Düşük yerçekimi ortamları için çalışma motorlarını diğer gezegenlerde tasarlayın, uzayın bir parçası olan, dünyanın en yüksek karbondioksite kıyasla, bu farklılıkların üstesinden gelmek için optimize edilmiş olan, Ay, Mars veya asteroitler için gelen motorlar, dünyanın en iyi karbon dioksite ve sıcaklıklara sahip olan bir miktar olan ısıtılma sistemi olan koşullardan, diğer insan yüklerinin değerlendirilmesi için dünya çapındaki tasarruf sağlar.

Low-Gravity Çevrelerini Anlamak

Düşük yerçekimi ortamları, Dünya'nın 9.81 m /s2'den daha az hıza sahip yüzey çekim hızları tarafından tanımlanır.Aylar sadece 1.62 m /s2 (yaklaşık 1/6 g), Mars 371 m /s2 (yaklaşık% 38 g) Asteroidler ve küçük aylar gibi küçük aylar genellikle milislerde ölçülmüş veya daha az, nazik bir itenletici yollayabilir.

Düşük yerçekiminde, itkiye bağlı tüketime hızlı bir şekilde hız kazandıran bir motor, aşırı hız kesmeden kaçınmak için dikkatli bir şekilde zorlanabilir - 1 gert itme cihazını sabit bir şekilde üretebilecektir, potansiyel olarak 1'in üzerinde yüksek oranda hıza neden olur. Conversely, aynı motor, tanklarda aşırı hız kesmeye veya değiştirmemeye zorlayabilir.

Bu vücutlarda daha düşük kaçış hızı, motor tasarımını daha da etkiler. Örneğin, Ay'dan kaçmak sadece 2.38 km/s, Dünya için 11.2 km /s ile kıyaslanır. Bu, yüksek tahrikli motorlar için tasarımcılara daha yüksek özel dürtüyü ticarete izin verir, Mars'ta, kaçış hızı 5.03 km/s - Dünya'nınkinden daha az olacaktır, ancak ince bir atmosfer yoldaşlarının varlığı ve ascentalları ve ascentalı trajektörleri.

Azaltmada Propulsion Fiziği

Thrust Gereksinimler ve Özel Impulse

Roket propulsion temel denklemi -trust kütle akışı zamanları tükeniyor hız artı baskı-güvenlik koşulları – hala yörüngeye ulaşabiliyor, düşük yerçekiminde yüksek hacimli ve egzoz hız geçişinin kullanılmasına izin veriyor. Çünkü çekim hız hızları daha düşük, ascental sürüklenmeler veya nükleer tahrik cezası azalır.

Belirli bir dürtü (I)[Dönetici:0)) Aşırı pompalayıcı verimliliğin ölçülmesi, tekrar tekrar tekrarlanan uzak dünyalarda daha değerli hale gelir.[Dörtüncü bir araç I)[Dörtüncü derece düşük çözünürlükte (Dönetici) ve bu tür hidrojenden elde edilen aşırı sağlanmış olan veya üretilen bir sıvıyaklı (sağlık) ile ilgili olarak, yaklaşık% 450 NASS (D) arasındaki bağlantılara karşı, yaklaşık% 7'ye kadar (örneğin,) bir miktar sıvıyakırıklık bağının (sı) akıp giden verilişmanlıkta bulunan ve/veya yüksek çözünürlükte) bir şekilde kesintiye neden olabilir.

Perellant İşleme ve Feed Systems

Mikrogravity veya Ay yerçekiminde, pervananlar tankların altına yerleşmez. Aktif yönetim olmadan gaz balonları, pompalarda veya yanmada neden olan kaloriferlere veya yanmaya neden olabilir. Solutions şunları içerir:

  • [FONT:0)Positive-exhopper tankları, esnek diyaframlar veya pistonlar kullanarak, preurantdan ayrı sıvıya ayırmak için.
  • [FONT:0)Kömert yapılar[[Dönetici cihazları) sıvıyı çıkışa yönlendirmek için yüzey gerilimi kullanan.
  • [FONT:0]Ullage Pushers[[Döncüler) Ana motor yakılmadan önce pervanantları yerleşmek için küçük bir ivme sağlar.

