इलेक्ट्रिक रॉकेट इंजन. इलेक्ट्रिक जेट इंजन

विद्युत प्रणोदन इंजनों के एक सेट, एक कार्यशील द्रव भंडारण और आपूर्ति प्रणाली (SHIP), एक स्वचालित नियंत्रण प्रणाली (ACS), एक बिजली आपूर्ति प्रणाली (EPS) से युक्त एक कॉम्प्लेक्स को कहा जाता है विद्युत प्रणोदन प्रणाली (ईपीपी).

त्वरण के लिए जेट इंजनों में विद्युत ऊर्जा का उपयोग करने का विचार रॉकेट प्रौद्योगिकी के विकास की शुरुआत में ही उत्पन्न हुआ। यह ज्ञात है कि ऐसा विचार के. ई. त्सोल्कोवस्की द्वारा व्यक्त किया गया था। -1917 में, आर. गोडार्ड ने पहला प्रयोग किया, और 20वीं सदी के 30 के दशक में, वी.पी. ग्लुश्को के नेतृत्व में यूएसएसआर में पहले ऑपरेटिंग ईजेई में से एक बनाया गया था।

शुरू से ही, यह माना गया था कि ऊर्जा स्रोत और त्वरित पदार्थ को अलग करने से कार्यशील तरल पदार्थ (आरटी) के बहिर्वाह का उच्च वेग मिलेगा, साथ ही अंतरिक्ष यान (एससी) का कम द्रव्यमान भी कम होगा। संग्रहीत कार्यशील द्रव का द्रव्यमान। वास्तव में, अन्य रॉकेट इंजनों की तुलना में, विद्युत प्रणोदन इंजन अंतरिक्ष यान के सक्रिय जीवन (एसएएस) को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाना संभव बनाते हैं, जबकि प्रणोदन प्रणाली (पीएस) के द्रव्यमान को काफी कम करते हैं, जो तदनुसार, आपको बढ़ाने की अनुमति देता है। पेलोड, या अंतरिक्ष यान के वजन और आकार की विशेषताओं में सुधार करना।

गणना से पता चलता है कि विद्युत प्रणोदन इंजन के उपयोग से दूर के ग्रहों की उड़ान की अवधि को कम करना संभव हो जाएगा (कुछ मामलों में ऐसी उड़ानें भी संभव हो जाएंगी) या, उसी उड़ान अवधि के साथ, पेलोड में वृद्धि होगी।

रूसी भाषा के साहित्य में स्वीकृत इलेक्ट्रिक रॉकेट इंजनों का वर्गीकरण

ईटीडी, बदले में, इलेक्ट्रिक हीटिंग (ईएनडी) और इलेक्ट्रिक आर्क (ईडीडी) मोटर्स में विभाजित हैं।

इलेक्ट्रोस्टैटिक इंजनों को आयन (कोलाइडल सहित) इंजन (आईडी, केडी) में विभाजित किया गया है - एकध्रुवीय बीम में कण त्वरक, और अर्ध-तटस्थ प्लाज्मा में कण त्वरक। उत्तरार्द्ध में एक बंद इलेक्ट्रॉन बहाव और एक विस्तारित (यूएसडीए) या संक्षिप्त (यूएसडीए) त्वरण क्षेत्र वाले त्वरक शामिल हैं। पूर्व को आमतौर पर स्थिर प्लाज्मा थ्रस्टर्स (एसपीडी) कहा जाता है, और नाम (कम और कम बार) भी पाया जाता है - एक रैखिक हॉल थ्रस्टर (एलएचडी), पश्चिमी साहित्य में इसे हॉल थ्रस्टर कहा जाता है। एसपीएल को आमतौर पर एनोड परत त्वरित इंजन (एबीएम) के रूप में जाना जाता है।

अपने स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र वाली मोटरों और बाहरी चुंबकीय क्षेत्र वाली मोटरों को शामिल करना (उदाहरण के लिए, एंड हॉल मोटर - टीएचडी)।

पल्स इंजन गैसों की गतिज ऊर्जा का उपयोग करते हैं जो तब दिखाई देती हैं जब कोई ठोस पदार्थ विद्युत निर्वहन में वाष्पित हो जाता है।

किसी भी तरल पदार्थ और गैसों, साथ ही उनके मिश्रण का उपयोग विद्युत प्रणोदन इंजन में कार्यशील तरल पदार्थ के रूप में किया जा सकता है। हालाँकि, प्रत्येक प्रकार के इंजन के लिए काम करने वाले तरल पदार्थ होते हैं, जिनके उपयोग से आप सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त कर सकते हैं। पारंपरिक रूप से अमोनिया का उपयोग ईटीडी के लिए, क्सीनन का उपयोग इलेक्ट्रोस्टैटिक के लिए, लिथियम का उपयोग उच्च-धारा के लिए और पीटीएफई का उपयोग स्पंदित के लिए किया जाता है।

छोटे वार्षिक उत्पादन (दुनिया भर में प्रति वर्ष 10 टन से कम) के कारण क्सीनन का नुकसान इसकी लागत है, जो शोधकर्ताओं को अन्य आरटी की तलाश करने के लिए मजबूर करता है जो विशेषताओं में समान हैं लेकिन कम महंगे हैं। आर्गन को मुख्य प्रतिस्थापन उम्मीदवार माना जाता है। यह भी एक अक्रिय गैस है, लेकिन, क्सीनन के विपरीत, इसमें कम परमाणु द्रव्यमान पर उच्च आयनीकरण ऊर्जा होती है। त्वरित द्रव्यमान की प्रति इकाई आयनीकरण पर खर्च की गई ऊर्जा दक्षता हानि के स्रोतों में से एक है।

