573k
5 лет назад · 4 фото · 38640 просмотров · 337 комментариев
Женщина-физик придумала, как долететь до Марса в 10 раз быстрее (4 фото)
Метки: #ТЕРМОЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ #исследование #космос #магнитное поле #плазма #разработка #ракетный двигатель #физика
Ученый из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Фатима Ибрахим предложила новую концепцию ракетного двигателя для межпланетных перелетов, который способен доставить людей на Марс и другие планеты быстрее, чем существующие разработки.
Существующие прототипы плазменных двигателей используют электрическое поле, и удельный импульс у них очень низкий. Предложенная концепция двигателя основана на так называемом эффекте магнитного пересоединения и непрерывной генерации плазмоидов - сгустков плазмы, поддерживаемых замкнутым магнитным полем.
Для движения космических аппаратов предлагается использовать энергию, которая высвобождается во время процессов изменения топологии магнитных силовых линий в высокотемпературной плазме. Плазмоиды, созданные благодаря пересоединению линий магнитного поля, будут ускоряться в двигателе до больших скоростей, что сделает двигатель в несколько раз быстрее по сравнению с существующими. Ученые предполагают, что скорость выхлопа будет достигать 20-500 км/с.
Для движения космических аппаратов предлагается использовать энергию, которая высвобождается во время процессов изменения топологии магнитных силовых линий в высокотемпературной плазме. Плазмоиды, созданные благодаря пересоединению линий магнитного поля, будут ускоряться в двигателе до больших скоростей, что сделает двигатель в несколько раз быстрее по сравнению с существующими. Ученые предполагают, что скорость выхлопа будет достигать 20-500 км/с.
По словам доктора Фатимы Ибрахим, на идею ее натолкнули прошлые работы по термоядерному синтезу, в частности, работа с токамаком в рамках Национального эксперимента со сферическим тором в PPPL. "Это первый случай, когда плазмоиды и пересоединение были предложены для движения в космосе, - сообщила она.
"Я уже давно готовлю эту концепцию, - сказала Ибрахим. - Идея возникла у меня еще в 2017 году. Во время работы токамак производит магнитные пузыри, называемые плазмоидами, которые движутся со скоростью около 20 километров в секунду, что мне показалось очень похожим на тягу".
"Я уже давно готовлю эту концепцию, - сказала Ибрахим. - Идея возникла у меня еще в 2017 году. Во время работы токамак производит магнитные пузыри, называемые плазмоидами, которые движутся со скоростью около 20 километров в секунду, что мне показалось очень похожим на тягу".
Устройство использует магнитные поля, чтобы стрелять частицами плазмы из задней части ракеты и перемещать корабль в космос. На рисунке выше изображена концепция двигателя малой тяги, которая показывает, что частицы плазмы перемещаются в результате магнитного пересоединения.
Плазма - это горячее заряженное состояние вещества, состоящего из свободных электронов и атомных ядер, которое составляет 99 процентов видимой Вселенной и способно генерировать огромное количество энергии.
Ученые круглосуточно работали над воспроизведением термоядерного синтеза в лаборатории в надежде использовать его силу для производства электроэнергии для ракет, летящих в глубоком космосе. Современные плазменные двигатели, использующие электрические поля для движения частиц, могут производить только небольшой удельный импульс или скорость.
Но компьютерное моделирование, выполненное на компьютерах PPPL и в Национальном вычислительном центре энергетических исследований, отделе науки Министерства энергетики США в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Беркли, Калифорния, показало, что новая концепция плазменного двигателя может генерировать выхлоп со скоростью в сотни километров в секунду, в 10 раз быстрее, чем у других двигателей.
По словам Фатимы Ибрахим, эта более высокая скорость в начале полета космического корабля может сделать внешние планеты доступными для астронавтов.
"Путешествие на большие расстояния занимает месяцы или годы, потому что удельный импульс химических ракетных двигателей очень мал, поэтому кораблю требуется время, чтобы набрать скорость, - сказала она. - Но если мы создадим двигатели, основанные на магнитном пересоединении, то сможем выполнять дальние миссии за более короткий период времени".
Плазма - это горячее заряженное состояние вещества, состоящего из свободных электронов и атомных ядер, которое составляет 99 процентов видимой Вселенной и способно генерировать огромное количество энергии.
Ученые круглосуточно работали над воспроизведением термоядерного синтеза в лаборатории в надежде использовать его силу для производства электроэнергии для ракет, летящих в глубоком космосе. Современные плазменные двигатели, использующие электрические поля для движения частиц, могут производить только небольшой удельный импульс или скорость.
