Форум Новости Космонавтики

ЦитироватьИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИМПУЛЬСНЫХ ЛАЗЕРНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ СИСТЕМ ОРИЕНТАЦИИ, СТАБИЛИЗАЦИИ И КОРРЕКЦИИ КЛА
А.Г. Саттаров, А.М. Сочнев (Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева)
Бикмучев А.Р. (ФГБУ «Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина»)
 bikmuch2@mail.ru

Для многих типов космических летательных аппаратов важной задачей является ориентация, при которой обеспечивается заданное направление в пространстве одной или всех трех осей летательного аппарата. Такая задача возникает, например, когда необходимо обеспечить наилучшие условия работы солнечных батарей, когда их плоскость перпендикулярна направлению солнечных лучей, или для ориентации параболической антенны космического аппарата на Землю в сеансах радиосвязи.
Жесткие требования к точности ориентации предъявляются во время проведения коррекции траектории летательного аппарата. Для того чтобы осуществить требуемый корректирующий импульс, необходимо направить продольную ось летательного аппарата под строго определенным углом к его траектории и к плоскости орбиты.
Для решения данных задач могут быть использованы импульсные лазерные ракетные двигатели, использующие автономные источники питания и бортовые запасы рабочего тела В работе изложены результаты экспериментального и теоретического исследования возможности создания импульсных ЛРД на основе оптического разряда.

ЦитироватьЛазерный ракетный двигатель ЛРД

Назначение
Для обеспечения тяги летательному аппарату, приводимому в движение плазменной вспышкой, инициированной лазером.
С 2002 года КБХА в кооперации с Исследовательским Центром им. М.В. Келдыша и НИИНИ оптико-электронных приборов занимается исследованием проблемы создания ракетного лазерного двигателя ЛРД, который существенно экономичнее традиционных двигателей на химическом топливе. Изготовлена и испытана модель такого двигателя.
(https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/60021.jpg)

Цитировать21 ноября 2012 года в конференц-зале Российского союза промышленников и предпринимателей (РСПП, Москва) при поддержке министерства энергетики, комитета Государственной Думы Российской Федерации по энергетике, РСПП, Общественной палаты РФ проведен первый круглый стол по беспроводной передаче электрической энергии на земле и в космосе. Целью проведения круглого стола являлось знакомство с современными достижениями по дистанционной передаче энергии  и концентрация усилий отечественной науки, техники и технологий на этом направлении.

В работе круглого стола приняли участие ведущие предприятия космической отрасли, в частности ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша», РКК «Энергия», ЦНИИМАШ, НПО им. С.А. Лавочкина.

Сотрудники ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша» С.Г. Ребров, А.Н. Голиков, С.В. Янчур, А.В. Дрондин  представили на круглом столе  доклад «Технология лазерной передачи энергии для ракетных двигателей». В докладе были  освящены экспериментально подтвержденные достижения  по дистанционной передаче лазерным лучом электрической энергии, энергии для питания лазерных ракетных двигателей и для воспламенения топливных смесей традиционных ракетных двигателей.

ЦитироватьSalo пишет:
лазерным лучом электрической энергии

ЦитироватьOne of the most intriguing parts about using laser propulsion for deep space journeys: There's the potential for in-flight gravity, or something like it. The system would create acceleration similar to 1g, meaning that astronauts would have their feet on the ground. "Once you accelerate, then that acceleration acts like gravity," Bae says. "Your feet will be toward the laser because of the acceleration. That way, I think the Star Trek–type of travel is possible."

What's holding Bae back? For one, you'd need tremendous power to realize such a mission with current technology. For even near-Earth and lunar missions, Bae estimates a requirement of 1 gigawatt of power, requiring a large amount of power to be generated by solar or nuclear power to generate the thrust.

