|
|
Пишет kouzdra (![[info]](http://lj.rossia.org/img/userinfo.gif){kind=small} kouzdra)@ 2011-03-29 03:23:00 |
 |
|
 |
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
"А тем временем, в замке у шефа..."
С неделю назад, как нам сообщает NASA, проснулся и зашевелил антеннками, запущенный три с половиной года назад зонд NASA "Рассвет" ("Dawn"), предназначенный для исследования "больших" астероидов Весты и Цереры.
Помимо самой миссии тут интересен сам зонд, а точнее его двигательная установка - это первая американская содержательная миссия, которая является критически зависимой от ионной тяги (и видимо - вторая вообще после Hayabusa - SMART-1 и Deep Space вполне осуществимы и без нее):
двигатель NSTAR
После отделения зонда от носителя (его скорость в этот момент составляет 11.5 км/с), приращение скорости составляет около 10 км/с, что обеспечивается тремя двигателями NSTAR с максимальным удельным импульсом 3100 секунд, солнечными панелями обеспечивающими 10 киловатт на земной орбите и около 1 киловатта на орбите Цереры, и 425 килограммами ксенона, использующегося как рабочее тело.
При общей начальной массе зонда 1250 кг в идеале это должно обеспечивать Δv около 12.5 км/сек, в реальности миссия расчитана на Δv около 10 км/с (к моменту завершения миссии у зонда должно остаться еще около 40 кг ксенона, чего достаточно для изменения скорости примерно на 1.5 км/c).
Так вот что интересно - что этот ресурс обеспечивается примерно 500-600 килограммами массы - то есть составляет меньше половины массы аппарата. Если бы там использовались криогенные химические двигатели с импульсом 450 секунд, начальная масса аппарата бы составила около 14 тонн, в случае же единственного реалистического для длительного полета варианта двигателей на высококипящих компонентах c импульсом около 350 секунд - около 30 тонн. Что переводило бы миссию в вариант сугубо теоретической реализуемости: сделать конечно можно, но кто даст на это столько денег.
При этом у зонда остается еще приличный запас ксенона, чтобы в случае если он отработает нормально, расширить миссию и посмотреть еще на что-нибудь. То есть различие не количественное, а качественное. Как в самой цене миссии, так и в резком увеличении гибкости при ее планировании.
Если же учесть, что удельная мощность солнечных батерей увеличивается (7 кг/квт уже есть и обещают до 3 кг/квт довести), да и у товарищей из AdAstra дело идет несколько лучше, чем изначально задумывалось (по крайней мере на недавних испытаниях VX-200 его эффективность на полной мощности оказалась 70% - против 60% изначально заданных, как цель) - то очень вероятно, что лет через 10-15 межпланетные станции будут летать совсем по другому - потому как имея возможности маневра по скорости в районе 15-20 км/с, против нынешних 2-3 км/с максимум, можно летать совсем по другому: как я уже недавно писал - у тех же AdAstra'вцев есть очень любопытная статья - A Survey of Missions using VASIMR. ® for. Flexible Space Exploration, где они излагают возможные варианты миссий с использованием их перспективной разработки. Это, конечно, в значительной степени пеар и примерные прикидки, но и ничего невозможного в том тоже нет.
Ну а если в какой-то момент сумеют сделать легкий и мощный ядерный космический реактор (что, правда, проблематично как раз) - то вовсе счастье настанет. Но в общем - незаметненько так происходит качественный апгрейд межпланетных перелетов.
PS: По поводу "легкости" реактора - тут ситуация такая: для обеспечения ускорения массы в 1 кг на 1 м/с при удельном импульсе I (считаемом тут в метрах в секунду) надо отбросить со скоростью I 1/I килограмма рабочего тела. Энергия соответственно тут получается I2/2 * 1/I= I/2 джоуля.
Соответственно при импульсе в 3100 сек = 30 000 м/с и ускорении 1 м/с2 требуется мощность 15 киловатт на килограмм веса космического аппарата: соответственно - для обеспечения умеренного очень ускорения 1 мм/с2(это 2.5 км/c за месяц - минимум для пилотируемых полетов - медленнее проще уже на "химии" летать) необходимо 15 киловатт на тонну веса, при увеличении импульса до 10,000 (вполне достижимого) - уже 50 киловатт.
С учетом того, что КПД электрореактивных двигателей хоть и высокий, но не идеальный (70-80%)и с учетом требования, чтобы энергетическая установка не составляла по массе больше 10% массы аппарата - получаем требование по удельной мощности ЭУ не менее 0.2-0.7 киловатт на килограмм.