Но компьютерное моделирование, выполненное на компьютерах PPPL и в Национальном вычислительном центре энергетических исследований, отделе науки Министерства энергетики США в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Беркли, Калифорния, показало, что новая концепция плазменного двигателя может генерировать выхлоп со скоростью в сотни километров в секунду, в 10 раз быстрее, чем у других двигателей.
По словам Фатимы Ибрахим, эта более высокая скорость в начале полета космического корабля может сделать внешние планеты доступными для астронавтов.
"Путешествие на большие расстояния занимает месяцы или годы, потому что удельный импульс химических ракетных двигателей очень мал, поэтому кораблю требуется время, чтобы набрать скорость, - сказала она. - Но если мы создадим двигатели, основанные на магнитном пересоединении, то сможем выполнять дальние миссии за более короткий период времени".
Хотя использование термоядерного синтеза для приведения в действие ракет не является новой концепцией, двигатель Ибрахим отличается от ведущих устройств по трем параметрам.
Во-первых, изменение силы магнитных полей может увеличивать или уменьшать силу тяги, что позволяет лучше маневрировать в космосе. "Используя больше электромагнитов и больше магнитных полей, вы фактически можете повернуть ручку для точной настройки скорости", - объяснила Ибрахим.
Во-вторых, новый двигатель малой тяги производит движение, выбрасывая частицы плазмы и магнитные пузыри, известные как плазмоиды. Плазмоиды добавляют мощность двигательной установке, и до сих пор не использовались ни в одной концепции ракетного двигателя.
И третье - эта концепция использует для выстрела частиц плазмы из задней части ракеты не электрические поля, а магнитные. Это может изменить правила игры, поскольку позволит ученым подбирать тягу для конкретной миссии.
Во-первых, изменение силы магнитных полей может увеличивать или уменьшать силу тяги, что позволяет лучше маневрировать в космосе. "Используя больше электромагнитов и больше магнитных полей, вы фактически можете повернуть ручку для точной настройки скорости", - объяснила Ибрахим.
Во-вторых, новый двигатель малой тяги производит движение, выбрасывая частицы плазмы и магнитные пузыри, известные как плазмоиды. Плазмоиды добавляют мощность двигательной установке, и до сих пор не использовались ни в одной концепции ракетного двигателя.
И третье - эта концепция использует для выстрела частиц плазмы из задней части ракеты не электрические поля, а магнитные. Это может изменить правила игры, поскольку позволит ученым подбирать тягу для конкретной миссии.
Метки: #ТЕРМОЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ #исследование #космос #магнитное поле #плазма #разработка #ракетный двигатель #физика
Ни хера не понятно. Но очень интересно.
Упрощенная формула - для того чтобы придать импульс Mv кораблю нужно отбросить назад mV топлива.
Допустим мы выбрасываем назад 1кг в секунду со скоростью 20км/с при идеальных условиях и кпд 100% для этого потребуется 200 мегаватт (четверть энергоблока ядерной электростанции). При этом ускорение корабля весом 100 тонн будет 0.2 м/c. Т.е. для ускорения на хотя бы 2 км/c потребуется всего лишь 3 часа.
Если же скорость истекания струи - 200км/с то потребуется уже 20 гигаватт, в то время как ускорение станет только в 10 раз быстрее.
Ограничение ионных двигателей не в массе выбрасываемого рабочего тела, а в потребляемой мощности. Мощность всех солнечных батарей МКС - 110 кВт, вес станции - 400тонн.
Т.е. даже если 100тонный аппарат обвешать 100кВт батареями то - можно будет выбрасыать только 0.5г в секунду со скоростью в 20км/с и ускорение станет также в 2000 медленней и для дельты скорости в 2км/с потребуется уже не 3 часа а 12 000часов или полтора года.
Чтобы разгоняться хотя бы пол года нужно будет 300кВт и учитывая кпд в хотя бы 25% - 1.2МВт.
Скорость реактивной струи химических двигателей -3-4км/с и значительно меньше геммороя. Другой вопрос что надо накидать на орбиту достаточно топлива и заправиться уже там. Но это задача относительно простая и уже решенная.
Что-то эта "ученая" вместе с ее "ручкой точной настройки скорости" ну очень сильно напоминает ведущих (тоже, типо, "ученых") из NG.
