пятница, 12 февраля 2021 г.
Китайский аппарат Tianwen-1 успешно вышел на орбиту Марса
Китайский космический аппарат Tianwen-1 успешно вышел на орбиту Марса сегодня, 10 февраля. Об этом сообщает китайское государственное агентство CGTN. Аппарат вышел на орбиту Марса около 15:00 по киевскому времени после начатого в 14:00 тормозного маневра. Миссия включает орбитальный зонд и спускаемый аппарат, который должен доставить на поверхность планеты марсоход. Посадка марсохода состоится не ранее 23 апреля. Марсоход массой 240 кг должен будет работать от солнечных батарей не менее 90 марсианских суток, но рассчитывают на значительно больший срок. На его борту – почвенный георадар (до 100 м в глубину), магнитометр, метеостанция, лазерно-искровой спектроскоп для анализа поверхностных веществ, мультиспектральная и навигационно-топографическая камеры. Орбитальный зонд в течение марсианского года (687 земных дней) будет обеспечивать связь марсохода с Землей. Помимо этого он оснащен радаром для глубинного подповерхностного изучения Марса (100 м с высоты 400 км), HD-камера, анализаторы (для улавливания нейтральных частиц и ионов), магнитометр и спектрометр для определения состава минералов.
понедельник, 8 февраля 2021 г.
Фото: корабль «Союз МС-18», который доставит 65-ю экспедицию к МКС, прошёл испытания в безэховой камере
Как сообщил «Роскосмос», на космодроме Байконур продолжается предполётная подготовка транспортного пилотируемого корабля «Союз МС-18», который доставит к Международной космической станции (МКС) следующий российский экипаж. 5 февраля 2021 года состоялся запланированный цикл автономных испытаний корабля в безэховой камере монтажно-испытательного корпуса площадки № 254. В течение суток специалисты Ракетно-космической корпорации «Энергия» имени С. П. Королёва и Космического центра «Южный» выполнили операции по проверке функционирования радиотехнической аппаратуры «Курс-НА», которая обеспечивает сближение и стыковку корабля «Союз МС-18» с МКС. В процессе испытаний были сделаны приведённые фотографии.
После завершения испытаний корабль был установлен в динамический стенд монтажно-испытательного корпуса для продолжения предстартовой подготовки. Пуск ракеты-носителя «Союз-2.1а» с пилотируемым кораблём «Союз МС-18» запланирован на 9 апреля 2021 года с космодрома Байконур.
Корабль должен доставить на борт МКС экипаж следующей 65-й основной экспедиции. Уже в ноябре на станции начались подготовительные работы к прибытию «Союза МС-18». Сообщается, что запуск будет происходить по сверхбыстрой двухвитковой схеме.
Кстати, уже в этом месяце, 15 февраля, к МКС планируется отправить беспилотный транспортный грузовой корабль «Прогресс МС-16», который доставит на орбиту запасы топлива и газов, научное оборудование и специальный ремонтный комплект для устранения трещины в модуле «Звезда», из-за которой происходит утечка воздуха.
Безэховая камера — это особое помещение, покрытое радиопоглощающим материалом с целью имитации условий космического пространства для наземной проверки работоспособности бортовых радиосистем транспортных кораблей «Прогресс МС» и «Союз МС».
суббота, 6 февраля 2021 г.
Ядерный ракетный двигатель строят для полетов на Марс. Чем он опасен?
NASA разработает ядерный двигатель для быстрого полета на Марс. Ракеты с ядерными двигателями будут более мощными и вдвое более эффективными, чем с химическими, которые используются сегодня. Рассказываем подробнее о разработке, как быстро она будет передвигаться и чем опасна. Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги. Традиционный ЯРД в целом представляет собой конструкцию из нагревательной камеры с ядерным реактором как источником тепла, системы подачи рабочего тела и сопла. Рабочее тело (как правило — водород) подается из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу. Существуют различные конструкции ЯРД: твердофазный, жидкофазный и газофазный — соответствующие агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твердое, расплав или высокотемпературный газ (либо даже плазма).
ЯРД NERVA
Температура нагрева ограничена температурой плавления элементов конструкции (не более 3000 К). Удельный импульс твердофазного ЯРД, по современным оценкам, составит 850–900 с, что более чем вдвое превышает показатели наиболее совершенных химических ракетных двигателей.
Наземные демонстраторы технологий ТфЯРД в ХХ веке были созданы и успешно испытаны на стендах (программа NERVA в США, РД-0410 в СССР).
Перенос тепла от топлива к теплоносителю достигается в основном за счет излучения, большей частью в ультрафиолетовой области спектра (при температурах топлива около 25 000 °C).
Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции должен передаваться кораблю. Затем, когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно будет уменьшить. При взлете корабль должен лететь строго вертикально, чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы.
В США космические разработки с использованием импульсных ядерных ракетных двигателей осуществлялись с 1958 по 1965 год в рамках проекта «Орион» компанией «Дженерал Атомикс» по заказу ВВС США.
По проекту «Орион» проводились не только расчеты, но и натурные испытания. Летные испытания моделей летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов использовалась обычная химическая взрывчатка).
Были получены положительные результаты о принципиальной возможности управляемого полёта аппарата с импульсным двигателем. Также для исследования прочности тяговой плиты проведены испытания на атолле Эниветок.
Во время ядерных испытаний на этом атолле покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 м от эпицентра взрыва. Сферы после взрыва найдены неповрежденными, тонкий слой графита испарился (аблировал) с их поверхностей.
В СССР аналогичный проект разрабатывался в 1950–1970-х годах. Устройство содержало дополнительные химические реактивные двигатели, выводящие его на 30–40 км от поверхности Земли. Затем предполагалось включать основной ядерно-импульсный двигатель.
Основной проблемой была прочность экрана-толкателя, который не выдерживал огромных тепловых нагрузок от близких ядерных взрывов. Вместе с тем были предложены несколько технических решений, позволяющих разработать конструкцию плиты-толкателя с достаточным ресурсом. Проект не был завершен. Реальных испытаний импульсного ЯРД с подрывом ядерных устройств не проводилось.
Ядерная электродвигательная установка (ЯЭДУ) используется для выработки электроэнергии, которая, в свою очередь, используется для работы электрического ракетного двигателя.
Подобная программа в США (проект NERVA) была свернута в 1971 году, но в 2020 году американцы вновь вернулись к данной теме, заказав разработку ядерного теплового двигателя (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) компании Gryphon Technologies для военных космических рейдеров на атомных двигателях для патрулирования окололунного и околоземного пространства, также с 2015 года идут работы по проекту Kilopower.
С 2010 года в России начались работы над проектом ядерной электродвигательной установки мегаваттного класса для космических транспортных систем (космический буксир «Нуклон»). На 2021 год ведется отработка макета; к 2025 году планируется создать опытные образцы данной ядерной энергоустановки; заявлена плановая дата летных испытаний космического тягача с ЯЭДУ — 2030 год.
Мощность
По оценкам А. В. Багрова, М. А. Смирнова и С. А. Смирнова, ядерный ракетный двигатель может добраться до Плутона за 2 месяца и вернуться обратно за 4 месяца с затратой 75 тонн топлива, до Альфы Центавра за 12 лет, а до Эпсилона Эридана за 24,8 года.
Ядерный двигатель опасен?
Основным недостатком является высокая радиационная опасность двигательной установки:
- потоки проникающей радиации (гамма-излучение, нейтроны) при ядерных реакциях;
- вынос высокорадиоактивных соединений урана и его сплавов;
- истечение радиоактивных газов с рабочим телом.
Использование открытия российских ученых в гражданском секторе тесно связано с безопасностью ядерной силовой установки. Нужно было обеспечить безопасность его выхлопа.
Защита малогабаритного ядерного двигателя меньше, чем у большего по размерам, поэтому нейтроны будут проникать в «камеру сгорания», тем самым с некоторой вероятностью делая радиоактивным все вокруг.
Азот и кислород имеют радиоактивные изотопы с малым временем полураспада и не опасны. Радиоактивный углерод вещь долгоживущая. Но есть и хорошие новости.
Радиоактивный углерод образуется в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей. Но главное, концентрация углекислого газа в сухом воздухе составляет всего 0,02÷0,04%.
Учитывая же, что процент углерода, становящийся радиоактивным, величина еще на несколько порядков меньшая, предварительно можно считать, что выхлоп ядерных двигателей не более опасен, чем выхлоп ТЭЦ, работающей на угле.
Собираются ли использовать ядерный двигатель для новейших полетов в космос?
Да, в начале февраля стало известно, что NASA проведет тестирование новейшего ядерного двигателя для полетов на Марс. Ожидается, что с его помощью можно будет добраться до Красной планеты всего лишь за три месяца.
В последние годы ученые и инженеры NASA и других космических агентств мира активно обсуждают планы по постройке постоянных обитаемых баз на поверхности Луны и Марса.
В чем его преимущества?
Главным ключом к обеспечению их автономности и удешевлению постройки специалисты NASA считают технологии трехмерной печати, позволяющие использовать воду и местные ресурсы — почву, горные породы и газы из атмосферы — для постройки зданий базы прямо на месте.
Подобные принтеры, как показывают опыты на борту МКС и на Земле, позволяют напечатать почти все необходимое для жизни колонистов на Марсе, за исключением одного, самой главного компонента базы — источника питания, чья мощность была бы достаточной для обеспечения работы самого 3D-принтера, а также питания и обогрева всей базы.
В рамках подготовки NASA к высадке на Марс в 2035 г. американская компания Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) из Сиэтла предложила свое решение — ядерный тепловой двигатель (NTP)
Каким будет ядерный двигатель?
USNT предлагает классическое решение — ядерный двигатель с использованием сжиженного водорода в качестве рабочего тела: ядерный реактор вырабатывает тепло из уранового топлива, эта энергия нагревает жидкий водород, проходящий по теплоносителям, который расширяется в газ и выбрасывается через сопло двигателя, создавая тягу.
Одна из основных проблем при создании такого типа двигателей — найти урановое топливо, которое может выдерживать резкие колебания температуры внутри двигателя. В USNT утверждают, что решили эту проблему, разработав топливо, которое может работать при температурах до 2 400 градусов Цельсия.
Топливная сборка содержит карбид кремния: этот материал, используемый в слое триструктурально-изотропного покрытия, образует газонепроницаемую преграду, препятствующую утечке радиоактивных продуктов из ядерного реактора, защищая космонавтов.
Безопасность
Кроме того, для защиты экипажа и на случай непредвиденных ситуаций ядерный двигатель не будет использоваться во время старта с Земли — он начнет работу уже на орбите, чтобы минимизировать возможные повреждения в случае аварии или нештатной работы.
Твердофазный ядерный ракетный двигатель
В твердофазных ЯРД (ТфЯРД) делящееся вещество, как и в обычных ядерных реакторах, размещено в сборках-стержнях (ТВЭЛах) сложной формы с развитой поверхностью, что позволяет эффективно нагревать газообразное рабочее тело (обычно — водород, реже — аммиак), одновременно являющееся теплоносителем, охлаждающим элементы конструкции и сами сборки.Температура нагрева ограничена температурой плавления элементов конструкции (не более 3000 К). Удельный импульс твердофазного ЯРД, по современным оценкам, составит 850–900 с, что более чем вдвое превышает показатели наиболее совершенных химических ракетных двигателей.
Наземные демонстраторы технологий ТфЯРД в ХХ веке были созданы и успешно испытаны на стендах (программа NERVA в США, РД-0410 в СССР).
Газофазный ядерный ракетный двигатель
Газофазный ядерный реактивный двигатель (ГЯРД) — концептуальный тип реактивного двигателя, в котором реактивная сила создаётся за счёт выброса теплоносителя (рабочего тела) из ядерного реактора, топливо в котором находится в газообразной форме или в виде плазмы. Считается, что в подобных двигателях удельный импульс составит 30–50 тыс. м/с.Перенос тепла от топлива к теплоносителю достигается в основном за счет излучения, большей частью в ультрафиолетовой области спектра (при температурах топлива около 25 000 °C).
Ядерный импульсный двигатель
Атомные заряды мощностью примерно в килотонну на этапе взлета должны взрываться со скоростью один заряд в секунду. Ударная волна — расширяющееся плазменное облако — должна была приниматься «толкателем» — мощным металлическим диском с теплозащитным покрытием и потом, отразившись от него, создать реактивную тягу.Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции должен передаваться кораблю. Затем, когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно будет уменьшить. При взлете корабль должен лететь строго вертикально, чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы.
В США космические разработки с использованием импульсных ядерных ракетных двигателей осуществлялись с 1958 по 1965 год в рамках проекта «Орион» компанией «Дженерал Атомикс» по заказу ВВС США.
По проекту «Орион» проводились не только расчеты, но и натурные испытания. Летные испытания моделей летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов использовалась обычная химическая взрывчатка).
Космический корабль проекта «Орион»
Во время ядерных испытаний на этом атолле покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 м от эпицентра взрыва. Сферы после взрыва найдены неповрежденными, тонкий слой графита испарился (аблировал) с их поверхностей.
В СССР аналогичный проект разрабатывался в 1950–1970-х годах. Устройство содержало дополнительные химические реактивные двигатели, выводящие его на 30–40 км от поверхности Земли. Затем предполагалось включать основной ядерно-импульсный двигатель.
Основной проблемой была прочность экрана-толкателя, который не выдерживал огромных тепловых нагрузок от близких ядерных взрывов. Вместе с тем были предложены несколько технических решений, позволяющих разработать конструкцию плиты-толкателя с достаточным ресурсом. Проект не был завершен. Реальных испытаний импульсного ЯРД с подрывом ядерных устройств не проводилось.
Ядерная электродвигательная установка
Ядерная электродвигательная установка (ЯЭДУ) используется для выработки электроэнергии, которая, в свою очередь, используется для работы электрического ракетного двигателя.
Подобная программа в США (проект NERVA) была свернута в 1971 году, но в 2020 году американцы вновь вернулись к данной теме, заказав разработку ядерного теплового двигателя (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) компании Gryphon Technologies для военных космических рейдеров на атомных двигателях для патрулирования окололунного и околоземного пространства, также с 2015 года идут работы по проекту Kilopower.
С 2010 года в России начались работы над проектом ядерной электродвигательной установки мегаваттного класса для космических транспортных систем (космический буксир «Нуклон»). На 2021 год ведется отработка макета; к 2025 году планируется создать опытные образцы данной ядерной энергоустановки; заявлена плановая дата летных испытаний космического тягача с ЯЭДУ — 2030 год.
Мощность
По оценкам А. В. Багрова, М. А. Смирнова и С. А. Смирнова, ядерный ракетный двигатель может добраться до Плутона за 2 месяца и вернуться обратно за 4 месяца с затратой 75 тонн топлива, до Альфы Центавра за 12 лет, а до Эпсилона Эридана за 24,8 года.
Ядерный двигатель опасен?
Основным недостатком является высокая радиационная опасность двигательной установки:
- потоки проникающей радиации (гамма-излучение, нейтроны) при ядерных реакциях;
- вынос высокорадиоактивных соединений урана и его сплавов;
- истечение радиоактивных газов с рабочим телом.
Использование открытия российских ученых в гражданском секторе тесно связано с безопасностью ядерной силовой установки. Нужно было обеспечить безопасность его выхлопа.
Защита малогабаритного ядерного двигателя меньше, чем у большего по размерам, поэтому нейтроны будут проникать в «камеру сгорания», тем самым с некоторой вероятностью делая радиоактивным все вокруг.
Азот и кислород имеют радиоактивные изотопы с малым временем полураспада и не опасны. Радиоактивный углерод вещь долгоживущая. Но есть и хорошие новости.
Радиоактивный углерод образуется в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей. Но главное, концентрация углекислого газа в сухом воздухе составляет всего 0,02÷0,04%.
Учитывая же, что процент углерода, становящийся радиоактивным, величина еще на несколько порядков меньшая, предварительно можно считать, что выхлоп ядерных двигателей не более опасен, чем выхлоп ТЭЦ, работающей на угле.
Собираются ли использовать ядерный двигатель для новейших полетов в космос?
Да, в начале февраля стало известно, что NASA проведет тестирование новейшего ядерного двигателя для полетов на Марс. Ожидается, что с его помощью можно будет добраться до Красной планеты всего лишь за три месяца.
В последние годы ученые и инженеры NASA и других космических агентств мира активно обсуждают планы по постройке постоянных обитаемых баз на поверхности Луны и Марса.
В чем его преимущества?
Главным ключом к обеспечению их автономности и удешевлению постройки специалисты NASA считают технологии трехмерной печати, позволяющие использовать воду и местные ресурсы — почву, горные породы и газы из атмосферы — для постройки зданий базы прямо на месте.
Подобные принтеры, как показывают опыты на борту МКС и на Земле, позволяют напечатать почти все необходимое для жизни колонистов на Марсе, за исключением одного, самой главного компонента базы — источника питания, чья мощность была бы достаточной для обеспечения работы самого 3D-принтера, а также питания и обогрева всей базы.
В рамках подготовки NASA к высадке на Марс в 2035 г. американская компания Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) из Сиэтла предложила свое решение — ядерный тепловой двигатель (NTP)
Каким будет ядерный двигатель?
USNT предлагает классическое решение — ядерный двигатель с использованием сжиженного водорода в качестве рабочего тела: ядерный реактор вырабатывает тепло из уранового топлива, эта энергия нагревает жидкий водород, проходящий по теплоносителям, который расширяется в газ и выбрасывается через сопло двигателя, создавая тягу.
Одна из основных проблем при создании такого типа двигателей — найти урановое топливо, которое может выдерживать резкие колебания температуры внутри двигателя. В USNT утверждают, что решили эту проблему, разработав топливо, которое может работать при температурах до 2 400 градусов Цельсия.
Топливная сборка содержит карбид кремния: этот материал, используемый в слое триструктурально-изотропного покрытия, образует газонепроницаемую преграду, препятствующую утечке радиоактивных продуктов из ядерного реактора, защищая космонавтов.
Безопасность
Кроме того, для защиты экипажа и на случай непредвиденных ситуаций ядерный двигатель не будет использоваться во время старта с Земли — он начнет работу уже на орбите, чтобы минимизировать возможные повреждения в случае аварии или нештатной работы.
четверг, 4 февраля 2021 г.
Китай запустил спутник предупреждения о ракетном нападении
Сегодня в 23:36 по пекинскому времени (18:36 мск) с космодрома Сичан стартовала ракета-носитель Chang Zheng 3B со спутником TJSW-6 (Tongxin Jishu Shiyan Weixing-6).
Данный геостационарный спутник, как и предыдущие TJSW-2 и 5, будет использоваться в китайской системе раннего предупреждения о ракетном нападении. Это был 360-й полет ракет-носителей серии Chang Zheng и четвертый китайский запуск в этом году (третий успешный).
Данный геостационарный спутник, как и предыдущие TJSW-2 и 5, будет использоваться в китайской системе раннего предупреждения о ракетном нападении. Это был 360-й полет ракет-носителей серии Chang Zheng и четвертый китайский запуск в этом году (третий успешный).
