Двигатели на нехимическом топливе
Я́дерный раке́тный дви́гатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги. Бывают реактивными (нагрев рабочего тела в ядерном реакторе и вывод газа через сопло) и импульсными (ядерные взрывы малой мощности при равном промежутке времени).
Традиционный ЯРД в целом представляет собой конструкцию из ядерного реактора, системы подачи рабочего тела, и сопла. Рабочее тело (как правило — водород) — подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу. Существуют различные конструкции ЯРД — твёрдофазный, жидкофазный и газофазный, соответственно агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твёрдое, расплав или высокотемпературный газ (либо плазма). ЯРД активно разрабатывались и испытывались в СССР (см. РД-0410) и США(cм. NERVA) с середины 1950-х годов. Исследования ведутся и в настоящее время
Ядерный импульсный двигатель
Атомные заряды мощностью примерно в килотонну на этапе взлёта должны были взрываться со скоростью один заряд в секунду. Ударная волна — расширяющееся плазменноеоблако — должна была приниматься «толкателем» — мощным металлическим диском с теплозащитным покрытием, и, потом, отразившись от него, создать реактивную тягу. Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции передавался кораблю. Затем, когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно было уменьшить. При взлёте корабль должен был лететь строго вертикально, чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы.
В США были проведены несколько испытаний модели летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов использовалась обычная химическая взрывчатка). Получены положительные результаты о принципиальной возможности управляемого полёта аппарата с импульсным двигателем.
Реальных испытаний импульсного ЯРД с подрывом ядерных устройств не проводилось. Дальнейшие практические разработки в области импульсных ЯРД были прекращены в конце 1960-х гг.
Электри́ческий раке́тный дви́гатель (ЭРД) — ракетный двигатель, принцип работы которого основан на преобразовании электрической энергии в направленную кинетическую энергию частиц[1]. Также встречаются названия, включающие слова реактивный и движитель.
Комплекс, состоящий из набора ЭРД, системы хранения и подачи рабочего тела (СХиП), системы автоматического управления (САУ), системы электропитания (СЭП), называетсяэлектроракетной двигательной установкой (ЭРДУ).
Относительная конечная масса mk
Формула Циолковского даёт только верхнюю границу скорости ракеты. Действительная конечная скорость всегда будет меньше вследствие неизбежных потерь (преодоление силы тяготения при подъёме ракеты, сил аэродинамического сопротивления и др.). Формула Циолковского распространяется также на составные ракеты, для отдельных ступеней которых характеристические скорости складываются:
Vmax = — Sum ( Vi * Ln ( mki ) ),
где: i - номер ступени; V - эффективная скорость истечения продуктов сгорания из сопла ракетного двигателя; mki = Мki / М0i - относительная конечная масса ступени (при вычислении суммарная масса последующих ступеней считается полезным грузом); зависит главным образом от конструктивного совершенства ракетного двигателя, ракеты, вида применяемого топлива и относительной массы полезного груза (для ступени составной ракеты - относительной массы последующих ступеней).
Фундаментальная формула Циолковского показывает, что скорость, приобретённая ракетой при прямолинейном движении и отсутствии внешних сил, прямо пропорциональна эффективной скорости истечения реактивной струи, т. е. основной характеристике ракетного двигателя - удельному импульсу тяги, а также логарифму относительной конечной массы. Таким образом, возможности ракеты в первую очередь определяются удельным импульсом её ракетного двигателя и массовым совершенством её конструкции. Формулой Циолковского можно пользоваться и в том случае, если силы сопротивления и силы тяжести малы по сравнению с реактивной силой.
Число Циолковского - отношение массы рабочего запаса топлива Мт к конечной массе Мk ракеты или её ступени. Число Циолковского однозначно связано с относительной конечной массой ракеты (ступени) mk = Мk / Мо соотношением:
Мт / Мk = — 1 + 1 / mk
Число Циолковского — один из основных параметров, входящих в формулу Циолковского; зависит главным образом от конструктивного совершенства ракеты, вида применяемого топлива и относительной массы полезного груза (для ступени составной ракеты - относительно начальной массы последующих ступеней).
Mk < 1/e ≈ 0,37
Билет №11