ЦитироватьThe concept of a photonic laser thrust system goes something like this: A laser is generated in a cavity between two mirrors, and fired between them continuously. The interaction of the photons between these two plates is then fired out of the launch platform. The platform remains in orbit, controlled by conventional thrusters. However, it fires at a craft, which does the brunt of the actual space travel. By continuously firing a laser at the craft, you can push it and allow it to build up momentum without chemical or nuclear fuel. And by reducing the need for fuel consumption, you also reduce the overall weight of the mission, creating more room for payloads, humans, and creature comforts

ЦитироватьБертикъ пишет: получим суммарный КПД "двигателя" на уровне паровоза Черепановых)))

Цитировать31 октября 201416:10  Ася Горина  (http://www.vesti.ru/author/show/id/53/)
 Российские инженеры предложили концепцию лазерного ракетного двигателя

 

До тех пор пока двигатели на антиматерии (http://www.vesti.ru/doc.html?id=1134103&cid=2161) и варп-двигатели (http://www.vesti.ru/doc.html?id=1691356&cid=2161) не обрели своего места в космической инженерии, учёные разрабатывают необычные способы ускорения движения "обычных" ракет. Так, российские исследователи предложили новый способ ускорения космического корабля уже во время полёта. Методика подразумевает лазерную "пальбу" со станции наземного базирования.

Новая технология позволит ускорить аппараты, преодолевающие земное притяжение, с помощью потока плазмы, появляющейся в ходе лазерной абляции (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B0%D0%B1%D0%BB%D1%8F%D1%86%D0%B8%D1%8F). Такой подход повысит эффективность традиционных систем ракетных двигателей.
 

Лазерная абляция традиционно используется для удаления вещества с поверхности материала. Для подталкивания кораблей сфокусированный лазерный луч будет "стрелять" по объекту в космосе и сжигать его поверхностный материал, создавая таким образом шлейф заряженных частиц плазмы, который и сгенерирует тягу.

Эта технология изначально рассматривалась как потенциальная методика для удаления космического мусора с орбиты Земли (http://www.vesti.ru/doc.html?id=1199301&cid=2161), но позднее стало ясно, что она может послужить и для других серьёзных целей. Лазерная абляция позволит обеспечить дополнительную тягу космическому кораблю без необходимости крепления первичного источника энергии на борт судна.

Однако, несмотря на попытку облегчить конструкцию корабля, его корпус всё же нужно будет снабдить дополнительным металлическим слоем, который будет сжигаться лазером уже вне Земли.

(https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/102060.jpg)

Идея принадлежит группе исследователей, возглавляемой Юрием Резунковым (http://www.niiki.ru/pages/a-kont.html) из Научно-исследовательского института оптико-электронного приборостроения. Резунков возглавляет Лабораторию мощных газовых лазеров и работает над технологиями дополнительного ускорения ракет уже много лет.

Занимаясь исследовательской деятельностью, Резунков и его коллеги поняли, что эффективность современных методов лазерного ускорения ограничена рядом факторов. Например, учёные выявили нестабильность сверхзвуковых газов, появляющуюся по мере их прохождения через сопло. Также при генерации ударных волн сдавливается входное отверстие сопла, из-за чего снижается тяга двигателя.

Все эти эффекты, по словам авторов нового исследования, могут быть уменьшены при использовании лазерной абляции. Струи плазмы будут направляться таким образом, что они будут течь максимально близко к внутренним стенкам сопла. Если объединить технологии абляционной струи и сверхзвукового потока газа, проходящего через сопло, то общая осевая нагрузка на сопле будет значительно эффективнее.

(https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/102061.jpg)

"Подводя итоги нашего исследования, мы уже можем составить определённые прогнозы. Описанные нами методики могут применяться не только для запуска малых спутников на околоземную орбиту, но и для дополнительного ускорения сверхзвуковых самолётов, которые смогут достичь скорости, превышающей 10 Маха (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE_%D0%9C%D0%B0%D1%85%D0%B0)", — сообщает Резунков в пресс-релизе Оптического общества (http://www.osa.org/en-us/about_osa/newsroom/news_releases/2014/supersonic_laser-propelled_rockets/).

Статья (http://www.opticsinfobase.org/ao/abstract.cfm?URI=ao-53-31-I55&origin=search) с результатами исследования вышла в журнале Applied Optics.

Впрочем, перед учёными по-прежнему стоит одна проблема, которая не была решена на этапе, когда лазерную абляцию хотели использовать для удаления космического мусора с орбиты.