Düşük güven elektrik tahriki için, pervanant (tipik olarak xenon veya krypton) aktı kontrol cihazı ile ölçülmelidir; yerçekimi küçük rol oynar, ancak tank tasarımı iki fazlı depolama sistemlerindeki sıvıyı engellemeyi önlemelidir.

Thrust ve Propulsion Systems

Kimyasal Rocket Modifications

Kimyasal motorlar, yüksek itme nedeniyle karacılar ve ascent araçlar için iş arkadaşları kalır. Ancak, düşük yerçekiminde çalışan birkaç değişiklik talep eder:

  • [FONT=0) Deep throttling:[Dönetici:[Döneticiler, Mavi Origin’in BE-7 gibi modern LM iniş motoru tarafından gösterilen maksimum itikatın% 10-20'sine kadar inmek zorunda kalıyorlar.
  • [FONT:0]Thrust vektör kontrolü (TVC): [Döntgende, küçük yanlışlar daha büyük bir angular hızlarına neden olur.Aksibal aralıkları, güçlü yerçekimi etkisi olmadan stabiliteyi korumak için genişletilmiştir.
  • [FONT:0]Nozzle tasarımı: [Döntgen:[Dönetici: 0) Ortada Düşük Sıcaklıklı Basınçlı Basınçlar (Nükleer) Daha Yüksek Isp[DÜye Olmayanlar) için daha yüksek bir basınç için hala ısıtılmalıdır.

Mars iniş için, atmosferin varlığında çalışan motorlar eşsiz zorluklarla karşı karşıya: süpersonik retroproksiyon (gelen akışa motorlar) aracı ısıtabilecek karmaşık şok etkileşimleri ve recirculation bölgeleri yaratır. NASA'nın Mars Bilim Laboratuarı giriş aracı bu tür kavramları test eder ve önümüzdeki insan ölçekli arazileri aktif soğutma ile daha büyük motorlar gerektirecektir.

Low-Gravity Misyonları için Elektrikli Yük

Elektrikli tahrik sistemleri – itkançılar, Hall- effect pushers ve magnetoplasmadinamik itkiler – son derece yüksek I)sp) (1500-5,000 s) ama düşük itme (millinewtonlar) düşük yerçekimine kadar, birkaç milinewton bile küçük bir uzay aracı hızlandırabilir veya birkaç hafta boyunca asteroid örneği için ideal hale getirir: örneğin NASA'nın gemisi, yörüngeye doğru iten yüksek elektrik akımı için yüksek yük devretmeler kullandı.

  • [FONT:0)Power kullanılabilirlik:[Dönetici:[Dönetici: 0) Güneş serisi zayıf güneş ışığında kilovatlar üretmek için yeterince büyük olmalıdır (Mars Dünya'nın konsolidasyonunun% 43'ünü alır; asteroit bandı daha az.) Nükleer elektrik tahrik dış gezegenler için cazip hale gelir.
  • [FONT:0]Thrust vektöring:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) Elektrik iterleri genellikle tutum kontrolü için çarpık parçaları veya diferansiyel itme kullanır.
  • [FONT:0)Yaşam süresi: [Dönergede, düşük yerçekiminde, hareketli parçalar üzerinde daha az stres vardır, ancak yayılmadan gelen sert erozyon devam eder. Uzun süredir devam eden katoluşçular ve ızgaralar gerektirir.

Avrupa Uzay Ajansı'nın SMART-1 Pro ve Japonya'nın Hayabusa görevleri, Ay ve mikrogravity'deki elektrik iterleri üzerinde gerçek dünya verileri sunmaktadır. Bu sistemlerin kapsamlı bir incelemesi mevcuttur.

Atmospheric and Environmental Factors

Atmospheric Piano and Influence

Tüm düşük yerçekimi dünyaları havasız değildir. Mars ince CO2 atmosferine sahiptir (ortalama yüzey basıncı -600 Pa,% 95 CO2), Titan kalın bir azot-methane atmosferine sahiptir (146.7 kPa, 1.5 kez Dünya'nın deniz seviyesindeki basıncı) düşük ağırlıkta (1.352 m/s2,% 14 g).

Marsfly için, atmosfer girişi büyük ısı yaratır - 1,600 °C'ye hipersonik giriş için - sertleştirici enerji sistemleri (TPS) için ısıtılabilir veya enerji tasarrufu sağlar. Retropropulsion, süpersonik hızlarda, motorun egzozları ile etkileşime girebilmesi için, yüksek sıcaklıklarda veya motor parçalarında ısıtılabilir.

