rocket Dynamics

Uzaydaki tüm itki, Newton'un üçüncü hareket kanunundan kaynaklanır: her eylem için, hızdaki değişim () kullanılmaktadır.[Dönemli hızlarda ısınır).[Dönemli yönde yüksek hızlanır).[Dönemli yöndeki bir yük, uzayın tersi yönde eşit bir yük alır.[Dönemli) ve kütlenin nihai oranına (Dönetici) göre sabit oranın (Dönemli) katıdır.

İki temel performans ölçümleri, tahrik sistemi tanımlar: [FONT:0] Özel dürtü[DÜDÜ:2)[Dönetici:2))) saniyeler içinde ölçülmüş, bu da pervant verimliliğini gösterir ve , yenitonlarda veya kilo vermede ölçülmüş durumda, bu da hızlı bir şekilde hızlanır.

Kimyasal Taht: Başlat ve Maneuvering

Kimyasal roketler en olgun ve yaygın olarak kullanılan tahrik teknolojisidir. Yüksek sıcaklık, yüksek basınçlı gaz üreten, ki bu bir nozuldan dışlanmış iki birincil kategoriye sahiptir:

  • [FONT=0]Liquid roketleri [Dönetici: Uzay Yardımı ana motorlarında ve SpaceX Merlin motorunda kullanılan, yakıtı (örneğin, sıvı hidrojen veya RP-1 kerosen) ve oksitleyici (liquid oksijen) ve hidroksit (liquid oksijen) ile yüksek iterli seviyeleri (birkaç milyon yenitona kadar) ve orta boy Isp (300-460 s).
  • [FONT:0]Solid roketleri [Dönetici: 1 ) - daha basit ve daha güvenilir, yakıt ve oksitleyici bir şekilde karıştırılmış. Uzay Araç yardımcıları başlangıçta büyük bir itti sağladı ancak bir kez uçamaz veya kapatılamaz.

Derin uzay görevleri için, kimyasal tahrik genellikle Dünya'nın hareket ve büyük yörünge düzeltmeleri için kullanılır. NASA'nın akıtlı bir Gökyüzüne (Dön uzay aracı) sahip olduğu için, uzayın son artışı için sağlam bir roket motoru kullandı, ancak, uzayın ilk kütlenin büyük bir kısmının uzun yolculuk için sınırlı olması gerekir.[Dönemli:2).

Elektrikli Propulsion: Uzun Süre Cruises için Yüksek Verimlilik

Elektrikli tahrik sistemleri elektrik gücünü kullanır - genellikle güneş panelleri veya nükleer bir kaynaktan - yüksek ve konumlara hızlanması için yakıt tasarrufu sağlar. ancak itki çok düşük (yalnızca milinewtonlar birkaç yenisine ulaşır), özel dürtü 3000-10.000 s'e ulaşabilir, onları yüksek yakıta verimli hale getirir.

Ion Thrusters

Ion iters, NASA Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) ve bükücüler gibi, Dawn misyonuna sürekli olarak hizmet ettiler.[Dönemli bir eğime 1, 1, 1, 1'e kadar, sadece 90 milinewtondan üretilen sistem, neredeyse her iki kat daha sonra da ağır verimlilikle yapılmış bir tek bir kağıt parçasıyla birlikte yapılmış olan bir tablonun ağırlığına eşdeğerdir.

Hall Etkisi Thrusters

Hall iterleri elektronları tuzağa düşürecek ve pervanant, bir plazma oluşturmak için elektrikli bir alan tarafından hızlandırılmışlardır.[200 mN’ye kadar) ve Isp) devam ederken [FLT] 1.500-3,000 s aralığında bir binayı kullanarak, elektriksel bir yörüngeye gitmek için daha yüksek itkiler (Döneticileri) 'i güçlendiriciler için Hall itmeler kullanıyor ve istasyon koruma için taşanıyor.

VASIMR

Pulsed plazma iterleri (PPTs) sağlam pervantın küçük puffsiyonları, çok düşük itme ama aşırı basitlik ve kompaktlık. CubeSats ve bazı Dünya-orbit görevleri.[0]Variable Özel Impulse Magnetozmaz (VASI)[Dönetici: VMR)[tr|gelişme)[tr|projektifler için radyo dalgaları kullanır.

