Füzyon raket mühərriklərinin arxasında yeni kosmik tədqiqat dövrü

2024 Müəllif: Seth Attwood | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-16 15:57

NASA və Elon Musk Marsı xəyal edir və insanlı dərin kosmik missiyalar tezliklə reallığa çevriləcək. Yəqin ki, təəccüblənəcəksiniz, lakin müasir raketlər keçmişin raketlərindən bir az daha sürətli uçur.

Sürətli kosmik gəmilər müxtəlif səbəblərə görə daha əlverişlidir və sürətləndirməyin ən yaxşı yolu nüvə enerjisi ilə işləyən raketlərdir. Onların adi yanacaqla işləyən raketlər və ya müasir günəş enerjisi ilə işləyən elektrik raketləri ilə müqayisədə bir çox üstünlükləri var, lakin son 40 ildə ABŞ yalnız səkkiz nüvə enerjisi ilə işləyən raket buraxıb.

Bununla belə, son bir ildə kosmosda nüvə səyahətləri ilə bağlı qanunlar dəyişdi və yeni nəsil raketlər üzərində işlərə artıq başlanılıb.

Sürət niyə lazımdır?

Kosmosa istənilən uçuşun ilk mərhələsində daşıyıcı aparat lazımdır - o, gəmini orbitə çıxarır. Bu böyük mühərriklər yanan yanacaqla işləyir - və adətən, raket atmağa gəldikdə, onlar nəzərdə tutulur. Onlar tezliklə heç yerə getməyəcəklər - cazibə qüvvəsi kimi.

Amma gəmi kosmosa girəndə işlər daha maraqlı olur. Yerin cazibə qüvvəsini aşmaq və dərin kosmosa getmək üçün gəmiyə əlavə sürətlənmə lazımdır. Burada nüvə sistemləri işə düşür. Astronavtlar Aydan kənarda və ya daha çox Marsda nəyisə araşdırmaq istəsələr, tələsməli olacaqlar. Kosmos nəhəngdir və məsafələr olduqca böyükdür.

Sürətli raketlərin uzun məsafəli kosmik səyahət üçün daha uyğun olmasının iki səbəbi var: təhlükəsizlik və vaxt.

Marsa gedərkən astronavtlar xərçəng və sonsuzluq da daxil olmaqla ciddi sağlamlıq problemləri ilə dolu çox yüksək səviyyəli radiasiya ilə üzləşirlər. Radiasiyadan qorunma kömək edə bilər, lakin son dərəcə ağırdır və missiya nə qədər uzun olsa, bir o qədər güclü qorunma tələb olunacaq. Buna görə də, radiasiya dozasını azaltmağın ən yaxşı yolu sadəcə olaraq təyinat yerinə daha tez çatmaqdır.

Lakin ekipajın təhlükəsizliyi yeganə fayda deyil. Nə qədər uzaq uçuşlar planlaşdırırıqsa, pilotsuz missiyalardan bir o qədər tez məlumat lazımdır. Voyager 2 Neptuna çatmaq üçün 12 il çəkdi və o, uçarkən inanılmaz şəkillər çəkdi. Voyagerin daha güclü mühərriki olsaydı, bu fotoşəkillər və məlumatlar astronomlarda çox əvvəllər görünərdi.

Beləliklə, sürət üstünlükdür. Bəs nüvə sistemləri niyə daha sürətlidir?

Bugünkü sistemlər

Cazibə qüvvəsini dəf edərək, gəmi üç vacib aspekti nəzərə almalıdır.

itələmək- gəmi hansı sürəti alacaq.

Çəki səmərəliliyi- sistemin müəyyən miqdarda yanacaq üçün nə qədər təkan verə biləcəyi.

Xüsusi enerji istehlakı- müəyyən miqdarda yanacaq nə qədər enerji buraxır.

Bu gün ən çox yayılmış kimyəvi mühərriklər adi yanacaqla işləyən raketlər və günəş enerjisi ilə işləyən elektrik raketləridir.

Kimyəvi hərəkət sistemləri çoxlu təkan verir, lakin xüsusilə səmərəli deyil və raket yanacağı çox enerji tələb etmir. Aya astronavtları daşıyan Saturn 5 raketi havaya qalxarkən 35 milyon nyuton güc verdi və 950.000 qallon (4.318.787 litr) yanacaq daşıdı. Bunun çox hissəsi raketin orbitə çıxarılmasına getdi, buna görə də məhdudiyyətlər açıqdır: hara getsəniz, çoxlu ağır yanacağa ehtiyacınız var.

Elektrikli hərəkət sistemləri günəş panellərindən elektrik enerjisi istifadə edərək təkan yaradır. Buna nail olmağın ən ümumi yolu ionları sürətləndirmək üçün elektrik sahəsindən istifadə etməkdir, məsələn, Hall induksiya itələyicisində olduğu kimi. Bu cihazlar peykləri gücləndirmək üçün istifadə olunur və onların çəki səmərəliliyi kimyəvi sistemlərdən beş dəfə çoxdur. Ancaq eyni zamanda daha az itki verirlər - təxminən 3 nyuton. Bu, maşını təxminən iki saat yarım ərzində 0-dan 100 kilometrə qədər sürətləndirmək üçün kifayətdir. Günəş mahiyyətcə dibsiz bir enerji mənbəyidir, lakin gəmi ondan nə qədər uzaqlaşarsa, o qədər az faydalı olur.