ईजेई की विशेषता आरटी की कम द्रव्यमान प्रवाह दर और त्वरित कण प्रवाह का उच्च वेग है। बहिर्प्रवाह वेग की निचली सीमा लगभग रासायनिक इंजन जेट के बहिर्वाह वेग की ऊपरी सीमा के साथ मेल खाती है और लगभग 3,000 मीटर/सेकेंड है। ऊपरी सीमा सैद्धांतिक रूप से असीमित है (प्रकाश की गति के भीतर), हालांकि, इंजन के उन्नत मॉडल के लिए, 200,000 मीटर/सेकेंड से अधिक की गति पर विचार नहीं किया जाता है। वर्तमान में, विभिन्न प्रकार के इंजनों के लिए, 16,000 से 60,000 मीटर/सेकेंड तक निकास वेग को इष्टतम माना जाता है।

इस तथ्य के कारण कि ईजेई में त्वरण प्रक्रिया त्वरण चैनल में कम दबाव पर होती है (कण एकाग्रता 1020 कण/एम³ से अधिक नहीं होती है), जोर घनत्व काफी कम है, जो ईजेई के उपयोग को सीमित करता है: बाहरी दबाव त्वरण चैनल में दबाव से अधिक नहीं होना चाहिए, और अंतरिक्ष यान का त्वरण बहुत छोटा है (दसवां या सौवां भी) जी ). इस नियम का अपवाद छोटे अंतरिक्ष यान पर ईडीडी हो सकता है।

विद्युत प्रणोदन इंजन की विद्युत शक्ति सैकड़ों वाट से लेकर मेगावाट तक होती है। वर्तमान में अंतरिक्ष यान पर उपयोग किए जाने वाले EJE की शक्ति 800 से 2,000 W है।

पॉलिटेक्निक संग्रहालय, मॉस्को में इलेक्ट्रोजेट इंजन। 1971 में परमाणु ऊर्जा संस्थान में बनाया गया। आई. वी. कुरचटोवा

1964 में, सोवियत ज़ोंड-2 अंतरिक्ष यान के दृष्टिकोण नियंत्रण प्रणाली में, फ्लोरोप्लास्ट पर संचालित 6 इरोसिव इम्पल्स टैक्सीवे ने 70 मिनट तक कार्य किया; परिणामी प्लाज्मा गुच्छों का तापमान ~ 30,000 K था और 16 किमी/सेकेंड तक की गति से प्रवाहित हुआ (कैपेसिटर बैंक की क्षमता 100 माइक्रोन थी, ऑपरेटिंग वोल्टेज ~ 1 kV था)। संयुक्त राज्य अमेरिका में, 1968 में LES-6 अंतरिक्ष यान पर इसी तरह के परीक्षण किए गए थे। 1961 में, अमेरिकी कंपनी रिपब्लिक एविएशन के एक पिंच इम्पल्स रॉकेट इंजन ने 10-70 किमी/सेकेंड की निकास गति पर 45 एमएन का थ्रस्ट विकसित किया।

1 अक्टूबर, 1966 को, आर्गन पर काम करने वाले एक इलेक्ट्रिक रॉकेट इंजन (ईपीआर) के जेट स्ट्रीम की बातचीत का अध्ययन करने के लिए, यंतर -1 स्वचालित आयनोस्फेरिक प्रयोगशाला को तीन-चरण 1Ya2TA भूभौतिकीय रॉकेट द्वारा 400 किमी की ऊंचाई पर लॉन्च किया गया था। आयनोस्फेरिक प्लाज्मा के साथ. प्रायोगिक प्लाज्मा-आयन ईजेई को पहली बार 160 किमी की ऊंचाई पर चालू किया गया था, और बाद की उड़ान के दौरान, इसके संचालन के 11 चक्र चलाए गए। लगभग 40 किमी/सेकेंड का जेट स्ट्रीम वेग हासिल किया गया। यंतर प्रयोगशाला 400 किमी की लक्ष्य उड़ान ऊंचाई तक पहुंच गई, उड़ान 10 मिनट तक चली, ईजेई ने लगातार काम किया और पांच ग्राम बल का डिज़ाइन थ्रस्ट विकसित किया। वैज्ञानिक समुदाय को TASS रिपोर्ट से सोवियत विज्ञान की उपलब्धि के बारे में पता चला।

प्रयोगों की दूसरी श्रृंखला में नाइट्रोजन का उपयोग किया गया। निकास वेग को 120 किमी/सेकेंड तक बढ़ा दिया गया था। -1971 में, चार समान डिवाइस लॉन्च किए गए थे (अन्य स्रोतों के अनुसार, छह डिवाइस 1970 से पहले लॉन्च किए गए थे)।

1970 की शरद ऋतु में, इसने प्रत्यक्ष-प्रवाह वायु-चालित विद्युत प्रणोदन इंजन के साथ वास्तविक उड़ान में सफलतापूर्वक परीक्षण पास किया। अक्टूबर 1970 में, अंतर्राष्ट्रीय खगोलीय महासंघ की XXI कांग्रेस में, सोवियत वैज्ञानिक - प्रोफेसर जी. ग्रोडज़ोव्स्की, तकनीकी विज्ञान के उम्मीदवार यू. डेनिलोव और एन. क्रावत्सोव, भौतिक और गणितीय विज्ञान के उम्मीदवार एम. मारोव और वी. निकितिन, डॉक्टर ऑफ तकनीकी विज्ञान वी. उत्किन - ने वायु प्रणोदन प्रणाली के परीक्षण के बारे में सूचना दी। जेट स्ट्रीम का पंजीकृत वेग 140 किमी/सेकेंड तक पहुँच गया।

