Reklam
Teknoloji Haberleri

Uzay Uçuşunda Yeni Bir Çağ mı? Roket Tahrikinde Heyecan Verici Gelişmeler

reklam
Reklam


Fütüristik Uzay Gemisi

ABD Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (Darpa) yakın zamanda görevlendirildi üç özel şirket, Blue Origin, Lockheed Martin ve General Atomics, ay yörüngesinde kullanılmak üzere nükleer fisyonlu termal roketler geliştirmek için.

reklam

Böyle bir gelişme, eğer uçarsa, yeni bir uzay uçuşu çağını başlatabilir. Bununla birlikte, roket tahrikinde birkaç heyecan verici caddeden sadece biri. İşte diğerleri.

kimyasal roketler

Uzay aracı için standart tahrik araçları, kimyasal roketler kullanır. İki ana tip vardır: katı yakıtlı (örn. katı roket güçlendiriciler Uzay Mekiği’nde) ve sıvı yakıtlı (örneğin, Satürn V).

reklam

Her iki durumda da, bir yanma odası içinde çok sıcak, yüksek basınçlı bir gaz üretmek için kimyasal bir reaksiyon kullanılır. Motor nozulu, bu gazın tek çıkışını sağlar ve bu gazın dışına genişleyerek itme sağlar.

Kimyasal reaksiyon, sıvı hidrojen veya toz alüminyum gibi bir yakıt ve oksijen gibi bir oksitleyici (kimyasal reaksiyonlar üreten bir madde) gerektirir. Bir roket motorunun verimliliğini eninde sonunda belirleyen birçok başka değişken vardır ve bilim adamları ve mühendisler her zaman belirli bir tasarımdan daha fazla itme ve yakıt verimliliği elde etmeye çalışırlar.

Son zamanlarda, özel şirket SpaceX yürütüyor test uçuşları Starship fırlatıcı prototiplerinden. Bu araç, yakıt için metan ve oksitleyici için oksijen yakan “tam akış kademeli yanmalı (FFSC) motor”, Raptor kullanır. Bu tür tasarımlar, 1960’larda Ruslar ve 2000’lerde ABD hükümeti tarafından test edildi, ancak henüz hiçbiri uzayda uçmadı. Motorlar yakıt açısından çok daha verimlidir ve geleneksel tasarımlardan çok daha yüksek bir itme-ağırlık oranı üretebilir.

Fisyon termal roketler

Bir atomun çekirdeği, proton ve nötron adı verilen atom altı parçacıklardan oluşur. Bunlar bir elementin kütlesini belirler – daha fazla proton ve nötron, daha ağırdır. Bazı atom çekirdekleri kararsızdır ve nötronlarla bombardıman edildiğinde birkaç küçük çekirdeğe bölünebilir. Bu nükleer fisyon sürecidir ve muazzam miktarda enerji açığa çıkarabilir. Çekirdekler bozunurken, daha fazla atomu çatlatmaya devam eden daha fazla nötron salarak bir zincir reaksiyonu üretirler.

Bir nükleer fisyon termal roketinde, hidrojen gibi bir itici gaz, nükleer fisyon ile yüksek sıcaklıklara ısıtılır ve reaktör odası içinde yüksek basınçlı bir gaz oluşturur. Kimyasal roketlerde olduğu gibi, bu sadece roket nozülü aracılığıyla kaçabilir ve yine itme üretebilir. Nükleer fisyon roketlerinin, büyük yükleri Dünya yüzeyinden uzaya kaldırmak için gerekli olan itme türünü üretmesi öngörülmemiştir. Yine de uzaya çıktıklarında, kimyasal roketlerden çok daha verimlidirler – belirli bir itici kütle için bir uzay aracını çok daha yüksek hızlara hızlandırabilirler.

Nükleer Roket Motoru Jackass Flats, Nevada

Nükleer roket motoru, 1967’de Jackass Flats, Nevada’daki test standına taşınıyor. Kredi: AEC-NASA

Nükleer fisyon roketleri uzayda hiç uçulmadı, ancak yerde test edildi. Gelecekteki mürettebatlı görevler için Dünya ile Mars arasındaki uçuş sürelerini yedi aydan yaklaşık üç aya kadar kısaltabilmeliler. Bununla birlikte, bariz dezavantajlar arasında radyoaktif atık üretimi ve radyoaktif malzemenin geniş bir alana yayılmasıyla sonuçlanabilecek bir fırlatma hatası olasılığı bulunmaktadır.

Büyük bir mühendislik zorluğu, bir reaktörü bir uzay aracına sığacak şekilde yeterince minyatür hale getirmektir. Kompakt fisyon reaktörlerinin üretiminde, bir fisyon reaktörünün geliştirilmesi de dahil olmak üzere, halihazırda gelişen bir endüstri var. yetişkin bir insandan daha küçük.

