CC BY
133
Секция «Двигательные установки и системы терморегулированияЛА и КА»
В последние 30 лет все большую силу набирает проблема энергетического кризиса. По оценкам учёных [1], спад добычи энергоёмких полезных ископаемых наступит в ближайшие десятилетия, а энергетическая зависимость человечества с каждым годом возрастает. Одним из решений данной проблемы может послужить использование альтернативной энергетики или модернизация существующей.
Техническая сторона вопроса подразумевает использование низкопотенциального тепла. Его источниками могут являться: энергия солнца, термальные воды, выбросы ТЭС, перегревающиеся компьютерные серверы и т. п.
Предложена схема паротурбинной установки (ПТУ), которая является косвенным аналогом установки, спроектированной [2]. Принципиальное отличие нашей установки заключается в безнасосной системе подачи низкокипящего рабочего тела (НРТ) (см. рисунок).
9
Л
Пневмогидравлическая схема установки
Установка работает по замкнутому циклу: из конденсатора 1 в ресивер 2 под действием силы тяжести сливается рабочее тело по трубе через клапан 5. Равенство давлений между конденсатором и ресивером поддерживается уравнительной линией с клапаном 6. После слива рабочего тела клапаны 5 и 6 закрываются, а клапан 7 открывается и рабочее тело сливается в испаритель 3,после чего клапаны 9 и 7 закрываются. К испарителю 3 подводится низкопотенциальное тепло (порядка 60-90°С), и в результате нагрева рабочее тело закипает. Давление в испарителе достигает 2,5-3 МПа. После чего клапан 8 открывают, происходит изоэнтропийное расширение на турбине, турбина вращается и на генераторе вырабатывается электрическая энергия. После расширения на турбине рабочее тело поступает в конденсатор 1, клапан 8 закрывается, начинается подача охлаждающей жидкости и рабочее тело конденсируется. Цикл повторяется.
Был проведён термодинамический анализ цикла, который показал КПД, равный 16,7 %, при использовании в качестве рабочего тела фреона марки Я22. Таким образом, при затрате 5 кВт тепловой мощности бросового источника эффективная мощность турбины составит 835 Вт.
Результаты проведенных исследований показали актуальность исследований ПТУ НРТ. Термодинамический анализ выявил КПД, равный 16,7 %. Это приемлемый показатель для установок подобного рода.
Разработка подобных установок является перспективным направлением малой энергетики.
Библиографические ссылки
1. Макаров О. Когда настанет «пик-ойл» // Популярная механика. 2010. № 5 (91). С. 32-40.
2. Ходенков С. А. [и др.]. Разработка экспериментального стенда паротурбинной установки на низкокипящем рабочем теле // Решетневские чтения : материалы науч. конф. СибГАУ. Красноярск, 2010. Ч. 1. С. 131-132.
© Гайнутдинов А. В., Каменюк О. В., 2012
УДК 629.78
П. А. Григорьев, П. О. Агеев Научный руководитель - М. В. Кубриков Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПРОБЛЕМЫ УСТРАНЕНИЯ «КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА»
Законы гравитации заставляют большую часть космического мусора накапливаться в околоземном пространстве. В статье представлен обзор возможных решений борьбы с космическим мусором.
Казалось бы космос - пространство огромное и мусор в нем - капля в море. Чем же космический мусор так плох? Прежде всего, это вопрос безопасности, ведь современная защита космических аппаратов способна выдержать попадание микрометеоритов диаметром лишь до 1 см. Даже если исключить из списка угроз мусор, за которым следят с Земли, останется
более 50 тыс. опасных частиц мусора диаметром больше 1 см, которые движутся с огромной скоростью. Любая из них может неожиданно пробить борт космического аппарата и вызвать разрушения, сравнимые с попаданием бронебойного малокалиберного снаряда [1].