1971 में, सोवियत मौसम विज्ञान उपग्रह उल्का की सुधार प्रणाली में, फ़केल डिज़ाइन ब्यूरो द्वारा विकसित और विकसित दो स्थिर प्लाज्मा इंजन काम करते थे, जिनमें से प्रत्येक ने ~ 0.4 किलोवाट की बिजली आपूर्ति के साथ, 18-23 एमएन का जोर विकसित किया और एक 8 किमी/सेकेंड से अधिक का निकास वेग। आरडी का आकार 108 × 114 × 190 मिमी, द्रव्यमान 32.5 किलोग्राम और आरटी (संपीड़ित क्सीनन) की आपूर्ति 2.4 किलोग्राम थी। एक समावेशन के दौरान, इंजनों में से एक ने लगातार 140 घंटे तक काम किया। यह विद्युत प्रणोदन प्रणाली चित्र में दिखाई गई है।

इसके अलावा, डॉन मिशन में विद्युत प्रणोदन का उपयोग किया जाता है। इसे BepiColombo प्रोजेक्ट में इस्तेमाल करने की योजना है।

यद्यपि इलेक्ट्रिक रॉकेट इंजन में तरल रॉकेट की तुलना में कम जोर होता है, लेकिन वे लंबी अवधि तक चलने और लंबी दूरी पर धीमी गति से उड़ान भरने में सक्षम होते हैं।

परिचय

उच्च-वर्तमान (विद्युत चुम्बकीय, मैग्नेटोडायनामिक) मोटर्स;
आवेग मोटरें.

इलेक्ट्रोस्टैटिक इंजनों को आयन (कोलाइडल सहित) इंजन (आईडी, केडी) में विभाजित किया गया है - एकध्रुवीय बीम में कण त्वरक, और अर्ध-तटस्थ प्लाज्मा में कण त्वरक। उत्तरार्द्ध में एक बंद इलेक्ट्रॉन बहाव और एक विस्तारित (यूएसडीए) या संक्षिप्त (यूएसडीए) त्वरण क्षेत्र वाले त्वरक शामिल हैं। पूर्व को आमतौर पर स्थिर प्लाज्मा थ्रस्टर्स (एसपीडी) कहा जाता है, और नाम (कम और कम बार) भी पाया जाता है - एक रैखिक हॉल थ्रस्टर (एलएचडी), पश्चिमी साहित्य में इसे हॉल थ्रस्टर कहा जाता है। एसपीएल को आमतौर पर एनोड बेड एक्सेलेरेशन इंजन (एएलएस) के रूप में जाना जाता है।

उच्च-धारा (मैग्नेटोप्लाज्मा, मैग्नेटोडायनामिक) मोटरों में अपने स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र वाली मोटरें और बाहरी चुंबकीय क्षेत्र वाली मोटरें शामिल होती हैं (उदाहरण के लिए, एक एंड हॉल मोटर - टीएचडी)।

संक्षिप्त विवरण

संभावनाओं

प्रतिक्रियाशील विद्युत मोटरों की एक विशिष्ट विशेषता यह है कि ऊर्जा के स्रोत और कार्यशील पदार्थ को अलग किया जाता है, और स्रोत से कार्यशील पदार्थ तक ऊर्जा का स्थानांतरण विद्युत चुम्बकीय इंटरैक्शन का उपयोग करके किया जाता है। इससे कार्यशील पदार्थ की समाप्ति की उच्च दर प्राप्त करना संभव हो जाता है। यह, बदले में, अंतरिक्ष में परिवहन संचालन करते समय इंजनों के इस वर्ग को सबसे किफायती बनाता है। साइट आगंतुकों के ध्यान में इस वर्ग के कुछ इंजनों का संक्षिप्त विवरण प्रस्तुत किया गया है।

चित्र 22 - इलेक्ट्रिक जेट इंजन

इलेक्ट्रिक जेट इंजनों के वर्ग में, मुख्य ध्यान तथाकथित पर दिया जाता है। प्लाज्मा आयन इंजन.

इसकी विशिष्ट विशेषता यह है कि यह दोलनशील इलेक्ट्रॉनों के साथ एक डिस्चार्ज का उपयोग करता है। अपेक्षाकृत छोटे परिमाण के अनुदैर्ध्य चुंबकीय क्षेत्र में घूमते हुए, इलेक्ट्रॉन तुरंत बाहरी कुंडलाकार इलेक्ट्रोड - एनोड तक नहीं पहुंच पाते हैं और बार-बार आयनीकरण टकराव में भाग नहीं लेते हैं। आयनों को एक अनुदैर्ध्य विद्युत क्षेत्र में त्वरित किया जाता है, और त्वरक के आउटपुट पर उनके अंतरिक्ष चार्ज की भरपाई के लिए एक कैथोड-कम्पेसाटर का उपयोग किया जाता है।

प्लाज्मा-आयन इंजनों में विशिष्ट आवेगों की एक विस्तृत श्रृंखला में उच्च दक्षता होती है। उन्हें थ्रस्ट घनत्व के कम मूल्यों की भी विशेषता है। वे। इंजन का विशिष्ट गुरुत्व अधिक होता है।

