Войти
A солнечная тепловая ракета - это теоретическая двигательная система космического корабля, которая будет использовать солнечную энергию для прямого нагрева реакционной массы, и, следовательно, не потребуется электрический генератор, как это требуется для большинства других силовых установок на солнечной энергии. Ракета должна иметь только средства улавливания солнечной энергии, такие как концентраторы и зеркала. Нагретое топливо будет подаваться через обычное сопло ракеты для создания тяги. Тяга его двигателя будет напрямую связана с площадью поверхности солнечного коллектора и с локальной интенсивностью солнечного излучения.
В краткосрочной перспективе солнечные тепловые двигатели были предложены как для более длительного, недорогого и более эффективного использования солнца, и для более гибкого криогенного верхней ступени ракет-носителей и для орбитальных топливных складов. Солнечная тепловая силовая установка также является хорошим кандидатом для использования в многоразовых межорбитальных буксирах, поскольку это высокоэффективная система с малой тягой, которую можно относительно легко заправлять.
Существуют две концепции солнечного теплового двигателя, различающиеся в основном методом использования солнечной энергии для нагрева топлива:
Из-за ограничений по температуре, которую могут выдерживать материалы теплообменника (примерно 2800 K ), косвенное поглощение конструкции не могут достигать удельных импульсов более 900 секунд (9 кН · с / кг = 9 км / с) (или до 1000 секунд, см. ниже). Конструкции с прямым поглощением допускают более высокие температуры топлива и, следовательно, более высокие удельные импульсы, приближающиеся к 1200 секундам. Даже более низкий удельный импульс представляет собой значительное увеличение по сравнению с обычными химическими ракетами, однако увеличение, которое может обеспечить существенное увеличение полезной нагрузки (45 процентов для LEO -to- GEO ) за счет увеличения времени полета (14 дней по сравнению с 10 часами).
Для Лаборатории ракетного движения ВВС было разработано и изготовлено маломасштабное оборудование. (AFRPL) для оценки наземных испытаний. Системы с тягой от 10 до 100 Н были исследованы SART.
Были предложены многоразовые орбитальные транспортные средства (OTV), иногда называемые (межорбитальными) космическими буксирами, приводимые в движение солнечными тепловыми ракетами. Концентраторы на солнечных тепловых буксирах менее восприимчивы к излучению в поясах Ван Аллена, чем солнечные батареи солнечных электрических ОТВ.
В большинстве предлагаемых конструкций солнечных тепловых ракет используется водород. в качестве пропеллента из-за его низкой молекулярной массы, которая дает превосходный удельный импульс до 1000 секунд (10 кН · с / кг) с использованием теплообменников из рения.
Традиционно считалось, что водород - хотя он дает отличный удельный импульс - не хранится в космосе. В ходе проектных работ в начале 2010-х годов был разработан подход к значительному снижению испарения водорода и к экономичному использованию небольшого оставшегося продукта испарения для выполнения необходимых задач в космосе, по существу, с практической точки зрения достижения нулевого испарения (ZBO).
Могут использоваться и другие вещества. Вода дает довольно низкую производительность 190 секунд (1,9 кН · с / кг), но требует только простого оборудования для очистки и обращения, и ее можно хранить в космосе, и это очень серьезно предлагалось для межпланетного использования с использованием ресурсов на месте.
Аммиак был предложен в качестве топлива. Он обладает более высоким удельным импульсом, чем вода, но его легко хранить, с температурой замерзания -77 градусов Цельсия и температурой кипения -33,34 ° C. Выхлопные газы диссоциируют на водород и азот, что приводит к более низкой средней молекулярной массе и, следовательно, к более высокому Isp (65% водорода).
Архитектура солнечно-теплового двигателя превосходит архитектуры, включающие электролиз и сжижение водорода из воды более чем на порядок, поскольку для электролиза требуются мощные генераторы энергии, а для дистилляции требуется только простой и компактный источник тепла (ядерный или солнечный); таким образом, скорость производства топлива, соответственно, намного выше для любой заданной начальной массы оборудования. Однако его использование зависит от наличия четких представлений о местонахождении водяного льда в Солнечной системе, в частности о лунных и астероидных телах, и такая информация неизвестна, кроме тел с поясом астероидов и ожидается, что дальше от Солнца будет много водяного льда.
Солнечные тепловые ракеты были предложены в качестве системы для вывода на орбиту небольшого личного космического корабля. Дизайн основан на высотном дирижабле, который использует оболочку для фокусировки солнечного света на трубе. Затем пропеллент, который, вероятно, будет аммиаком, пропускается для создания тяги. Возможные конструктивные недостатки включают в себя то, может ли двигатель обеспечить достаточную тягу, чтобы преодолеть сопротивление, и не откажет ли обшивка дирижабля на гиперзвуковых скоростях. Он имеет много общего с орбитальным дирижаблем, предложенным JP Aerospace.
По состоянию на 2010 год два предложения по использованию солнечно-теплового двигателя на космических аппаратах после запуска в космос системы были сделаны.
Концепция обеспечения низкой околоземной орбиты (НОО) топливных складов, которые могут использоваться в качестве промежуточных станций для других космических кораблей для остановки и дозаправки на пути за пределы - Миссии LEO предложили, что отработанный газообразный водород - неизбежный побочный продукт длительного жидкого водорода хранения в радиационной теплоте среде космоса <5.>- можно было бы использовать как монотопливо в солнечно-тепловой силовой установке. Отработанный водород можно было бы продуктивно использовать как для поддержания орбитального базирования, так и для управления ориентацией, а также для обеспечения ограниченного количества топлива и тяги для орбитальных маневров, чтобы лучше сближение с другим космическим кораблем, который должен был взлететь для получения топлива со склада.
Солнечно-тепловые моновинтовые водородные двигатели также являются неотъемлемой частью конструкции криогенного разгонного блока ракета, предложенная американской компанией United Launch Alliance (ULA). Advanced Common Evolved Stage (ACES) был задуман как более дешевый, более мощный и более гибкий верхний этап, который дополнит и, возможно, заменит существующие ULA Centaur и ULA Разгонные блоки Delta Cryogenic Second Stage (DCSS). Опция ACES Integrated Vehicle Fluids исключает все монотопливо гидразин и весь гелий нагнетательный агент из космического корабля - обычно используемый для ориентации и поддержания станции - и вместо этого зависит от солнечно-тепловые моновинтовые двигатели, использующие отработанный водород.
Жизнеспособность различных рейсов с использованием солнечной тепловой тяги была исследована Гордоном Вудкоком и Дэйвом Байерсом в 2003 году.
Следующим предложением в 2010-х годах был Solar Космический аппарат Moth, который будет использовать легкие зеркала для фокусировки солнечного излучения на солнечном тепловом двигателе.