Nüvə raketlərinin xüsusilə perspektivli olmasının səbəblərindən biri onların inanılmaz enerji intensivliyidir. Nüvə reaktorlarında istifadə olunan uran yanacağının enerji tərkibi adi kimyəvi raket yanacağı olan hidrazindən 4 milyon dəfə çoxdur. Kosmosa bir qədər uran çıxarmaq yüz minlərlə qallon yanacaqdan daha asandır.

Dartma və çəki səmərəliliyi haqqında nə demək olar?

İki nüvə variantı

Kosmos səyahətləri üçün mühəndislər iki əsas növ nüvə sistemi hazırlayıblar.

Birincisi termonüvə mühərrikidir. Bu sistemlər çox güclü və yüksək səmərəlidir. Onlar qazı (hidrogen kimi) qızdırmaq üçün nüvə sualtı qayıqlarındakı kimi kiçik nüvə parçalanma reaktorundan istifadə edirlər. Bu qaz daha sonra itələmə təmin etmək üçün raket başlığı vasitəsilə sürətləndirilir. NASA mühəndisləri termonüvə mühərriki ilə Marsa səfərin kimyəvi mühərrikli raketdən 20-25% daha sürətli olacağını hesablayıblar.

Fusion mühərrikləri kimyəvi mühərriklərdən iki dəfədən çox səmərəlidir. Bu o deməkdir ki, onlar eyni miqdarda yanacaq üçün iki dəfə çox güc verirlər - 100.000 Nyutona qədər. Bu, avtomobili saniyənin dörddə birində saatda 100 kilometr sürətləndirmək üçün kifayətdir.

İkinci sistem nüvə elektrik raket mühərrikidir (NEPE). Bunların heç biri hələ yaradılmayıb, lakin ideya elektrik enerjisi istehsal etmək üçün güclü parçalanma reaktorundan istifadə etməkdir ki, bu reaktor daha sonra Hall mühərriki kimi elektrik hərəkət sistemini gücləndirəcək. Bu, çox təsirli olardı - füzyon mühərrikindən təxminən üç dəfə daha səmərəlidir. Nüvə reaktorunun gücü çox böyük olduğundan, bir neçə ayrı elektrik mühərriki eyni anda işləyə bilər və təkan möhkəm olacaq.

Nüvə raket mühərrikləri, bəlkə də, son dərəcə uzun mənzilli missiyalar üçün ən yaxşı seçimdir: onlar günəş enerjisi tələb etmir, çox səmərəlidir və nisbətən yüksək təkan verir. Lakin bütün perspektivli təbiətinə baxmayaraq, nüvə enerjisinin hərəkət sistemi hələ də istismara verilməzdən əvvəl həll edilməli olan bir çox texniki problemlərə malikdir.

Niyə hələ də nüvə enerjisi ilə işləyən raketlər yoxdur?

1960-cı illərdən termonüvə mühərrikləri tədqiq edilir, lakin onlar hələ kosmosa uçmayıblar.

1970-ci illərin nizamnaməsinə əsasən, hər bir nüvə kosmik layihəsi ayrıca nəzərdən keçirilirdi və bir sıra dövlət qurumlarının və prezidentin özünün razılığı olmadan irəli gedə bilməzdi. Nüvə raket sistemləri üzrə tədqiqatlar üçün maliyyə çatışmazlığı ilə birlikdə bu, kosmosda istifadə üçün nüvə reaktorlarının gələcək inkişafına mane oldu.

Lakin 2019-cu ilin avqustunda Tramp administrasiyası prezidentlik memorandumu verəndə hər şey dəyişdi. Nüvə buraxılışlarının maksimum təhlükəsizliyində israr etsə də, yeni direktiv hələ də mürəkkəb qurumlararası təsdiq olmadan az miqdarda radioaktiv material ilə nüvə missiyalarına icazə verir. Missiyanın təhlükəsizlik tövsiyələrinə uyğun olmasının NASA kimi sponsorluq təşkilatı tərəfindən təsdiqlənməsi kifayətdir. Böyük nüvə missiyaları əvvəlki prosedurlardan keçir.

Qaydaların bu şəkildə dəyişdirilməsi ilə yanaşı, NASA termonüvə mühərriklərinin inkişafı üçün 2019-cu il büdcəsindən 100 milyon dollar alıb. Müdafiə Qabaqcıl Tədqiqat Layihələri Agentliyi həmçinin Yerin orbitindən kənarda milli təhlükəsizlik əməliyyatları üçün termonüvə kosmik mühərriki hazırlayır.

60 illik durğunluqdan sonra on il ərzində nüvə raketinin kosmosa çıxması mümkündür. Bu inanılmaz nailiyyət kosmosun tədqiqində yeni bir dövr açacaq. İnsan Marsa gedəcək və elmi təcrübələr bütün Günəş sistemi və ondan kənarda yeni kəşflərə səbəb olacaq.