Космический прямоточный кинетический двигатель: два принципа работы
Космический прямоточный кинетический реактивный двигатель (Space Kinetic Scramjet) - устройство позволяющее использовать даровые запасы механической энергии небесных тел для запуска летательных аппаратов с Земли в космос.
Демонстрируется способ извлечения кинетической энергии из потока вещества (рабочего тела двигателя), подаваемого из внеземных источников в попутном направлении.
Настоящий способ в 15-30 раз сокращает топливно-энергетические затраты при выводе на околоземные орбиты космических аппаратов.
В качестве рабочего тела используются вещества, извлеченные из реголита Луны и астероидов.
Возможно также использование кинетической энергии орбитальных запасов земного вещества, которые сформированы орбитальным коллектором сырья (патент RU 2398717).
КПД передачи кинетической энергии достигает 80-90 процентов. Дополнительная подача кислорода или его соединений (тетраоксид азота и т.п.) в камеру двигателя либо из бортовых запасов, либо в составе троса, компенсирует тепловые потери.
При позиционировании сопла двигателя относительно троса с точностью, которые обеспечивают современные средства наведения противоспутниковых ракетных снарядов, с высокой степенью надежности обеспечивается исключение контакта потока рабочего тела со стенками сопла и камеры двигателя.
Дополнительную защиту обеспечивает эффект газодинамической подушки в узкой части сопла, придание которому должного удлинения обеспечивает получение аэродинамических сил, центрирующих космический аппарат с двигателем относительно троса.
При вероятности нештатных ситуаций как у обычных ракет (3-5%), и даже выше, рассматриваемый способ запусков более эффективен, чем классический ракетный.
Демонстрируется способ извлечения кинетической энергии из потока вещества (рабочего тела двигателя), подаваемого из внеземных источников во встречном направлении.
На первых кадрах анимации показывается включение системы аэродинамического окна камеры прямоточного двигателя. В качестве источников газодинамического «ниппеля» используются реактивные двигатели, которые работают либо на монотопливе типа пероксида водорода или гидразина, либо на двухкомпонентном топливе, например, керосин + кислород или водород + кислород.
После создания аэродинамического окна прямоточный двигатель готов к приему внешнего потока вещества. В отличие от космического воздушно-реактивного двигателя Меркулова, здесь вместо естественного воздушного потока используется искусственный поток в виде нити, изготовленной из внеземных материалов.
Скорость нити при её вертикальном падении составляет около 11 км/с.
При старте с круговой орбиты, относительная скорость нити может находиться в диапазоне 7,5-15 км/с.
При использовании эллиптических орбит относительная скорость нити находится в диапазоне 15-22 км/с.
Длина нити зависит от времени разгона аппарата. При вертикальном старте и достижении скорости 11 км/с за 5 минут, длина нити приблизительно равна 5000 км. При разгоне в течение 1 минуты, длина нити приблизительно равна 1000 км.
Кинетический прямоточный двигатель для создания тяги использует энергию искусственно созданного потока внеземного вещества (в виде нити или ленты). Для использования энергии потока летательный аппарат должен подняться за пределы плотных слоев атмосферы. В зависимости от плотности и толщины нити и других факторов, точка встречи аппарата и гиперзвукового потока вещества находится на высоте в диапазоне от 50 до 200 км.
При создании нити из реголита, количество энергии, необходимой для сброса нити к стартующему аппарату, многократно меньше кинетической энергии нити, которая освобождается в прямоточной камере двигателя. При этом, в качестве рабочего тела, в прямоточном двигателе могут использоваться не только водород, но и такое удобное вещество как вода.
Отношение начальной массы аппарата к конечной равное 10 при вертикальном старте обеспечивает достижение характеристической скорости в 12 км/с, при горизонтальном старте с круговой орбиты достигается скорость около 24 км/с, при старте с эллиптической орбиты -- 35 км/с. Такие значения начальных скоростей отлета решают проблему пилотируемых экспедиций к Марсу, Юпитеру и т.д.
Технологии точного позиционирования летательного аппарата перед захватом потока вещества смотреть здесь:
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=LC97wdQOmfI
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=NtD-5mPbnNU
UPD 27/08/2013
Обсуждение и развитие темы кинетических прямоточных двигателей в блоге _lin_ :
"Юпитер - ключ к Солнечной системе?"