Ay veya Merkür gibi havasız vücutlarda, motorlar sert vakumda çalışır. No aerodinamik sürüklenme inişe yardımcı olur; tüm decelerasyon bu tozları büyük mesafelere taşır, ancak hava kuvvetlerine bir kontamine etme olasılığını ortadan kaldırır.

Termal Extremes

Ay'daki yüzey sıcaklıkları -173 °C gece gündüz 127 °C'ye kadar. Mars'ta, ay boyunca equator 20 °C'ye ulaşabilir, ancak geceler -73 °C'ye kadar uzanır.

  • [FONT:0)Öyle ısıtma: [DÜDÜDÜDÜSÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ
  • [FONT:0)Cooling:[[Dönetici:[Dönergesel soğutma) Rejeneratif soğutma (teor duvarların içinden yakıtlı) azaltılabilir ağırlık akış kalıpları için tasarlanmıştır - kanallarındaki bubble formasyon yerel sıcak noktalara ve başarısızlıklara neden olabilir.
  • [FONT:0]Radiator tasarımı: [Dönetici için] Nükleer termal veya elektrik motorları için ısı reddedilmesi sadece radyasyona bağlıdır. Low yerçekimi daha hafif, daha dağıtılabilir radyatör fins sağlar, ancak başlatılabilir çevreye karşı olmalıdır.
  • [FONT:0)Insulation:[Dönemli yalıtım battaniyeleri ısı kaybını önler ve güneş ve gezegensel termal radyasyondan hassas bileşenleri korur.

Malzeme Seçimi ve Yapısal Zorluklar

Düşük yerçekimi motorları için malzemeler aşırı sıcaklıklar, radyasyon (Güneş parçacığı olayları ve galaktik kozmik ışınları dahil), ve reaktif atmosferlerden veya yanma ürünlerinden olası kimyasal saldırıyı içerir: Anahtar düşünceler şunlardır:

  • [Düzg:0) Yüksek sıcaklık alaşımları: [Dönetici: [Düzücüler:0) Yüksek sıcaklık alaşımları: [Düzücük bazlı süperalloylar (örneğin, 718) ve refrakter metaller (niobium, molybdenum) yanma odası ve nozullar için kullanılır.
  • [FONT:0)Ceramik matrix kompozitler (CMC): [Döneticiler metallerden daha yüksek sıcaklık kapasitesi sunar, daha düşük yoğunlukla. sonraki nesil motorlarda nozullar ve itme odaları için test edilirler.
  • [FONT:0)Crygen uyumluluk: [DDDÜT:1] Tanklar ve yem hatları sıvı oksijende (-183 °C) ve sıvı hidrojen (-253 °C) sıcaklıkları ile alüminyum-lithium alaşımları ve paslanmaz çelikler yaygındır; kompozitler sızıntıları önlemek için dikkatli bir çizgi tasarımı gerektirir.
  • [FONT=0]Radiation direniş: [Dönetici: [Dönetici:0] Polimerler ve mühürler uzun süren radyasyon altında bozuldu.
  • [FONT:0]Dust ve regolith:[Dönde:[Dönder: 1) Ay'da, silikte toz hareket parçaları ve clog filtreleri. Motor alımı ve gimbal taşımaları toz saldırganlığa karşı mühürlenmelidir.

Yapısal zorluklar da Dünya'dan başlatılan düşük yerçekimi ve yüksek hız kombinasyonundan ortaya çıkar. Bir motor Dünya'nın süper motor ve Aerojetdyne'nin RL10 varyantını düşük yerçekiminde çalışırken alan sabit cezalarını haklı çıkarmak için yeterince hafif olmalıdır.AddFLT:0NASA'nın malzeme araştırma istasyonu deneyleri).

Yenilikçi Teknolojiler ve Gelecek Kavramları

Ion ve Hall-Effect Thrusters for Low-Gravity Descent

Geleneksel olarak, gezegensel yörünge transferleri için kullanılırken, iyon iterleri, delta-v'in düşük olduğu küçük vücutlara inme ve itmenin dakikalar içinde dağıtılması gerektiği konusunda hassas bir şekilde 500 kg arazide toplanabilirler.Bu itkiler derinden uçamayanlar için sert bir şekilde çalıştırılabilir - özellikle de akıtlışlamalar / akıtlış kontrol cihazı ile birlikte yapılmalıdır.