Скажем солнечные батареи в эту вилку практически уже не вписываются. И скажем мегаваттный реактор с генератором вписать в 1-1.5 тонны - дело тоже вовсе не простое.
С неделю назад, как нам сообщает NASA, проснулся и зашевелил антеннками, запущенный три с половиной года назад зонд NASA "Рассвет" ("Dawn"), предназначенный для исследования "больших" астероидов Весты и Цереры.
Помимо самой миссии тут интересен сам зонд, а точнее его двигательная установка - это первая американская содержательная миссия, которая является критически зависимой от ионной тяги (и видимо - вторая вообще после Hayabusa - SMART-1 и Deep Space вполне осуществимы и без нее):
двигатель NSTAR
После отделения зонда от носителя (его скорость в этот момент составляет 11.5 км/с), приращение скорости составляет около 10 км/с, что обеспечивается тремя двигателями NSTAR с максимальным удельным импульсом 3100 секунд, солнечными панелями обеспечивающими 10 киловатт на земной орбите и около 1 киловатта на орбите Цереры, и 425 килограммами ксенона, использующегося как рабочее тело.
При общей начальной массе зонда 1250 кг в идеале это должно обеспечивать Δv около 12.5 км/сек, в реальности миссия расчитана на Δv около 10 км/с (к моменту завершения миссии у зонда должно остаться еще около 40 кг ксенона, чего достаточно для изменения скорости примерно на 1.5 км/c).
Так вот что интересно - что этот ресурс обеспечивается примерно 500-600 килограммами массы - то есть составляет меньше половины массы аппарата. Если бы там использовались криогенные химические двигатели с импульсом 450 секунд, начальная масса аппарата бы составила около 14 тонн, в случае же единственного реалистического для длительного полета варианта двигателей на высококипящих компонентах c импульсом около 350 секунд - около 30 тонн. Что переводило бы миссию в вариант сугубо теоретической реализуемости: сделать конечно можно, но кто даст на это столько денег.
При этом у зонда остается еще приличный запас ксенона, чтобы в случае если он отработает нормально, расширить миссию и посмотреть еще на что-нибудь. То есть различие не количественное, а качественное. Как в самой цене миссии, так и в резком увеличении гибкости при ее планировании.
Если же учесть, что удельная мощность солнечных батерей увеличивается (7 кг/квт уже есть и обещают до 3 кг/квт довести), да и у товарищей из AdAstra дело идет несколько лучше, чем изначально задумывалось (по крайней мере на недавних испытаниях VX-200 его эффективность на полной мощности оказалась 70% - против 60% изначально заданных, как цель) - то очень вероятно, что лет через 10-15 межпланетные станции будут летать совсем по другому - потому как имея возможности маневра по скорости в районе 15-20 км/с, против нынешних 2-3 км/с максимум, можно летать совсем по другому: как я уже недавно писал - у тех же AdAstra'вцев есть очень любопытная статья - A Survey of Missions using VASIMR. ® for. Flexible Space Exploration, где они излагают возможные варианты миссий с использованием их перспективной разработки. Это, конечно, в значительной степени пеар и примерные прикидки, но и ничего невозможного в том тоже нет.
Ну а если в какой-то момент сумеют сделать легкий и мощный ядерный космический реактор (что, правда, проблематично как раз) - то вовсе счастье настанет. Но в общем - незаметненько так происходит качественный апгрейд межпланетных перелетов.
PS: По поводу "легкости" реактора - тут ситуация такая: для обеспечения ускорения массы в 1 кг на 1 м/с при удельном импульсе I (считаемом тут в метрах в секунду) надо отбросить со скоростью I 1/I килограмма рабочего тела. Энергия соответственно тут получается I2/2 * 1/I= I/2 джоуля.
Соответственно при импульсе в 3100 сек = 30 000 м/с и ускорении 1 м/с2 требуется мощность 15 киловатт на килограмм веса космического аппарата: соответственно - для обеспечения умеренного очень ускорения 1 мм/с2(это 2.5 км/c за месяц - минимум для пилотируемых полетов - медленнее проще уже на "химии" летать) необходимо 15 киловатт на тонну веса, при увеличении импульса до 10,000 (вполне достижимого) - уже 50 киловатт.
С учетом того, что КПД электрореактивных двигателей хоть и высокий, но не идеальный (70-80%)и с учетом требования, чтобы энергетическая установка не составляла по массе больше 10% массы аппарата - получаем требование по удельной мощности ЭУ не менее 0.2-0.7 киловатт на килограмм.
Скажем солнечные батареи в эту вилку практически уже не вписываются. И скажем мегаваттный реактор с генератором вписать в 1-1.5 тонны - дело тоже вовсе не простое.
Добавить комментарий:
