Есть такой американский стартап Динамика побега , которая занимается разработкой довольно необычного типа ракеты-носителя.
Их детище летает не на внутреннем химическом источнике (например, горение керосина или водорода в кислороде), а на внешнем — микроволновом.
Реактивная сила получается за счет выброса нагретого водорода, который нагревается микроволновым лучом от наземного источника.
Создатели этого стартапа считают, что на такой основе можно разработать легкий, дешевый, многоразовый корабль для запуска (пока небольших) серийных полезных нагрузок в космос.
Действительно, эта концепция как бы выстраивает мост между одноразовыми носителями, предполагающими уничтожение высокотехнологичной техники стоимостью в десятки миллионов долларов при каждом запуске, и астроинженерными проектами (такими как пусковая петля или космический лифт), которые подразумевают дешевую продукцию, но также и непомерные объемы капиталовложений.
Самое интересное, что моим читателям хорошо известен СВЧ-источник, работающий на частоте 92,3 гигагерца.
гиротрон , которые используются для ЕЦРЗ нагрев плазмы в ИТЭР и других термоядерных машинах.
Почему он? Только гиратроны способны генерировать мегаватты микроволновой энергии на таких высоких частотах.
Почему мегаватты и такие высокие частоты? 
Гиротрон Escape Dynamics мощностью 100 кВт 
И мегаваттный от АО «Гиком».
С частотой все просто.
Даже самые быстроразгонные ракеты заканчивают свою активную часть на расстоянии 1000-1500 километров от точки запуска.
Даже если мы установим несколько станций, очевидно, что дальностью менее 500 километров до корабля не обойтись.
Если мы не хотим потерять излучение, то желательно иметь размер СВЧ-пятна на цели не более 10 метров.
Это соответствует ширине луча в 4 угловых секунды.
Для создания такого узкого луча произведение частоты (в ГГц) на диаметр антенны (в метрах) должно быть равно 18900! Те.
для частоты 10 гигагерц диаметр антенны составит 1,9 км.
Слава богу, можно поднять частоту.
например, до известного окна прозрачности СВЧ в 92,3 гигагерца, и получить эквивалентный диаметр антенны в 205 метров.
Таким образом, становится понятен первый пункт — откуда взялось поле вращающихся антенн (работающих как единая фазированная решетка) и частота 92,3 ГГц.
Теперь о мощности.
В Escape Dynamics заявляют, что их конструкция будет иметь удельный импульс 700-850 секунд при работе на водороде.
Это не рекорд, но он не требует нагрева водорода до 3200 С.
Эта цифра и вес запускаемой полезной нагрузки (200 кг) позволяют сразу определить некоторые важные параметры их шаттла.
Как это сделать? Из формулы Циолковского и некоторых предположений.
Известно, что для вывода на орбиту с учетом всех потерь необходимо набрать скорость 9300 м/с.
При удельном импульсе 700 секунд по этой формуле можно узнать соотношение веса топлива (реактивной массы) и корабля V=I*ln(Mn/Mk), где V - скорость, которую будет развивать самолет. набрать, сбрасывая с удельным импульсом I массу топлива Мт = Мн (начальная) - Мк (конечная).
Получаем отношение начальной массы к конечной массе 3,87. Если предположить, что у нас есть супершаттл, вес которого составляет 1/4 массы содержащегося в нем топлива, то он будет весить 500 кг, и мы будем использовать 2 тонны водорода.
И мы выведем 200 кг на низкую орбиту.
Теперь оценим мощность нашей микроволновой грелки.
Скорость ускорения современных ракет-носителей в среднем составляет около 2х G. Для нас лучше идти быстрее, например на 3,5 G, чтобы не отходить слишком далеко от станций питания.
Для поддержания такого темпа нам понадобится тяга ((2,7+0,7)/2)*3,5 – 5,95 тонны.
Каждый брошенный килограмм в секунду дает 700 кг тяги (собственно, в этом и состоит физический смысл понятия Удельный Импульс), а значит, нам необходимо нагреть 8,5 кг в секунду.
Сколько энергии для этого потребуется? Здесь опять все просто – водород вылетает из сопла со скоростью 6867 м/с (это 700 секунд UI * 9,81), а по формуле кинетической энергии каждый килограмм несет 23,6 мегаджоулей, а всего нам понадобится 200 мегаватты.
Ух ты.
В принципе, это не очень удивительно, ведь ракетные двигатели имеют запредельную мощность – например, РД-171 – 27 гигаватт (при массе 10 тонн), а двигатель челнока ССМ? – около 8 гигаватт. Но вернемся к микроволновой печи мощностью 200 мегаватт. К сожалению, даже при самом удачном расположении излучателя относительно микрошаттла не менее половины энергии будет потребляться атмосферой.
Поглощение в «окне прозрачности» составляет 0,4 дБ/км в нижних слоях атмосферы и 0,1 дБ/км в верхних слоях.
Это значит, что нам нужно 400 мегаватт и, с учетом КПД гиротронов, 800 мегаватт от сети.
Напомню, что рекордная установка ITЭR будет производить 20 мегаватт - 1/20 от запланированной Escape Dynamics. И что интересно, если их проект по ракете-носителю застрянет, то это потребует многих лет инвестиций со стороны ITЭR-проекта в гиротроны, включая опыт одного из мировых лидеров этой отрасли - нижегородского предприятия.
«Гиком» и Институт прикладной физики.
Именно они владеют технологией мегаваттных гиротронов, которые можно использовать для создания излучающих полей для ЭД-технологии.
Вот так внезапно инвестиции в науку в одном месте приводят к появлению совершенно необычных.
Что ж, желаю успехов американским стартапам в их весьма интересной идее.
Теги: #Популярная наука #космос #физика #ракетная техника
-
Гольф Из Москвы.pm Для Всех
19 Oct, 24 -
Хостер Отключил Сервер
19 Oct, 24 -
Родной Sinclair Zx Spectrum
19 Oct, 24 -
Виртуальная Память В Armv7
19 Oct, 24 -
Письмо Деду Морозу!)
19 Oct, 24
