CC BY
227
Секция «Энергодвигательные установки и системы терморегулирования»
В космосе водород - самый распространенный элемент, в виде плазмы он составляет до половины массы Солнца и большинства звезд.
Перспективным направлением в энергетике считается - применение водорода и его соединений для хранения и транспортировки энергии, создание двигателей с водородом в качестве горючего.
Жидкий водород был впервые получен Дж. Дьюа-ром в 1898 г. с помощью дросселирования с предварительным охлаждением жидким воздухом. Этот метод ожижения прост и достаточно эффективен, поэтому его широко применяют до сих пор в ожижителях малой и средней производительности. Существуют различные модификации этого метода. В работе рассмотрены основные из них и определены характеристики ожижителей.
Для ожижения водорода целесообразно применять цикл с предварительным охлаждением двойным дросселированием. Рассмотренные методы применяют для получения нормального водорода, однако для длительного хранения такой водород непригоден, так как испаряется вследствие выделе-
ния теплоты в процессе перехода в параводород, который является равновесным для жидкого состояния.
При производстве, транспортировании и хранении вопросы тепловой изоляции жидкого водорода имеют первостепенное значение. В последнее время для теплоизоляции баков жидких водорода и кислорода на космических кораблях предложено вместо многослойной экранно-вакуумной изоляции использовать тонкостенные двухслойные, гибкие, вакуу-мированные оболочки с полыми микросферическими частицами, изготовленными из стекла с металлическим покрытием. Такая изоляция имеет меньшую массу, более стабильные характеристики и лучшие теплоизоляционные свойства в условиях невесомости ввиду малой поверхности контакта частиц. [1]
Библиографическая ссылка
1. Зрелов В. Н., Серегин Е. П. Жидкие ракетные топлива. М. : Химия, 1975.
© Башкатова Т. А., Краев М. В., 2010
УДК 629.7.026
А. В. Белоногов Научный руководитель - М. В. Краев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛЕТОВ В ДАЛЬНИЙ КОСМОС
Приведены достоинства ядерного двигателя мегаваттного класса и перспектива его использования в космосе для ускоренных полетов на дальние расстояния.
В работе рассмотрен модуль с ядерной электродвигательной установкой. Концептуально он является развитием идей, заложенных еще полвека назад в проект тяжелого межпланетного корабля, который прорабатывался в ОКБ-1 под руководством С. П. Королева. По состоянию на сегодняшний день в Центре Келдыша определен примерный облик транспортного модуля с ядерной электродвигательной установкой. В общем случае он состоит из последовательно расположенных
ядерной энергоустановки с элементами биологической защиты и комплексом средств аварийной защиты, капельного холодильника-излучателя, модуля электроракетных двигателей и сменного модуля полезного груза.
Безопасность использования ядерной энергоустановки представляется обеспечить рядом решений. Установка полностью собирается и испытывается на Земле.
Вариант компоновки ЯЭУ с капельным холодильником-излучателем в составе многоразового межорбитального буксира: 1 - ЯЭУ в развернутом положении в составе основного транспортного модуля; 2 - модуль ЭРД; 3 - полезная нагрузка в составе сменного модуля; 4 - капельный холодильник-излучатель ЯЭУ
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
Выведение в космос осуществляется при под-критическом состоянии реактора: управляемая цепная реакция запускается только на орбите. В аварийных ситуациях предусмотрен сброс тепловыделяющих сборок, а в случае аварии при выходе в атмосферу предусмотрена обоснованная последовательность аэродинамического разрушения реактора с рассеиванием радиоактивного топлива в верхних слоях атмосферы, на высотах более 70 км.
Капельный холодильник-излучатель высокой эффективности компонуется из панелей и состоит из генератора и заборника капель, насоса и теплообменника.
В качестве движителя рассматриваются холлов-ские и ионные ЭРД. Например, типовой двигательный модуль может включать шесть холловских ЭРД мощностью 100 кВт, один из которых резервный. В
зависимости от напряжения разряда, тяга единичного двигателя может составлять 0,87-0,71 кгс, КПД -60 %, а удельный импульс составит 1400-1700 с и более. На транспортном модуле предполагается иметь два типовых двигательных модуля, т. е. 12 ЭРД.
К достоинствам ядерной электродвигательной установки специалисты относят независимость вырабатываемой мощности от освещенности орбиты, ориентации космического аппарата и удаленности от Солнца, что открывает перспективы экспедиций в дальний космос и возможность реализации высокой мощности, при которой ядерные электродвигательные установки обладают неоспоримыми преимуществами по сравнению с солнечными энергетическими установками.
© Белоногов А. В., Краев М. В., 2010
УДК 621.471:629.78
А. Ю. Беляев Научный руководитель - М. В. Краев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
КОНЦЕНТРАТОРЫ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
Концентраторы солнечной энергии широко используются на солнечных энергоустановках, которые в свою очередь являются одним из источников энергии для космических двигательных установок и электрических ракетных двигателей, а также для обеспечения электроэнергией бортовых систем космических летательных аппаратов. Использование концентраторов позволяет значительно улучшить удельные, энергомассовые и стоимостные показатели систем преобразования энергии.
Система концентрации может быть определена как специальная оптическая система, предназначенная для улавливания и перераспределения в пространстве потока солнечного излучения с целью повышения его плотности до уровня, необходимого для дальнейшего использования.
Технически концентрацию можно осуществить с помощью различных оптических элементов - зеркал, линз, световодов и пр. Свойства систем концентрации солнечного излучения описывают геометрическими и оптическими характеристиками их отражающей поверхности, а также массогабаритными, стоимостными и другими показателями.
К системам концентрации предъявляют следующие основные требования:
- высокая отражательная способность в диапазоне длин волн спектра солнечного излучения в космосе;
- согласованность характеристик распределения сконцентрированного излучения с требуемыми для эффективной работы приемно-преобразующих устройств;
- минимальная удельная масса (масса на единицу площади отражающей поверхности);
- компактность в транспортировочном состоянии при простоте и надежности устройств, обеспе-
чивающих сборку и развертывание систем концентрации на орбите;
- устойчивость элементов конструкции и оптических покрытий отражающих поверхностей к длительному воздействию факторов космической среды;
- низкая стоимость и простота изготовления.
Основным энергетическим показателем концентратора солнечного излучения является коэффициент (степень) концентрации, или концентрирующая способность К, которая определяется как отношение средней плотности сконцентрируемого излечения к плотности лучистого потока, падающего на отражающую поверхность при условии точной ориентации последней на Солнце. Таким образом, на СКЭС могут найти применение системы концентрации различных типов, которые с определенной условностью могут быть разделены на низкопотенциальные (К < 100) и высокопотенциальные (К > 100).
Библиографическая ссылка
1. Грилихес В. А. Солнечные космические энергостанции. Л. : Наука, 1986.
© Беляев А. Ю., Краев М. В., 2010