Nükleer Termal ve Nükleer Elektrikli Prodüksiyon

Nükleer termal roketler (NTR) ısı pervanant (hidrojen) bir fission reaktörü 2500-3,000 K'ye taşırken, I)[Dönemli: 1] 900 s civarındaki ısıtımı (NTR) ısıtıcısı, düşük yerçekiminde NTR'ler, yüksek yük teslimiyet için gerekli olan gücü yüksek enerji için gerekli olan bir reaktöre sahiptir.[16]

Güneş Yelkenleri ve Perellant-less Systems

Mikrogravity'de, güneş yakıtsız sürekli düşük itki için foton baskı kullanıyor. geleneksel anlamda bir motor olmasa da, Jüpiter'in iç güneş sistemi araştırmaları için küçük uzay aracına uyacaklar.For Low-gravity moons like Europa, where pervanant reely is impossible, a solar denizci. Benzer şekilde, elektromanyetik tethers to iti.

Gelişmiş Combustion Concepts

Rotating detonasyon motorları (RDEs) daha zor hale gelebilir, ancak kompakt yanma odaları, alt veyabit uçuşlara karşı yapılan deneylerin vaat ettiği bir başka konsepte göre, aerospike nozulları, düşük yerçekimine göre, yüksek çözünürlükte bir aralıkta optimal genişlemenin olmaması – yüksek çözünürlükte bir basınç artışın yüksekliğe sahip olduğu Mars için mükemmel bir şekilde genişletilebilir.

Test ve Geçerlilik

Dünya'daki düşük yerçekiminin sağlanması doğal olarak zordur. Mühendisler, azaltılabilir işlemler için uygun motorlar kullanmak için birkaç yöntem kullanır:

  • [FONT=0]Parabolik uçuşları , mikrogravity veya Ay yerçekiminin 20-30 saniyesini üretendir. Bu uçuşlar test pervanant yerleşme, motor geçici olarak başlar ve ilgili bir ortamda akırsız akış ayrımı (örneğin, NASA C-9 Morpheus arazisi için uçuşlar).
  • [FONT=0]Drop kuleleri [DFLT:1], küçük ölçekli pervanant yönetim ve iter atışları için 5-10 saniye sıfırdan fazla bir sıfırdan oluşan (Almanya'da ZARM damla kulesi)
  • [FONT=0]Vacuum odaları [Döneticileri ile dolu geniş çaplı motorlara uzayın düşük basınçına maruz kalan yüksek basınçlı (örneğin, NASA Glenn Research Center Plum Brook İstasyonu büyük yüksek yüksek yüksek yüksek test için).
  • [FONT:0)Vertical testi, , süspansiyon kabloları veya aktif tazminat sistemleri aracılığıyla indirgenme işlemine izin veren, yüksek koşullarda vektöre izin verendir.
  • [FONT:0)C ⁇ sıvı dinamikleri (CFD)), yanma ve sıvı taşımada azaltılan modeller. Simülasyonlar, son başarılı arazilerden uçuş verilere karşı doğrulanmalıdır (Apollo, Viking, Chang'e, Peracance).

In-flight gösterileri altın standart olarak kalır. Apollo Ay modülü iniş motoru, örneğin, Apollo 9 Dünya yörüngesinde test standlarında değil, Apollo 9 Dünya yörüngesinde de testlerde geniş bir nitelik kazandı. Artemis Human Landing System gibi modern programlar mürettebat işlemlerine başlamadan önce modellere güvenmeye güvenecektir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Diğer gezegenlerde düşük büyüklükteki ortamlarda çalışan motorlar çatışma koşullarını uzlaştırmalıdır: terminal iniş için yüksek itki, hassas bir şekilde uçacak, geniş bir arka basınçlar ve hayatta kalan malzemeler, değişken-güvenlik motorlar ve her ay, Mars, Titan ve asteroitler, her biri için benzersiz bir kombinasyon, atmosfer ve çevre, en sonunda bir tane uzayın tüm roketleri tespit etmek için uygun çözümler talep eder.