PPR - инновационная двигательная система, в которой для тяги используются пакеты плазмы, генерируемые расщеплением урана. Эта инновационная система может значительно сократить время в пути между Землей и любым пунктом назначения в Солнечной системе. Исследование возглавляет Брианна Клементс из компании Howe Industries в Скоттсдейле, штат Аризона.
01.05.2024, Brianna Clements (Howe Industries), nasa.gov
Будущее преуспевающей космической цивилизации будет зависеть от способности эффективно и быстро перемещать как грузы, так и людей. Из-за того, что космические миссии предполагают преодоление чрезвычайно больших расстояний, космический корабль должен достигать высоких скоростей за разумное время полета. Таким образом, необходима двигательная установка, обеспечивающая высокую тягу с высоким удельным импульсом. Однако в настоящее время таких технологий нет.
Howe Industries в настоящее время разрабатывает двигательную установку, которая может
генерировать тягу до 100 000 Н с удельным импульсом (Isp) 5 000 секунд. Идея импульсной плазменной ракеты (Pulsed Plasma Rocket - PPR) изначально возникла на основе концепции импульсного термоядерного синтеза, но она меньше, проще и доступнее. Исключительные характеристики PPR, сочетающие в себе высокий Isp и большую тягу, могут совершить революцию в освоении космоса.
Высокая эффективность системы позволяет осуществить пилотируемый полет на Марс всего за два месяца. Альтернативно, PPR позволяет транспортировать гораздо более тяжелые космические корабли, оснащенные защитой от галактических космических лучей, тем самым снижая воздействие на экипаж до незначительного уровня. Систему также можно использовать для других миссий на большие расстояния, например, к поясу астероидов или даже к месту на расстоянии 550 а.е., где можно использовать фокус гравитационной линзы Солнца. PPR открывает совершенно новую эру в освоении космоса.
Первая фаза исследования в рамках NIAC была сосредоточена на большом, сильно защищенном корабле для перевозки людей и грузов на Марс для создания марсианской базы. Основные темы включали: оценку нейтронной части системы, проектирование космического корабля, энергосистемы и необходимых подсистем, анализ возможностей магнитного сопла, а также определение траекторий и преимуществ PPR. Фаза II будет основываться на этих оценках и дальнейшем развитии концепции PPR.
На втором этапе Howe Industries планирует:
1. Оптимизировать конструкции двигателя для уменьшения массы и повышения Isp.
2. Провести эксперименты по проверке концепции основных компонентов.
3. Завершить проект корабля для защищенных пилотируемых миссий на Марс.
Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti)
Оригинал: Pulsed Plasma Rocket (PPR): Shielded, Fast Transits for Humans to Mars
Что такое импульсно-плазменная ракета (PPR)?
PPR «вырос» из проекта NASA «Орион» 1960-х годов и более поздней концепции импульсного ядерного синтеза (PuFF), разработанной Центром космических полетов имени Маршалла NASA.
PPR - ядерно-импульсный ракетный двигатель пушечного типа. В нем используются снаряды урана-235, обогащённого до 5-20%, в смеси с замедлителем нейтронов (водяным льдом). Двигатель состоит из катушечного инжектора (метателя снарядов), уранового ствола, магнитного сопла и барабанов-отражателей нейтронов.
Принцип работы
Когда барабаны развернуты, система подкритична, и пролет снаряда через ствол не приводит к взрыву.
Перед рабочим циклом барабаны поворачиваются в рабочее положение.
Инжектор выпускает снаряд весом 2.2 кг и размером 5.7х11 см со скоростью ~1600 м/c.
При движении через ствол, снаряд проходит сквозь поток нейтронов, испаряется и вылетает в виде облака горячей плазмы.
Расширяющееся облако плазмы взаимодействует с магнитным соплом и создает тягу в 10 тонн при удельном импульсе в 5000 секунд (в 10 раз эффективней лучшего двигателя на химическом топливе).
Чтобы достичь проектной тяги двигателю потребуется производить плазменные всплески раз в секунду, при температуре плазмы до 1 кэВ (что соответствует 11,6 млн °C).
Дополнительная информация:
Pulsed Plasma Rocket (PPR)
Pulsed Plasma Rocket
NIAC 2024 Selections
Комментарии (21)
RusikR2D2
25.05.2024 12:21+1Интересно, сколько урана такому космическому кораблю нужно, чтобы слетать на Марс и обратно (и на сколько, соответственно, хватит доступных мировых запасов). И рискнут ли столько урана вывести на орбиту...
blik13
25.05.2024 12:21+1Я не особо космический инженер, но из того что смог понять: для достижения проектной тяги всплески нужны 1шт в секунду. Каждый всплеск это болванка 2.2 кг, которая расходуется безвозвратно. Что то неадекватный расход массы получается. Но возможно я что то неправильно понял в описании.