प्लाज़्मा-आयन इंजन ने मॉडल परीक्षण पास कर लिया है, लेकिन पूर्ण पैमाने पर परीक्षण अभी तक नहीं किया गया है।

अंतरिक्ष यान के नियंत्रण और अभिविन्यास की समस्याओं को हल करने के लिए, स्पंदित प्लाज्मा थ्रस्टर सबसे सुविधाजनक हैं। और इलेक्ट्रिक जेट इंजनों के इस वर्ग में सबसे आशाजनक इरोसिव प्लाज़्मा इंजन हैं।

इन इंजनों में, एक बड़े करंट को प्रवाहित करके एक प्लाज्मा बंच बनाया जाता है जो तब होता है जब एक विद्युत संधारित्र को इलेक्ट्रोड के बीच स्थित एक ढांकता हुआ की सतह के साथ छुट्टी दे दी जाती है, जिसकी सामग्री विद्युत चुम्बकीय बलों या गैस की कार्रवाई के तहत वाष्पित हो जाती है, आयनित हो जाती है और तेज हो जाती है। -गतिशील बल.

एक स्पंदित प्लाज्मा इंजन का लाभ यह है कि बड़ी संख्या में समावेशन (109 तक) संभव है; एक पल्स का छोटा मान (लगभग 100 μN*s); परिणामी आवेग का अभाव.

विद्युत रूप से गर्म जेट इंजनों को इस तथ्य से अलग किया जाता है कि उनमें विद्युत ऊर्जा हीट एक्सचेंजर से गुजरने पर काम करने वाले पदार्थ को गर्म करने और तेज करने पर खर्च की जाती है। इस प्रकार के इंजनों में जोर पैदा करने के लिए न्यूनतम ऊर्जा लागत होती है। प्रायोगिक अध्ययनों के परिणामस्वरूप, यह पाया गया कि उनके लिए इष्टतम कार्यशील पदार्थ हाइड्राज़ीन (H2N)2 है।

चित्र 23 - इलेक्ट्रिक जेट इंजन

हाइड्राज़ीन एक-घटक एंडोथर्मिक ईंधन है, इसलिए, जब उत्प्रेरक की उपस्थिति में इसे रासायनिक रूप से हाइड्रोजन और नाइट्रोजन में विघटित किया जाता है, तो ऊर्जा निकलती है। इससे इलेक्ट्रिक जेट इंजनों - कैटेलिटिक इंजनों की एक पूरी विशेष श्रेणी बनाना संभव हो गया। ऐसे थर्मल कैटेलिटिक इंजन भी हैं जिनमें दबाए गए तार कॉइल के रूप में बने सरल उत्प्रेरक का सेवा जीवन लंबा होता है।

ऐसे इंजनों के लिए प्राप्त न्यूनतम थ्रस्ट मान 10 mN के क्रम पर हैं।

इलेक्ट्रोजेट इंजन का दायरा:

1. अंतरिक्ष यान की गति का नियंत्रण.
2. कक्षा का सुधार, ऊपरी वायुमंडल में वाहनों की गति धीमी होने का मुआवजा, एक कक्षा से दूसरी कक्षा में स्थानांतरण
3. चंद्रमा और सिस्टम के अन्य ग्रहों के लिए उड़ानों के कार्यान्वयन से संबंधित परिवहन संचालन

प्लाज़्मा-आयन इंजन की मुख्य विशेषताएं:

1. विद्युत ऊर्जा की खपत - 1 किलोवाट।
2. निर्मित जोर - 27 एमएन
3. समाप्ति गति - 42 किमी/सेकेंड
4. कर्षण दक्षता - 67%
5. वोल्टेज - 2800 V
6. कार्यशील पदार्थ - पारा

जब आप "रॉकेट इंजन" वाक्यांश सुनते हैं तो सबसे पहले आपके दिमाग में क्या आता है? बेशक, रहस्यमयी अंतरिक्ष, अंतरग्रहीय उड़ानें, नई आकाशगंगाओं की खोज और दूर के तारों की आकर्षक चमक। हर समय, आकाश एक अनसुलझा रहस्य रहते हुए भी लोगों को अपनी ओर आकर्षित करता रहा है, लेकिन पहले अंतरिक्ष रॉकेट के निर्माण और उसके प्रक्षेपण ने मानव जाति के लिए अनुसंधान के नए क्षितिज खोल दिए।

रॉकेट इंजन अनिवार्य रूप से एक महत्वपूर्ण विशेषता के साथ सामान्य जेट इंजन हैं: वे जेट थ्रस्ट बनाने के लिए ईंधन ऑक्सीडाइज़र के रूप में वायुमंडलीय ऑक्सीजन का उपयोग नहीं करते हैं। इसके संचालन के लिए आवश्यक हर चीज या तो सीधे इसके शरीर में, या ऑक्सीडाइज़र और ईंधन आपूर्ति प्रणालियों में स्थित होती है। यह वह विशेषता है जो बाहरी अंतरिक्ष में रॉकेट इंजन का उपयोग करना संभव बनाती है।

रॉकेट इंजन कई प्रकार के होते हैं और वे सभी न केवल डिज़ाइन सुविधाओं में, बल्कि संचालन के सिद्धांत में भी एक-दूसरे से आश्चर्यजनक रूप से भिन्न होते हैं। इसीलिए प्रत्येक प्रकार पर अलग से विचार किया जाना चाहिए।