Лазеры наземного базирования должны быть невероятно мощными и способными испарять металл на расстоянии сотен километров. Такая технология спокойно сможет сбивать искусственные спутники Земли и повреждать буквально всё, что находится на нашей орбите.

Конечно же, подобные установки пригодятся военным, но перед строительством столь мощных приборов необходимо будет решить массу политических и этических вопросов.

Цитировать26 июня 2015 г., 10:05
Лазерный двигатель для космических кораблей
(https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/191022.jpg) (https://scientificrussia.ru/data/auto/material/large-preview-full_optical_payload_for_lasercomm_science_opals_v_predstavlenii_hudozhnika.jpg)                                                                                       
 Сотрудники НИИ комплексных испытаний оптико-электронных приборов при участии коллег из Института лазерной физики РАН и ФТИ им. А.Ф. Иоффе, а также из Национальной аэрокосмической лаборатории Японии, создали небольшую модель космического корабля, — весом всего 200 г, — способного летать по лазерному лучу.
 После анализа нескольких вариантов создания лазерного реактивного двигателя (ЛРД), инженеры выбрали систему лазерной абляции, т.е. удаления вещества с поверхности лазерным импульсом — при контакте лазера с рабочим веществом это последнее испаряется и образует плазму, а разогретая плазма на большой скорости вылетает через сопло двигателя, что создает реактивную тягу. В качестве рабочего тела наилучшим образом себя показал полиформальдегид (на втором месте был поливинилхлорид).
 Сами лазерные установки будут располагаться на Земле или на орбите. В космосе лазеры будут получать энергию от солнечных батарей. Ученые полагают, что такая система будет достаточно надежной и долговечной. Впрочем, стоит помнить, что в космосе луч хотя и распространяется без поглощения, но с увеличением расстояния увеличивается его диаметр, что создает очевидную проблему, учитывая конструкцию двигателя.
 Исследования показывают, что лазерный реактивный двигатель имеет гораздо больший КПД в сравнении с современными жидкостными и твердотопливными системами, кроме того существенно сокращаются затраты топлива.
 Ведущий сотрудник проекта В. В. Степанов  рассказал (http://www.informnauka.ru/rus/2006/2006-02-24-06_52_r.htm), каким образом он и его коллеги обошли эту проблему: «Мы придумали очень интересную конструкцию. В нашей модели не одно, а два зеркала. Они нужны для того, чтобы корабль мог лететь навстречу световому лучу. Это очень важно: лазерный луч в такой конструкции не рассеивается на продуктах испарения материала. Первое зеркало выглядит очень необычно: оно похоже на гладко отполированный острый шпиль. Луч лазера падает на него и, отражаясь, собирается на другом зеркале, которое надето на широкую часть шпиля как обод на ступицу колеса. Это зеркало концентрирует собранный свет в камере, в которой расположено испаряемое вещество».
 Разработчики считают, что такая система позволит не только выводить летательные аппараты на околоземную орбиту, но и совершать полеты по маршруту Земля-Луна и обратно. Эту же технологию можно применить для дополнительного ускорения сверхзвуковых летательных аппаратов, что позволит достичь значения числа Маха до 10 и более. Вопрос остается за созданием достаточно мощного лазера с достаточно тонким лучом.
 «Для того, чтобы с помощью лазера выводить в космос аппараты, он должен быть способен хотя бы полчаса давать стабильный луч мощностью более 1 МВт. Сейчас такие лазеры разрабатываются. Кто первым его сделает, тот и полетит в космос по лазерному лучу. Задача осложняется тем, что подобные лазеры, тем более, расположенные на околоземной орбите, представляют собой элемент системы противоракетной обороны и их разработка подпадает под действие соответствующих международных договоров», — сказал автор исследования и руководитель проекта Юрий Резников.

ЦитироватьПервое зеркало выглядит очень необычно: оно похоже на гладко отполированный
острый шпиль. Луч лазера падает на него и, отражаясь, собирается на другом
зеркале, которое надето на широкую часть шпиля как обод на ступицу колеса. Это
зеркало концентрирует собранный свет в камере, в которой расположено испаряемое
вещество».