RusikR2D2
25.05.2024 12:21+3У химических ракет расход массы может быть в 1000 раз больше... Иначе люди пока не умеют. Тут же на несколько порядков меньше. Но вот "рабочее тело" значительно более дорогое.
Из текста, правда, непонятно, сколько из этих 2.2 кг самого урана (там написано что в смеси со льдом, а в английской версии упоминается еще и литий) и насколько он все же должен быть обогащен.. Возможно, это есть в полной версии статьи, и, на самом деле, все не так уж и плохо.blik13
25.05.2024 12:21Ну это на взлете будет в 1000 раз больше, хотя 2.2 тонны в секунду как то прям много.
А когда на пути к тому же Марсу, тоже большой расход?
Anti-antivakser
25.05.2024 12:21Не 2.2 тонны в секунду, а 2.2 кг в секунду или около 11 тонн урана всего для выхода на рабочую тягу. Что вполне реалистично. Учитывая что только разведанные запасы урана составляют более 5 млн тонн, плюс тот уран что уже добыт и лежит на складах (в США на складах лежит самое большое количество урана накопленного за десятилетия) то его хватит за глаза.
Нужно учитывать что расход топлива будет идти только 5 тыс секунд на разгон и 5 тыс секунд на торможение все остальное время двигатель будет простаивать, разве что для корректировки курса нужно будет его включать.
blik13
25.05.2024 12:21Я спрашивал про химимические ракеты, у которых "расход массы может быть в 1000 раз выше".
11 тонн урана это на разгон? Но ведь ещё тормозить нужно если я не ошибаюсь.
AlexSky
25.05.2024 12:215000 - это не время на разгон и торможение, это удельный импульс двигателя, означаюший, что расходуемые 2 кг топлива в секунду будут толкать корабль с силой 10 тонн.
zbot
25.05.2024 12:21+1А высоко-обогащенный ураном ствол не рванет ли вместе со снарядом случаем? А то в этом случае тяги может оказаться значительно поболее 10тонн.
FirstEgo
25.05.2024 12:21Что касается расхода, если кому лень погуглить укажу - расход топлива в сутки на АЭС ~220-235 гр. Генерация +-52 МВт.
Е=8,210^10 Дж/ч200г0,25=4,5110^12Дж. Р=E/t=4,5110^12Дж/243600с=5,2*10^7Вт=52МВт.
Исходя из этого уран-235 гораздо удобнее как топливо. Вопрос в самом корабле. Соотношение цены "топливо-ракета" будет таким же, как "патрон-пистолет". Это даже в масштабах экономики всей планеты огромнейшие цифры. Поправьте если ошибаюсь.
nixtonixto
25.05.2024 12:21Инжектор выпускает снаряд весом 2.2 кг и размером 5.7х11 см со скоростью ~1600 м/c
Вообще-то это примерно соответствует параметрам танкового подкалиберного боеприпаса 120 мм, отдача точно не разрушит аппарат? Причём даже у танка ресурс пушки - несколько тысяч выстрелов, а тут предполагается десятки тысяч.
zbot
25.05.2024 12:21в данном случае точность попадания на 1+ км и дальше не принципиальна, в отличии от танковой пушки.
blik13
25.05.2024 12:21Сомнительно что запускать будут пороховым зарядом. Скорее электромагнитом, а это совсем другая история, сравнение с танковым стволом будет будет плохой идеей.
nixtonixto
25.05.2024 12:21Если запускать с более-менее безопасным ускорением 5...10 G, то длина рельсотрона должна составлять сотни метров, что для космоса пока слишком нереально. А при запуске с бОльшим ускорением отдача будет деформировать аппарат, особенно если он сделан из фольги и плёнок, а не из танковой брони.
blik13
25.05.2024 12:21При 10g немного больше километра. Но это ведь будет усилие всего 220 Н при снаряде 2.2 кг. Нагрузки в стволе при выстреле совсем другие, порох горит за доли секунды. Самый дешманский болт из рисовой бумаги классом прочности в 4.6 рассчитан на 400 Н/мм2.
Длина мкс больше сотни метров и там ведь не просто катушки рельсотрона, там куча всего, рельсотрон не нужно делать такой толстенный. Другой вопрос что нужно будет выдать весьма приличное количество электроэнергии за небольшой промежуток времени (1 выстрел в секунду). Ну и про теплоотвод уже писали.
AlexSky
25.05.2024 12:21Меня больше смущают пинки аппарата от плазмы. Даже при ускорении заряда в 100 g отдача на устройство разгона будет 200 кг. А тяга двигателя 10 тонн, это размазано на секунду. А тут импульсный двигатель. Даже если импульсы по 0.1 секунды, корабль будет получать периодические удары в 100 тонн.
Sap_ru
А чем это охлаждать в космосе? Тем более, что замедлителем там водяной лёд работает. Там мегаватт(ы?) отводить нужно будет. Куда?
BugM
Это дешевый бумажный проект. НАСА дает денег некоторому количеству таких проектов в расчете что хотя бы один из сотни окажется нормальным. Но не этот.