Nükleer Prodüksiyon: Daha Hızlı Transitlar

Nükleer tahrik 1950'lerden beri incelenmiştir ve hem yüksek iti ve yüksek spesifik dürtü için potansiyel sunuyor, çok fazla kimyasal roket var: İki ana konsept var:

Nükleer Termal Proksiyon (NTP)

NTP, bir pervanant ısıtıcı ısıtmak için bir nükleer reaktör kullanır - tipik olarak hidrojen - aşırı yüksek sıcaklıklar (2.500-3,000 K) ve sonra bir nozuldan kovulan bu, kimyasal roketlere karşı (daha fazla sayıda yenitona) karşılaştırılabilir bir şekilde ısıtılır (örneğin, DDDDDDDDDDDD) ve NASA'nın altı ay boyunca çeşitli Safari motorlarını test ederken, NASA'nın 60'lı yıllardan beri en iyi kimyasal sistemlere sahip olduğu gibi, NASA'nın 60'lı yıllardan beri, 60'lı yıllardan beri en iyi kimyasal füze programlarını tekrarlıyor.

Nükleer Elektrikli Taht (NEP)

NEP, elektrik itkililerle nükleer bir güç kaynağı birleştirir, çok yüksek spesifik dürtü sağlar (2,000-10.000-10.000-10.000-10.000-10.000-000) ancak düşük itme reaktörü güç iyonu veya Hall itkileri sürekli olarak yıllarca kesintisiz olarak çalışır. NEP, güneş enerjisinin yetersiz olduğu için, dış gezegen keşifleri için incelenir.

Gelişmiş ve Gelişen Teklif Kavramları

Kimyasal, elektrik ve nükleer sistemler derin uzay tahrikinin yakın-sonrası oluştururken, araştırmacılar seyahat süreleri ve yetenekleri devrim edebilecek daha egzotik konseptleri araştırıyorlar.

Güneş Yelkenleri

Güneş, Güneş tarafından yayılan fotonlardan ivme kazanıyor, büyük, yansıtıcı bir membran kullanıyor.Deniz küçük ama sabit bir iter – herhangi bir pervanant olmadan - Güneş'in Güneş'i tarafından yayılan fotonlardan ivme kazanıyor.

Fıstık Propulsion

Kontrol edilebilir nükleer füzyon pratik hale gelirse, füzyon roketleri çok yüksek iti sunabilir ve 100.000 s aralığındaki 100 $ değerinde , Prenseston Fusion Rocket ve [[D)) gibi konseptler incelenebilir.

Antimatter ve Beam-Driven Propulsion

Antimatter annihilasyon, birim başına muazzam enerji salıverecek, teorik olarak ışık hızına yakın olan dürtüleri açıklayacaktı.Ancak, antimatter üretimi ve depolama son derece zorludur. Benzer şekilde, lazer veya mikrodalga destekli tahrikli propulsion (örneğin, 0 ile 0,0)Breakt Starshot) konsepti, zemin tabanlı dizileri kullanarak hafif bir hızlının% 20'sine kadar yüksek çözünürlükte bir şekilde basacaktır.

Misyon Planlama: Thrust, Mass ve Trajectory

Her derin uzay görevi, uzay aracına karşı yapılan bir bütçeyle başlar - her hız değişikliğinin toplamı, elbette düzeltmeler ve muhtemelen iniş.En düşük maliyetli sistem performansı ile çalışır Ispsp) elektrik tahrik sistemi, daha az pervanantajlı, daha büyük bir fırlatma aracının arttırılmasına ve daha uzun süre boyunca ısıtılmasına izin verir.

Gravity Assists ve Oberth Etkisi

Görevler: 0,0)Voyager 1 ve 2) ve ) Yeni Ufuklar ) itme avantajını artırdı: Bir uzay aracının (Dışman) geçmiş olduğu zaman, Jüpiter'in aynı zamanda daha hızlı bir şekilde hız kazanması için. [FONTD))[FLT: 7) Bu efekt, yüksek çözünürlükte kullanılan bir hız değişikliği daha da yüksek oranda artırmaktadır.

