В России в Казани построена действующая модель уникального лазерного ракетного двигателя (ЛРД)
Сделан важный шаг к созданию дешёвых космических аппаратов нового поколения, не использующих обычную химическую пару топливо-окислитель. Ведь дальнейшее освоение космоса упирается в дороговизну запусков на околоземные орбиты полезных грузов, которых потребуется всё больше. Запуск килограмма груза пока обходится в десятки тысяч долларов.
Идея применять лазер для перемещений в космосе восходит к началу 1970 годов. Речь тогда шла исключительно о наземных лазерах – в то время громоздких и тяжелых устройствах, которые нельзя было установить на борт космического аппарата. Принцип такого двигателя в том, что узкий луч направляется с Земли на летящий в космосе аппарат и нагревает в особой «камере поглощения» рабочее тело, то есть твёрдое вещество либо газ, после чего оно превращается в плазму и истекает через сопло, создавая реактивную тягу. В России, США и других странах велись эксперименты с разными типами лазеров. Пробовались разные газы и твёрдые тела, способные к испарению, например фторопласт. В 1991 году советские специалисты рассказали о своей схеме двигателя на Международном конгрессе по аэронавтике в Монреале. Из-за распада СССР тот двигатель, уже построенный, так и не был испытан.
В новом тысячелетии интерес к лазерному двигателю в России возродился, этой темой занялся ряд коллективов. В установке группы учёных из Казани, давшей отличные результаты, использован непрерывный оптический разряд от лазера, который получить и удерживать в одной точке гораздо сложнее, чем импульсный оптический разряд. А поток рабочего газа, аргона, вводится в двигатель в виде закрученного вихря, отбирающего тепло от корпуса. В то же время важно повысить температуру в «камере поглощения», поскольку от неё зависит скорость истечения продуктов нагрева из сопла, рассказал один из авторов разработки Айдар Бикмучев:
«В нашем случае создаётся низкотемпературная плазма, называемая непрерывным оптическим разрядом, подпитываемая лазерной энергией. Плазма в центре камеры и температурой минимум в 15 тысяч градусов Кельвина обдувается рабочим телом. Нагреваясь, рабочее тело истекает, образуя реактивную струю. Лабораторные образцы мы уже создали, испытали, получили тягу, неплохой удельный импульс на аргоне. Аргон – самый безопасный газ».
Если вместо аргона в качестве рабочего тела взять водород, то скорость истечения продуктов нагрева будет выше, к тому же лёгкий водород займёт ещё меньшую часть массы всего космического аппарата. В том, откуда взять энергию, Айдар Бикмучев проблемы не видит:
«Источник лазерной энергии может находиться и на борту космического аппарата. В космосе очень ценна полезная нагрузка и масса рабочего тела. Лазерная энергия всегда восполняема, допустим, за счёт подпитки от солнечных батарей».
Солнечные панели с удалением от Солнца теряют эффективность. Если вместо них поставить ядерный реактор, габариты и вес аппарата непозволительно возрастут. Есть и третий путь, продолжает казанский разработчик:
«Ведутся работы по беспроводной передаче энергии. Уже проводились эксперименты с МКС, передали энергию на транспортный корабль «Прогресс» лучом лазера. На десятки тысяч километров её можно передать без проблем».
Применив инфракрасный лазер, казанцы получили реактивную тягу примерно в полкилограмма. Этого мало, чтобы подняться на околоземную орбиту, но более чем достаточно, чтобы переориентировать уже запущенный аппарат в космосе либо послать его на другую орбиту. Вспомним, что непрерывная тяга всего в 6 граммов позволила в 2004 году станции SМART-1 Европейского космического агентства достичь Луны с околоземной орбиты. Эта ничтожная сила медленно раскручивала аппарат по спирали, пока спираль не расширилась до диаметра лунной орбиты. Для этого потребовался год, и двигатель там был не лазерный, а ионный.
Казанские учёные столкнулись с трудностью: нельзя сильно наращивать мощность входящего луча, поскольку КПД установки падает. Возможно, придётся взять несколько лучей, входящих с разных сторон в двигатель, чтобы создать несколько очагов образования плазмы.
Конструкция ещё не совсем совершенна, но ей прочат будущее в системах ориентации и стабилизации космических аппаратов, а также в разгонных блоках.
Источник: Голос России
Комментарии