У товарищей пиндосов была такая сказочка, про "звёздные войны". Очень громко обещали пожечь Союз лазерами "с ядерной накачкой". Енто изделие должно было испепелять вражин-коммунистов лучом, энергию которому давал ядерный взрыв. Почему-то не срослось. Наверное не смогли управиться со взрывом. А когда узнали, что злобные русские придумали вывести на орбиту пару вагонов с канцелярскими кнопками и разметать их взрывом, то жиденько обгадились и "звёздные войны" по-тиху свернули. Ибо в результате на орбите не осталось бы ни одного спутника ни одной страны. И все средства доставки дерьмократии тупо ослепли бы.
Вот на мой взгляд эта статейка из той же серии. Чисто моё мнение.
Только где сейчас СССР и США? Вот именно СССР уже нет лет 30
Всея это идея со звезными войнами и полетами на Луну произвели колоссальный взрыв пердака и СССР кинулась догонять и обгонять США, но надорвала пупок.
Ну США сейчас в том же ракурсе, что и Союз в конце 80-х.
Первая строчка меня просто повергла в шок.
От задумки до реализации годы, а может и века. По концовке человечество придумает как это использовать себе во вред!
Вот я думал почему у некоторых НЛО движков по три .И ещё 3 движка из разных цветов.Значить все три разных цвета встречаются и смешиваются вне корпуса НЛО.
У НЛО фишка не в движках а о его свойствах объекта.Само конструкция НЛО весит в любом воздушном среде ,жидкостях или вакууме как дым.Вот такую конструкцию даже муравей может кинут на Марс со скоростью несколько махов.
блаженны неведающие... Вы бы хоть школьную физику почитали...
"зима не будет"
Движки у НЛО работают на Световых фотонах.И когда НЛО пролетают над земными ВЭЛ,то от влияния движка у 3 трёх линиях провода появляется за вихрение и срабатовают защитное отключения ВЭЛ от электростанций,под станций.
Заканчивай эти грибочки кушать, ага?
"Фатима Ибрахим предложила новую концепцию ракетного двигателя" больше взрывчатки?)))
мат в "Науке" не приветствуется. неделя.
@Модератор Fishki.net
Бу-га-га-шечки :) Эту теорию я читал еще в "Технике молодежи" годов эдак 70х.
Напоминаю - на этом принципе построены "плазменные реакторы" токамаки (ТОК удерживаемый МАГнитным полем). И ни один токамак пока не работает. Недостает мощности магнитного поля для вывода установки в положительный расход. Словом - пока технологически "никак".
Для примера - химические ракетные двигатели имеют две наиболее эффективные пары "топливо - окислитель". Это водород+кислород и еще более эффективная фтор+водород. Но большинство ракет летает на керосине. На водороде летают, но с проблемами ибо очень высокая температура горения плюс сложности с хранением жидкого водорода. А вот фторо-водородный двигатель хоть и самый эффективный НО не летает совсем. Нет таких металлов чтоб выдержать ярость фтороводородного пламени не упоминая про кислотность и ядовитость. Словом - на самой энергичной топливной паре - не летают.
Вот и с плазмой так. Энергии на создание плазмоида уходит море, самоподдерживающейся эту реакцию нам пока технологии сделать не позволяют.
Кстати - если ту энергию, которая нужна для зажигания плазмы пустить в электролизер (получая из воды кислород и водород) выйдет даже больше тяги, чем от плазмоида. Так что ракета с небольшим атомным реактором вырабатывающим электричество и разлагающие воду из топливных баков на водород и кислород сжигаемый в обычных ракетных движках - существенно реальнее всех этих фантазий.
"И ни один токамак пока не работает."
Ну немножко работает. Китайцы недавно сколько то там минут рекорд поставили. А вообще во Франции жеж должны в этом десятилетии наконец ИТЕР запустить. Он, конечно, тоже не про добычу энергии а только для отработки технологий. Ведь в планах на замену него уже другой в очереди стоит. Раз этим занимаются, значит расчеты показывают, что этим стоит заниматься. Так что может рано или поздно что-то и получится их этого.
Тут и без расчетов понятно, что этим "стоит заняться". В идеале делаем "бублик" внутри которого удерживаем магнитным полем плазменную нитку, из которой забираем обмотками электричество идущее на поддержание поля и на сторону. Плазма может "жрать" как топливо что угодно, начиная от водорода и воды заканчивая бытовым мусором. Прикольно только, что эта идея уже лет 60 активно разрабатывается, все обещают что "завтра наверняка запустим" и тем не менее, компактных "термоядерных батареек" все нет и нет. А единственный работающий термоядерный реактор построен на других принципах - там плазму удерживает не магнитное поле а гравитационное :)
Очень сложно и дорого отрабатывать технологию по видимому. На ИТЕР же скидывались много стран и бюджет там не кислый. Не знаю тонкостей, но видимо размер установки для отработки имеет значение, раз они ИТЕР такой большой строят. Хотя интересно было бы спросить эксперта о расчетах на будущее, если ли теоретическая возможность потом уменьшить установку, если получится стабилизировать реакцию и добиться положительного коэффициента.