Trajektör tasarımı da uzay aracının mevcut itki için hesaplar. Düşük güven elektrik tahrik için, yol genellikle Dünya yörüngesinden kademeli bir spirali içerir ve bir transfer yörüngesi boyunca sürekli itti. Misyon planlayıcıları, varış zaman kısıtlamalarına varmak için optimizasyon yazılımı kullanır.

Derin Uzayda Thrust'ın Zorlukları

Derin uzaydaki sıkı itme sistemleri eşsiz mühendislik engelleri sunar:

  • [FONT:0)Propellant depolama ve kütle: Hatta verimli iyon iterleri on yıl boyunca xenon'un yüzlerce kilogramını gerektirir.Bir uzay aracına ek olarak her kilogram daha fazla boru hattını hızlandırmaya daha fazla itiyor, fırlatma maliyetini bileşikliyor.
  • [FONT:0)Power tedarik: [Döneticiler önemli elektrik gücü gerektirir - genellikle derin uzay Hall itkileri için 1-10 kW ve Nükleer enerji konseptleri için 100 kW'a kadar, Power nesli, radyoisotope termoelektrik jeneratörlerine (RTG'lere) veya fission reaktörlere güvenmeye zorlanır.
  • [FONT:0]Heat dağılımı: [Döneticiler yüksek güç iterleri vakumda tükenmelidir. Nükleer termal motorlar, nozul ve reaktör malzemeleri üzerinde aşırı ısıtılır.
  • [FONT:0)Mühendislik süresi: [Dönetici: [Dönetici:0) Ion ve Hall iterleri, şebekelerin ve deşarj kanallarının erozyonu nedeniyle zaman içinde performans kaybederler.
  • [FONT:0]Thrust vektör kontrolü: [Dönetici hedeflemesi için] - özellikle yörünge veya iniş sırasında - bir uzay aracı itme vektörünü yönlendirebilmeli. Mekanik gimbals, dirottling, veya ikincil itkiler karmaşıklaştırılır, karmaşıklaşır.

Future: İnsan Mars Misyonları ve Öteki

Mevcut derin uzay misyonları için iten şu anki itkir - özellikle Mars'a - astronotları hızlı bir şekilde teslim edebilecek proaktif sistemler talep ediyor, kabul edilebilir sınırlar içinde radyasyon maruz kalma ve görev süresi tutma süresi. ”Ücretsiz ısıtılabilir:0)Nuclear termal tahrik), ilk mürettebatlı Mars görevleri için lider adayıdır, çünkü yüksek ücretli bir teknoloji sunar.

Hibrit mimarlıklar, Dünya'nın atomik ısıtımı, uzay dışı geçiş ve elektrik tahriki için nükleer ısıtımı ile bir araya getirmek, aynı zamanda çalışma altındadır.Bu yaklaşım, SpaceX gibi özel şirketler ), geri dönüş yolculuğu için Mars'ta tam olarak yeniden kullanılabilir kimyasal roketler (Starship) geliştirmek gerekir.

Dış gezegenlere görevler için - Jüpiter, Satürn ve ötesinde - Jüpiter'e yönelik veya gelişmiş güneş enerji sistemleri (büyük dağıtımlı dizilerle) seyahat süreleri büyük ölçüde azaltılabilir.TheETHT:0)Europa Clipper) 2024 yılında başlatılan, Jüpiter'e ulaşmak için bir güneş enerjisi tahrik sistemi kullanacak, oysa Neptün'ün yörüngeleri veya Uranus öncü görevi nükleer tahrikli bir proverteratörlüğü gerektirebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Thrust, derin uzay keşfinin yaşam kandır. Havadan nükleer ve potansiyel olarak elektrike kadar – insanlığın uzak dünyayı keşfetme yeteneği, mühendislik zorluklarını yenme ve her görev için doğru sistemi seçmenin doğru bir yolu olması kritiktir.

[0]Dönemli okuma:[Dönemli okuma:[Dönemli: 1)

  • [0]NASA: Elektrik Propulsion'de ilerlemeler).
  • [FONT=0] Gezegensel Toplum: Dawn Misyon ve Ion Propulsion).
  • [FONT:0)Space.com: Mars için Nükleer ısıtımı).