रॉकेट इंजन की मुख्य प्रदर्शन विशेषताओं में, विशिष्ट आवेग पर विशेष ध्यान दिया जाता है - प्रति यूनिट समय में खपत किए गए कार्यशील तरल पदार्थ के द्रव्यमान के लिए जेट थ्रस्ट का अनुपात। विशिष्ट आवेग मान इंजन की दक्षता और मितव्ययता को दर्शाता है।

रासायनिक रॉकेट इंजन (सीआरडी)

इस प्रकार का इंजन वर्तमान में एकमात्र ऐसा इंजन है जिसका व्यापक रूप से अंतरिक्ष यान को बाहरी अंतरिक्ष में लॉन्च करने के लिए उपयोग किया जाता है; इसके अलावा, इसे सैन्य उद्योग में भी आवेदन मिला है। रॉकेट ईंधन के एकत्रीकरण की स्थिति के आधार पर रासायनिक इंजनों को ठोस और तरल ईंधन में विभाजित किया जाता है।

सृष्टि का इतिहास

पहले रॉकेट इंजन ठोस प्रणोदक थे, और वे कई शताब्दियों पहले चीन में दिखाई दिए थे। उस समय उनका अंतरिक्ष से कोई लेना-देना नहीं था, लेकिन उनकी मदद से सैन्य रॉकेट लॉन्च करना संभव हो सका। ईंधन के रूप में एक पाउडर का उपयोग किया गया था, जो संरचना में बारूद जैसा था, केवल इसके घटकों का प्रतिशत बदल दिया गया था। परिणामस्वरूप, ऑक्सीकरण के दौरान, पाउडर फटा नहीं, बल्कि धीरे-धीरे जल गया, जिससे गर्मी निकली और जेट थ्रस्ट पैदा हुआ। ऐसे इंजनों को अलग-अलग सफलता के साथ परिष्कृत, बेहतर और बेहतर बनाया गया, लेकिन उनका विशिष्ट आवेग अभी भी छोटा रहा, यानी डिजाइन अक्षम और अलाभकारी था। जल्द ही, नए प्रकार के ठोस ईंधन सामने आए जिससे अधिक विशिष्ट आवेग प्राप्त करना और अधिक कर्षण विकसित करना संभव हो गया। यूएसएसआर, यूएसए और यूरोप के वैज्ञानिकों ने 20वीं सदी के पूर्वार्ध में इसके निर्माण पर काम किया। पहले से ही 1940 के दशक के उत्तरार्ध में, आधुनिक ईंधन का एक प्रोटोटाइप विकसित किया गया था, जिसका उपयोग आज भी किया जाता है।

RD-170 रॉकेट इंजन तरल ईंधन और ऑक्सीडाइज़र पर चलता है।

तरल रॉकेट इंजन के.ई. का आविष्कार हैं। त्सोल्कोव्स्की, जिन्होंने उन्हें 1903 में एक अंतरिक्ष रॉकेट के लिए एक बिजली इकाई के रूप में प्रस्तावित किया था। 1920 के दशक में, संयुक्त राज्य अमेरिका में रॉकेट इंजन के निर्माण पर काम शुरू हुआ, 1930 के दशक में - यूएसएसआर में। द्वितीय विश्व युद्ध की शुरुआत से पहले ही, पहले प्रायोगिक नमूने बनाए गए थे, और इसके अंत के बाद, एलआरई का बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू हुआ। इनका उपयोग सैन्य उद्योग में बैलिस्टिक मिसाइलों से लैस करने के लिए किया जाता था। 1957 में, मानव जाति के इतिहास में पहली बार, एक सोवियत कृत्रिम उपग्रह लॉन्च किया गया था। इसे लॉन्च करने के लिए रूसी रेलवे से लैस रॉकेट का इस्तेमाल किया गया।

रासायनिक रॉकेट इंजनों के संचालन का उपकरण और सिद्धांत

एक ठोस प्रणोदक इंजन के शरीर में एकत्रीकरण की ठोस अवस्था में ईंधन और एक ऑक्सीडाइज़र होता है, और ईंधन कंटेनर एक दहन कक्ष भी होता है। ईंधन आमतौर पर एक केंद्रीय छेद वाली छड़ के रूप में होता है। ऑक्सीकरण प्रक्रिया के दौरान, छड़ केंद्र से परिधि तक जलना शुरू कर देती है, और दहन के परिणामस्वरूप प्राप्त गैसें नोजल के माध्यम से बाहर निकलती हैं, जिससे जोर बनता है। यह सभी रॉकेट इंजनों में सबसे सरल डिज़ाइन है।

तरल प्रणोदक इंजनों में, ईंधन और ऑक्सीडाइज़र दो अलग-अलग टैंकों में एकत्रीकरण की तरल अवस्था में होते हैं। आपूर्ति चैनलों के माध्यम से, वे दहन कक्ष में प्रवेश करते हैं, जहां वे मिश्रित होते हैं और दहन प्रक्रिया होती है। दहन उत्पाद नोजल के माध्यम से बाहर निकलते हैं, जिससे जोर बनता है। तरल ऑक्सीजन का उपयोग आमतौर पर ऑक्सीडाइज़र के रूप में किया जाता है, और ईंधन अलग हो सकता है: केरोसिन, तरल हाइड्रोजन, आदि।

रासायनिक आरडी के फायदे और नुकसान, उनका दायरा

ठोस प्रणोदक आरडी के लाभ हैं:

डिजाइन की सादगी;
पारिस्थितिकी की दृष्टि से तुलनात्मक सुरक्षा;
कम कीमत;
विश्वसनीयता.