Астрономы нашли фрагменты экзопланетной коры в атмосфере старого белого карлика
Астрономы подтвердили идею о том, что скалистые дифференцированные планеты могут образовываться вокруг короткоживущих массивных звезд B-типа. Об этом, по мнению ученых, говорят следы фрагментов коры экзопланет, найденные в фотосферах четырех холодных старых белых карликов. Препринт работы опубликован на сайте arXiv. Белые карлики — один из типов компактных объектов, образующихся в финале жизни звезд. Эти тела обладают массой, сравнимой с массой Солнца, при радиусе, сравнимом с радиусом Земли, и характеризуются непрерывным процессом оседания тяжелых элементов в более глубокие слои карлика, из-за чего в их атмосфере должны наблюдаться лишь легкие элементы, такие как водород или гелий. Однако в реальности найдено много белых карликов, атмосфера которых загрязнена металлами (элементами, тяжелее водорода и гелия), а от некоторых карликов зарегистрирован избыток инфракрасного излучения. Подобные наблюдения ученые связывают с процессами приливного разрушения карликом планетезималей или планет и последующей аккрецией вещества. Таким образом, астрономы получили методику исследования состава планетезималей в других системах, а также еще один метод выявления экзопланет. Группа астрономов во главе с Марком Холландсом (Mark A. Hollands) из Уорикского университета опубликовала результаты анализа спектроскопических наблюдений, полученных наземными телескопами, за четырьмя холодными (эффективная температура менее пяти тысяч кельвинов) и старыми (5-10 миллиардов лет) белыми карликами LHS 2534, WD J231726.74+183052.75, WD J182458.45+121316.82 и SDSS J133001.17+643523.69, атмосфера которых демонстрировала загрязнение металлами.
В фотосферах карликов были найдены литий, кальций и натрий, при этом в случае карлика LHS 2534 были найдены также магний, калий, хром и железо. Состав обломочного материала, который попадает на исследованные белые карлики обогащен литием и обеднен кальцием по сравнению с телами Солнечной системы и наиболее близко соответствует содержанию, обнаруженному в материковой коре Земли.
В случае системы WD J2317+1830 был замечен избыток инфракрасного излучения, что говорит о продолжающейся аккреции обломков из околозвездного диска на карлик, при этом общая скорость аккреции оценивается в 3×106 грамм в секунду. Если учесть, что прародителем этого белого карлика могла быть звезда с массой 4,8 массы Солнца, а идея об образовании планет уже после смерти звезды была признана неудачной, то это доказывает идею о том, что звезды спектрального типа B образуют планетные системы и доживают до стадии белого карлика. Кроме того, WD J2317+1830 является одной из старейших систем, где могли сформироваться дифференцированные скалистые планеты. Все это позволяет наложить ограничения на модели формирования планет, которые чрезвычайно трудно получить в ходе наблюдений за планетами вокруг звезд главной последовательности или гигантов.
Ранее мы рассказывали о том, как астрономы впервые нашли объект планетарного масштаба у белого карлика и уличили объект такого рода в поглощении богатой водой планетезимали.
В случае системы WD J2317+1830 был замечен избыток инфракрасного излучения, что говорит о продолжающейся аккреции обломков из околозвездного диска на карлик, при этом общая скорость аккреции оценивается в 3×106 грамм в секунду. Если учесть, что прародителем этого белого карлика могла быть звезда с массой 4,8 массы Солнца, а идея об образовании планет уже после смерти звезды была признана неудачной, то это доказывает идею о том, что звезды спектрального типа B образуют планетные системы и доживают до стадии белого карлика. Кроме того, WD J2317+1830 является одной из старейших систем, где могли сформироваться дифференцированные скалистые планеты. Все это позволяет наложить ограничения на модели формирования планет, которые чрезвычайно трудно получить в ходе наблюдений за планетами вокруг звезд главной последовательности или гигантов.
Ранее мы рассказывали о том, как астрономы впервые нашли объект планетарного масштаба у белого карлика и уличили объект такого рода в поглощении богатой водой планетезимали.
Подписаться на:
Сообщения (Atom)