Хотя да, слышал мнения отдельных ученых, что удерживать подобную реакцию можно только гравитацией. Но если бы так очевидно, стали бы столько денег на исследования тратить.
Чем больше диаметр бублика тем меньше (относительно) нужна напряженность магнитного поля но сложнее обеспечить неразрывность длинного "плазменного шнура". Маленький диаметр бублика (размером с трансформаторную будку) требует напряженность магнитного поля, которого пока не добились даже в лабораториях. Да и технология электромагнитов пока "не в состоянии" не только такую мощность поля обеспечить но и сохранить целостность конструкции при "таких" напряженностях (там конструкция на разрыв работает, да еще в тяжелых условиях температуры и излучений). Словом - маленький пока никак. Совсем никак.
Остается делать большой бублик (все больше и больше) но там проблема в равномерности длинной плазменной нитки - плазма стихия непокорная, взбрыкивает и вспухает. При этом плазменный жгут рвется, и термоядерная реакция в лучшем случае затихает, а в худшем микровзрывом разносит часть бублика. И пока никто не придумал как заставить плазму вести себя "тихо" на всем протяжении шнура. Пока шнур короткий - еще можно что-то делать, но чем он длиннее тем больше проблем. Вот и ищут "гармонию" между большим бубликом с неустойчивым плазменным шнуром и маленьким бубликом с недостаточной напряженностью магнитного поля и прочностью конструкции. Некоторые "подвижки" есть - но пока энергии бублик жрет гораздо больше, чем вырабатывает и при этом быстро изнашивается физически (обмотки рвутся, конструкции деформируются изменяя проектные величины и т.д.). Не упоминаю, сколько все это стоит. Космические программы, включая Лунные, стоили кратно дешевле.
Не может плазма "жрать" что угодно. Там идет термоядерный синтез из дейтерия и трития. Чтобы засунуть туда хотя бы второй элемент в таблице - гелий, и заставить его вступить в синтез, нужно в миллионы раз больше энергии, чем для реакции водорода, которую до сих пор не могут сделать самоподдерживающейся - энергии на земле столько нет. Так что об этом даже не мечтают, только теоретизируют. И второе, что касается "единственного" работающего реактора - там кроме гравитации магнитные поля такой силы, что мама не горюй.
Ну, смысл Токамака был не в том, чтобы плазмой плеваться, а ровно наоборот - удержать ее, при этом обеспечить достаточную плотность и температуру (выйти в "тройную точку": ро, T, t). Ну да, до сих пор не дотянули.
2. Смысл идеи "плеваться плазмой из Токамака" (сильно сомневаюсь, что эту идею придумала сия шахидка) в том, что скорость "выхлопа" на порядок (или порядки) может превышать таковую для любых химических двигателей.
А вообще, на нынешнем технологическом уровне -это бред еще более бредовый, чем использовать отражающий парус, в который будет стрелять сверхмощный лазер с Земли.
"А единственный работающий термоядерный реактор построен на других принципах"
Фигасе, единственный! Да их триллионы и триллионы вокруг! :)
Все гораздо проще... машинка для перемещения совокупности "электро-магнитных волн" составляющих человеческое тело... на крайняк, гравицапа...
А как правильно арабо -американка? Или можно просто американка. Или арабка? Я уже нахрен запутался.
Можно поменять местами названия планет луна и марс, и тогда до марса можно долететь еще быстрее)
да уж.. для начала постройте термоядерный реактор для двигателя. потом вдруг удивитесь - чтобы придать ускорение объекту он должен оттлокнуться от определенной массы. Плазма - зашибись, но массы в ней нет почти. Следовательно, ускорение должен давать другой движок, а на плазменном можно лететь после нужного набора скорости уже. В общем, нужно: орбитальная сборка, термоядерный движок и прочее.
Пока все это делается, корабль на обычных движках уже раз 40 слетает туда-обратно.
Ну да, ничего - лучше день потерять, зато потом за 5 минут долететь! (с)
И эта ученная очередной раз доказала справедливость утверждения: либо умная, либо красивая.
Где умная? А красивая?
нормально. а у вас - нет. неделька за политтроллинг
Во люди мыслят)) А я не всегда с гугл аккаунтом могу разобраться)))))