आरडीटीटी के नुकसान:

परिचालन समय पर सीमा: ईंधन बहुत जल्दी जल जाता है;
इंजन को पुनः आरंभ करने, उसे रोकने और कर्षण को विनियमित करने की असंभवता;
2000-3000 मीटर/सेकेंड के भीतर छोटा विशिष्ट गुरुत्व।

ठोस प्रणोदक रॉकेट मोटर्स के पेशेवरों और विपक्षों का विश्लेषण करते हुए, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि उनका उपयोग केवल उन मामलों में उचित है जहां एक मध्यम शक्ति बिजली इकाई की आवश्यकता होती है, जो काफी सस्ती और लागू करने में आसान है। उनके उपयोग का दायरा बैलिस्टिक, मौसम संबंधी मिसाइलें, MANPADS, साथ ही अंतरिक्ष रॉकेट के साइड बूस्टर हैं (वे अमेरिकी मिसाइलों से लैस हैं, उनका उपयोग सोवियत और रूसी मिसाइलों में नहीं किया गया था)।

लिक्विड आरडी के लाभ:

उच्च विशिष्ट आवेग (लगभग 4500 मीटर/सेकेंड और अधिक);
कर्षण को नियंत्रित करने, इंजन को रोकने और पुनः आरंभ करने की क्षमता;
हल्का वजन और सघनता, जो बड़े बहु-टन भार को भी कक्षा में लॉन्च करना संभव बनाता है।

एलआरई नुकसान:

जटिल डिजाइन और कमीशनिंग;
भारहीन परिस्थितियों में, टैंकों में तरल पदार्थ बेतरतीब ढंग से घूम सकते हैं। इनके जमाव के लिए ऊर्जा के अतिरिक्त स्रोतों का उपयोग करना आवश्यक है।

एलआरई का दायरा मुख्य रूप से अंतरिक्ष विज्ञान है, क्योंकि ये इंजन सैन्य उद्देश्यों के लिए बहुत महंगे हैं।

इस तथ्य के बावजूद कि अब तक रासायनिक रॉकेट इंजन ही बाहरी अंतरिक्ष में रॉकेट के प्रक्षेपण को सुनिश्चित करने में सक्षम हैं, उनका आगे सुधार व्यावहारिक रूप से असंभव है। वैज्ञानिक और डिजाइनर आश्वस्त हैं कि उनकी क्षमताओं की सीमा पहले ही पहुंच चुकी है, और उच्च विशिष्ट आवेग के साथ अधिक शक्तिशाली इकाइयों को प्राप्त करने के लिए ऊर्जा के अन्य स्रोतों की आवश्यकता है।

परमाणु रॉकेट इंजन (एनआरई)

इस प्रकार की आरडी, रासायनिक आरडी के विपरीत, ईंधन जलाने से नहीं, बल्कि परमाणु प्रतिक्रियाओं की ऊर्जा के साथ काम कर रहे तरल पदार्थ को गर्म करने से ऊर्जा उत्पन्न करती है। एनआरई समस्थानिक, थर्मोन्यूक्लियर और परमाणु हैं।

सृष्टि का इतिहास

एनआरई के संचालन का डिज़ाइन और सिद्धांत 50 के दशक में विकसित किया गया था। पहले से ही 70 के दशक में, यूएसएसआर और यूएसए में प्रायोगिक नमूने तैयार थे, जिनका सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया था। 3.6 टन के थ्रस्ट वाले ठोस-चरण सोवियत आरडी-0410 इंजन का परीक्षण बेंच बेस पर किया गया था, और चंद्र कार्यक्रम के प्रायोजन को रोकने से पहले अमेरिकी एनईआरवीए रिएक्टर को सैटर्न वी रॉकेट पर स्थापित किया जाना था। समानांतर में, गैस-चरण एनआरई के निर्माण पर भी काम किया गया। अब परमाणु रॉकेट इंजन के विकास के लिए वैज्ञानिक कार्यक्रम हैं, अंतरिक्ष स्टेशनों पर प्रयोग किए जा रहे हैं।

इस प्रकार, परमाणु रॉकेट इंजन के पहले से ही कार्यशील मॉडल मौजूद हैं, लेकिन अभी तक उनमें से किसी का भी प्रयोगशालाओं या वैज्ञानिक ठिकानों के बाहर उपयोग नहीं किया गया है। ऐसे इंजनों की क्षमता काफी अधिक है, लेकिन उनके उपयोग से जुड़ा जोखिम भी काफी है, इसलिए फिलहाल वे केवल परियोजनाओं में ही मौजूद हैं।

उपकरण और संचालन का सिद्धांत

परमाणु ईंधन के एकत्रीकरण की स्थिति के आधार पर, परमाणु रॉकेट इंजन गैस-, तरल- और ठोस-चरण वाले होते हैं। ठोस-चरण एनआरई में ईंधन ईंधन छड़ें हैं, परमाणु रिएक्टरों के समान। वे इंजन हाउसिंग में स्थित होते हैं और विखंडनीय सामग्री के क्षय की प्रक्रिया में वे तापीय ऊर्जा छोड़ते हैं। कार्यशील द्रव - गैसीय हाइड्रोजन या अमोनिया - ईंधन तत्व के संपर्क में, ऊर्जा को अवशोषित करता है और गर्म होता है, मात्रा में बढ़ता है और सिकुड़ता है, जिसके बाद यह उच्च दबाव में नोजल के माध्यम से बाहर निकलता है।