Click to viewДемонстрируется способ извлечения кинетической энергии из потока вещества (рабочего тела двигателя), подаваемого из внеземных источников в попутном направлении.
Настоящий способ в 15-30 раз сокращает топливно-энергетические затраты при выводе на околоземные орбиты космических аппаратов.
В качестве рабочего тела используются вещества, извлеченные из реголита Луны и астероидов.
Возможно также использование кинетической энергии орбитальных запасов земного вещества, которые сформированы орбитальным коллектором сырья (патент RU 2398717).
КПД передачи кинетической энергии достигает 80-90 процентов. Дополнительная подача кислорода или его соединений (тетраоксид азота и т.п.) в камеру двигателя либо из бортовых запасов, либо в составе троса, компенсирует тепловые потери.
При позиционировании сопла двигателя относительно троса с точностью, которые обеспечивают современные средства наведения противоспутниковых ракетных снарядов, с высокой степенью надежности обеспечивается исключение контакта потока рабочего тела со стенками сопла и камеры двигателя.
Дополнительную защиту обеспечивает эффект газодинамической подушки в узкой части сопла, придание которому должного удлинения обеспечивает получение аэродинамических сил, центрирующих космический аппарат с двигателем относительно троса.
При вероятности нештатных ситуаций как у обычных ракет (3-5%), и даже выше, рассматриваемый способ запусков более эффективен, чем классический ракетный.
Демонстрируется способ извлечения кинетической энергии из потока вещества (рабочего тела двигателя), подаваемого из внеземных источников во встречном направлении.
На первых кадрах анимации показывается включение системы аэродинамического окна камеры прямоточного двигателя. В качестве источников газодинамического «ниппеля» используются реактивные двигатели, которые работают либо на монотопливе типа пероксида водорода или гидразина, либо на двухкомпонентном топливе, например, керосин + кислород или водород + кислород.
После создания аэродинамического окна прямоточный двигатель готов к приему внешнего потока вещества. В отличие от космического воздушно-реактивного двигателя Меркулова, здесь вместо естественного воздушного потока используется искусственный поток в виде нити, изготовленной из внеземных материалов.
Скорость нити при её вертикальном падении составляет около 11 км/с.
При старте с круговой орбиты, относительная скорость нити может находиться в диапазоне 7,5-15 км/с.
При использовании эллиптических орбит относительная скорость нити находится в диапазоне 15-22 км/с.
Длина нити зависит от времени разгона аппарата. При вертикальном старте и достижении скорости 11 км/с за 5 минут, длина нити приблизительно равна 5000 км. При разгоне в течение 1 минуты, длина нити приблизительно равна 1000 км.
Кинетический прямоточный двигатель для создания тяги использует энергию искусственно созданного потока внеземного вещества (в виде нити или ленты). Для использования энергии потока летательный аппарат должен подняться за пределы плотных слоев атмосферы. В зависимости от плотности и толщины нити и других факторов, точка встречи аппарата и гиперзвукового потока вещества находится на высоте в диапазоне от 50 до 200 км.
При создании нити из реголита, количество энергии, необходимой для сброса нити к стартующему аппарату, многократно меньше кинетической энергии нити, которая освобождается в прямоточной камере двигателя. При этом, в качестве рабочего тела, в прямоточном двигателе могут использоваться не только водород, но и такое удобное вещество как вода.
Отношение начальной массы аппарата к конечной равное 10 при вертикальном старте обеспечивает достижение характеристической скорости в 12 км/с, при горизонтальном старте с круговой орбиты достигается скорость около 24 км/с, при старте с эллиптической орбиты -- 35 км/с. Такие значения начальных скоростей отлета решают проблему пилотируемых экспедиций к Марсу, Юпитеру и т.д.
Технологии точного позиционирования летательного аппарата перед захватом потока вещества смотреть здесь:
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=LC97wdQOmfI
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=NtD-5mPbnNU
UPD 27/08/2013
Обсуждение и развитие темы кинетических прямоточных двигателей в блоге _lin_ :
"Юпитер - ключ к Солнечной системе?"