Elektrikli tahrik

Bilim kurgunun temel unsurlarından biri olan gerçek iyon sürücüleri, yüklü parçacıklar (iyonizasyon) üretir, elektrik alanlarını kullanarak onları hızlandırır ve ardından bir iticiden ateşler. İtici gaz, elektrikle kolayca şarj edilebilen oldukça ağır bir element olan ksenon gibi bir gazdır.

NASA Derin Uzay 1 İyon İtici

NASA’nın Derin Uzayının iyon iticisi 1. Kredi: NASA

Yüklü ksenon atomları iticiden çıkarken, çok az miktarda momentumu (kütle ve hızın ürünü) uzay aracına aktararak hafif bir itme sağlar. Yavaş olsa da, iyon tahrikleri, tüm uzay aracı tahrik yöntemleri arasında yakıt açısından en verimli olanlardan biridir, bu nedenle bizi daha ileriye götürebilir. İyon tahrikleri yaygın olarak konum kontrolü (bir uzay aracının baktığı yönün değiştirilmesi) için kullanılır ve aşağıdakiler için düşünülmüştür: eski uyduları yörüngeden çıkarmak.

Mevcut iyon motorları güneş pilleri tarafından desteklenmektedir, onları etkili bir şekilde güneş enerjisiyle çalıştırıyor ve çok az itici gaz gerektiriyor. ESA’larda kullanıldılar SMART-1 görevi Ay’a ve Bepi-Colombo görevi Merkür yolunda. NASA şu anda yüksek güçlü bir elektrikli tahrik sistemi geliştiriyor. Ay Geçidi, Ay’ın yörüngesinde olacak bir karakol.

güneş yelkenleri

Tahrik genellikle bir tür itici gaz gerektirirken, yalnızca Güneş’in kendisinden gelen ışığa dayanan daha “yeşil” bir yöntem.

IKAROS Güneş Yelkeni

Ikaros güneş yelkeni. Kredi bilgileri: Pavel Hrdlicka CC BY-SA

Yelkenler, momentumun korunumu fiziksel özelliğine dayanır. Dünya’da bu momentumu, seyir halindeyken bir levhaya üfleyen hava parçacıklarından kaynaklanan dinamik bir basınç olarak görmeye alışkınız. bir gemiyi ileriye doğru itmek. Işık, kütlesi olmayan ancak momentumları olan ve onu bir yelkene aktarabilen fotonlardan oluşur. Bireysel fotonların enerjileri çok küçük olduğundan, herhangi bir kayda değer ivme için son derece büyük bir yelken boyutuna ihtiyaç vardır.

Hız kazancı, Güneş’ten ne kadar uzakta olduğunuza da bağlı olacaktır. Dünya’da güneş ışığından alınan güç metrekare başına yaklaşık 1,3 kW’dır. Futbol sahası büyüklüğünde bir yelkenimiz olsaydı, bu 9,3 MW’a eşit olurdu ve düşük kütleli bir nesneye bile çok düşük bir ivme sağlardı.

Güneş yelkenleri Japonlar tarafından test edildi IKAROS uzay aracı Venüs ve Planetary Society tarafından başarıyla uçtu Işık Yelkeni-2, şu anda Dünya’nın yörüngesinde olan.

Verimliliği artırmanın ve yelken boyutunu küçültmenin bir yolu, uzay aracını ileri itmek için bir lazer kullanmaktır. Lazerler, çok daha yüksek hızlanma sağlamak için bir yelkene yönlendirilebilen çok yoğun foton ışınları üretir, ancak atmosferdeki yoğunluk kaybını önlemek için Dünya yörüngesinde inşa edilmesi gerekir. Lazerler de var önerilen Uzay çöplüğünün yörüngesinden çıkmanın bir yolu olarak – lazerden gelen ışık, yörüngeden düşen ve atmosferde yanacak bir parça yörünge çöpünü yavaşlatabilir.

Nükleer fisyon roketlerinin gelişimi bazılarını heyecanlandırabilir ve bazılarını endişelendirebilir. Bununla birlikte, özel şirketler ve ulusal uzay ajansları, uzayda sürekli bir insan varlığına giderek daha fazla bağlı olduklarından, bu alternatif tahrik araçları daha yaygın hale gelecek ve yeni doğmakta olan uzay medeniyetimizde devrim yaratma potansiyeline sahip olacak.

Tarafından yazılmıştır:

  • Gareth Dorrian – Uzay Bilimleri Doktora Sonrası Araştırma Görevlisi, Birmingham Üniversitesi
  • Ian Whittaker – Fizik Bölümü Kıdemli Öğretim Üyesi, Nottingham Trent Üniversitesi

Orijinal olarak yayınlandı Konuşma.Konuşma




scitechdaily.com

Source link

reklam
reklamm

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

reklam
Başa dön tuşu

Reklam Engelleyici Algılandı

Lütfen Reklam Engelleyiciyi Kapatınız