तरल-चरण एनआरई के संचालन का सिद्धांत और इसका डिज़ाइन ठोस-चरण वाले के समान है, केवल ईंधन तरल अवस्था में होता है, जिससे तापमान बढ़ाना संभव हो जाता है, और इसलिए जोर।

गैस-चरण एनआरई गैसीय अवस्था में ईंधन पर काम करते हैं। वे आमतौर पर यूरेनियम का उपयोग करते हैं। गैसीय ईंधन को विद्युत क्षेत्र द्वारा शरीर में रखा जा सकता है या इसे एक सीलबंद पारदर्शी फ्लास्क - एक परमाणु लैंप में रखा जा सकता है। पहले मामले में, ईंधन के साथ काम कर रहे तरल पदार्थ का संपर्क होता है, साथ ही बाद का आंशिक रिसाव भी होता है, इसलिए, ईंधन के थोक के अलावा, इंजन में आवधिक पुनःपूर्ति के लिए अपना रिजर्व होना चाहिए। परमाणु लैंप के मामले में, कोई रिसाव नहीं होता है, और ईंधन काम कर रहे तरल पदार्थ के प्रवाह से पूरी तरह से अलग हो जाता है।

यार्ड के फायदे और नुकसान

परमाणु रॉकेट इंजनों का रासायनिक इंजनों की तुलना में बहुत बड़ा लाभ है - यह एक उच्च विशिष्ट आवेग है। ठोस-चरण मॉडल के लिए, इसका मान 8000-9000 m/s है, तरल-चरण मॉडल के लिए यह 14000 m/s है, गैस-चरण मॉडल के लिए यह 30000 m/s है। हालाँकि, उनके उपयोग से रेडियोधर्मी उत्सर्जन के साथ वातावरण का प्रदूषण होता है। अब एक सुरक्षित, पर्यावरण के अनुकूल और कुशल परमाणु इंजन बनाने पर काम चल रहा है, और इस भूमिका के लिए मुख्य "उम्मीदवार" एक परमाणु लैंप के साथ एक गैस-चरण एनआरई है, जहां रेडियोधर्मी पदार्थ एक सीलबंद फ्लास्क में होता है और बाहर नहीं जाता है जेट लौ के साथ.

इलेक्ट्रिक रॉकेट इंजन (ईपी)

रासायनिक रॉकेट इंजन का एक अन्य संभावित प्रतियोगी विद्युत ऊर्जा द्वारा संचालित इलेक्ट्रिक रॉकेट इंजन है। ईआरडी इलेक्ट्रोथर्मल, इलेक्ट्रोस्टैटिक, इलेक्ट्रोमैग्नेटिक या स्पंदित हो सकता है।

सृष्टि का इतिहास

पहला ईजेई 30 के दशक में सोवियत डिजाइनर वी.पी. द्वारा डिजाइन किया गया था। ग्लुश्को, हालाँकि ऐसा इंजन बनाने का विचार बीसवीं सदी की शुरुआत में सामने आया था। 60 के दशक में, यूएसएसआर और यूएसए के वैज्ञानिक सक्रिय रूप से एक विद्युत प्रणोदन प्रणाली के निर्माण पर काम कर रहे थे, और पहले से ही 70 के दशक में, पहले नमूनों का उपयोग अंतरिक्ष यान में नियंत्रण इंजन के रूप में किया जाने लगा।

उपकरण और संचालन का सिद्धांत

एक विद्युत प्रणोदन प्रणाली में ईजेई ही शामिल होता है, जिसकी संरचना उसके प्रकार, कार्यशील तरल पदार्थ की आपूर्ति प्रणाली, नियंत्रण और बिजली आपूर्ति पर निर्भर करती है। इलेक्ट्रोथर्मल आरडी हीटिंग तत्व या इलेक्ट्रिक आर्क में उत्पन्न गर्मी के कारण कार्यशील तरल पदार्थ के प्रवाह को गर्म करता है। हीलियम, अमोनिया, हाइड्राज़ीन, नाइट्रोजन और अन्य अक्रिय गैसें, कम अक्सर हाइड्रोजन, का उपयोग कार्यशील तरल पदार्थ के रूप में किया जाता है।

इलेक्ट्रोस्टैटिक आरडी को कोलाइडल, आयनिक और प्लाज्मा में विभाजित किया गया है। उनमें कार्यशील द्रव के आवेशित कण विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित हो जाते हैं। कोलाइडल या आयनिक आरडी में, गैस आयनीकरण एक आयनाइज़र, एक उच्च आवृत्ति विद्युत क्षेत्र, या एक गैस-डिस्चार्ज कक्ष द्वारा प्रदान किया जाता है। प्लाज्मा आरडी में, कार्यशील तरल पदार्थ, क्सीनन, एक अक्रिय गैस, एक कुंडलाकार एनोड से होकर गुजरती है और एक क्षतिपूर्ति कैथोड के साथ गैस-डिस्चार्ज कक्ष में प्रवेश करती है। उच्च वोल्टेज पर, एनोड और कैथोड के बीच एक चिंगारी प्रज्वलित होती है, जो गैस को आयनित करती है, जिसके परिणामस्वरूप प्लाज्मा बनता है। धनात्मक रूप से आवेशित आयन तेज़ गति से नोजल के माध्यम से बाहर निकलते हैं, जो विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरण के कारण प्राप्त होता है, और इलेक्ट्रॉनों को एक क्षतिपूर्ति कैथोड द्वारा बाहर लाया जाता है।