К сожалению, уже есть множество случаев столк-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
новения космических аппаратов с мусором. Так, частица мусора 1 см в диаметре пробила антенну телескопа «Хаббл». Российскому спутнику «Экспресс АМ11» повезло меньше: в 2006 г. удар микроскопической частицы мусора повредил систему терморегулирования, в результате чего спутник вышел из строя и на некоторое время оставил Дальний Восток без телевещания.
Самую богатую историю «обстрелов» накопили американские шаттлы. Наиболее известен случай, который произошел в 2006 г. с шаттлом Atlantis, когда небольшая частица космического мусора пробила панель радиатора, одну стенку грузового отсека и застряла в противоположной. В следующем году дыру в несколько сантиметров получил и шаттл Endeavour [2].
Космический мусор может спровоцировать катастрофу, угрожающую здоровью и жизни людей. Насколько она вероятна? Это можно оценить, взглянув на некоторые цифры: на высотах между 788 и 1000 км летает около 1100 спутников и 370 тыс. частиц космического мусора, каждая из которых может вывести спутник из строя. Вероятность столкновения с достаточно крупным объектом на такой высоте составляет от 15 до 30 % на протяжении 150 лет. Пока статистика радует - спутники погибают от мусора в среднем раз в десять лет. Однако это стоит огромных финансовых затрат, которые включают бронезащиту аппаратов и постоянный мониторинг космического пространства [3].
Очистка орбиты - наиболее сложная, и одновременно интересная часть решения проблемы космического мусора. В рамках многочисленных инициатив и конкурсов разработаны десятки оригинальных проектов по «генеральной уборке» околоземного пространства. Вот некоторые из проектов, реализация которых, возможна в ближайшее время [4].
Специалист НАСА по космическому мусору Николас Джонсон (Nicholas Johnson) несколько лет назад активно продвигал идею использования для очистки орбиты огромного шара из аэрогеля [5].
Сфера NERF диаметром 1,6 км, состоящая из сверхлегкого пористого материала, должна принимать на себя удары частиц мусора и замедлять их. Таким образом, происходит постепенное снижение скорости движения мусора и очистка орбиты.
Перспективная технология очистки околоземного пространства - применение высокоэнергетических лазеров. Суть такой «уборки» заключается в нагреве частицы мусора лазерным лучом, в результате чего испаряется микрослой материала и создается реактивная сила. Современные лазеры производят от 100
импульсов в секунду, что позволяет создать достаточно большую совокупную тягу. Если применить ее в нужный момент, можно снизить высоту орбиты частицы мусора до 200 км. На этой высоте трение об атмосферу настолько велико, что космический мусор будет уничтожен за несколько часов.
Or'Çmaf ortHi
Debris Target (pose епдлцегпэги)
\
)
Грязной» работы по уборке околоземного пространства человечеству не избежать - в противном случае мы просто сами закроем дверь в космос. Причем время не терпит. Так, из-за выброса парниковых газов, термосфера Земли (высота от 80 до 800 км) охлаждается. Соответственно, падает ее плотность, что замедляет естественные процессы очистки низкой околоземной орбиты. По подсчетам ученых из Университета Саутгемптона, уже сегодня и без того немалый срок падения неуправляемых космических объектов увеличился на 25 %. Выбор небогат: либо начинать генеральную уборку в космосе, либо отказываться от его освоения [6].
Библиографические ссылки
1. URL: http://www.newsland.ru/news/detail/id/699752/.
2. Всемирная энциклопедия космонавтики. М. : Военный парад, 2002.
3. Киселёв А. И. и др. Космонавтика на рубеже тысячелетий. Итоги и перспективы. М. : Машиностроение, 2002.
4. Исаченко И. И. Тупики космической гонки. М. : Мысль, 1989.
5. Цандер Ф. А. Проблемы межпланетных полетов. М. : Наука, 1988.
6. Рябчиков Е. И. Звездный путь. М. : Машиностроение, 1976.
© Григорьев П. А., Агеев П. О., 2012