विद्युतचुंबकीय आरडी का अपना चुंबकीय क्षेत्र होता है - बाहरी या आंतरिक, जो कार्यशील द्रव के आवेशित कणों को गति देता है।

आवेग आरडी विद्युत निर्वहन की कार्रवाई के तहत ठोस ईंधन के वाष्पीकरण के कारण काम करता है।

ईआरडी के फायदे और नुकसान, उपयोग का दायरा

ईआरडी के फायदों में:

उच्च विशिष्ट आवेग, जिसकी ऊपरी सीमा व्यावहारिक रूप से असीमित है;
कम ईंधन खपत (कार्यशील तरल पदार्थ)।

कमियां:

बिजली की खपत का उच्च स्तर;
डिज़ाइन जटिलता;
थोड़ा कर्षण.

आज तक, ईआरई का उपयोग अंतरिक्ष उपग्रहों पर उनकी स्थापना तक ही सीमित है, और सौर बैटरी का उपयोग उनके लिए बिजली के स्रोत के रूप में किया जाता है। साथ ही, ये इंजन ही वे बिजली संयंत्र बन सकते हैं जो अंतरिक्ष का पता लगाना संभव बनाएंगे, इसलिए, कई देशों में उनके नए मॉडल के निर्माण पर सक्रिय रूप से काम किया जा रहा है। यह ये बिजली संयंत्र थे जिनका उल्लेख विज्ञान कथा लेखकों ने अंतरिक्ष की विजय के लिए समर्पित अपने कार्यों में सबसे अधिक बार किया है, इन्हें विज्ञान कथा फिल्मों में भी पाया जा सकता है। अब तक, यह ईआरडी ही है जो आशा है कि लोग अभी भी सितारों की यात्रा कर सकेंगे।

अनेक धातुएँ।

हमने जो बातचीत शुरू की थी, उसे जारी रखते हुए हम सीखते हैं इलेक्ट्रिक जेट इंजन क्या है, इसके संचालन और दायरे के सिद्धांत क्या हैं, और यहां तक कि इस सवाल का जवाब भी मिलेगा कि क्या निकट भविष्य में उड़ान भरना संभव है ...

आरंभ करने के लिए, आइए वापस चलते हैं धातुओं का सदमा विस्फोट. इस प्रक्रिया के लिए सबसे महत्वपूर्ण शर्त धातु की गति है।

यदि यूरेनियम के लिए क्रांतिक वेग 1,500 मीटर/सेकंड है, तो लोहे के लिए यह 4,000 मीटर/सेकेंड से अधिक है।

अत: इतनी या उससे भी अधिक गति से पृथ्वी पर गिरने वाले कुछ उल्कापिंडों का कोई निशान नहीं बचता। वे सबसे पतले हो जाते हैं...

इस विशेषता को 1929 में हमारे इंजनों और रॉकेटों के प्रसिद्ध निर्माता, वैलेन्टिन पेट्रोविच ग्लुश्को ने देखा था।

फोटो 1. शिक्षाविद वैलेन्टिन पेट्रोविच ग्लुश्को

उन्होंने दिलचस्प शीर्षक "धातु एक विस्फोटक के रूप में" के तहत एक लेख लिखा।

इसकी पहली पंक्तियों में, लेखक ने कहा कि यह धातु को विस्फोटक के रूप में उपयोग करने के बारे में नहीं होगा, बल्कि इस तथ्य के बारे में होगा कि जब धातु के तार के माध्यम से विद्युत प्रवाह की पर्याप्त मजबूत नाड़ी पारित की जाती है, तो विस्फोट हो सकता है।

तापमान 300,000 डिग्री तक बढ़ जाता है। ऐसे विस्फोट की ऊर्जा तार के द्रव्यमान के बराबर मात्रा में लिए गए सबसे शक्तिशाली विस्फोटक के विस्फोट की ऊर्जा से कई गुना अधिक होती है।

इस मामले में, ऊर्जा स्वयं उस वर्तमान नाड़ी की ऊर्जा से अधिक है जो इसे उत्पन्न करती है।

इलेक्ट्रिक जेट इंजन

ऐसे विस्फोट की ऊर्जा का उपयोग वी.पी. द्वारा किया गया था। लघु रूप में ग्लुश्को इलेक्ट्रिक जेट इंजन (ईपी) 1930 के दशक की शुरुआत में विकसित हुआ।

इंजन आपके हाथ की हथेली में आसानी से फिट हो जाता है।

इसमें एक धातु का तार डाला गया और विद्युत आवेगों को लागू किया गया, जिससे यह भाप में बदल गया।

फोटो 2. इलेक्ट्रिक जेट इंजन (ईपी) वी.पी. द्वारा बनाया गया। 1929-1933 में ग्लुश्को

यह भाप एक विशेष नोजल के माध्यम से कई दसियों हज़ार मीटर प्रति सेकंड की गति से निकलती थी।

4 महीनों में 30 किमी/सेकेंड की गति हासिल करने के लिए, इंजन को बिजली की खपत करनी होगी...300 वाट।

इतना नहीं, लोहे की शक्ति से 3 गुना कम! लेकिन लोहे में एक आउटलेट होता है, लेकिन मुझे आउटलेट कहां मिल सकता है?

विद्युत प्रणोदन इंजन से सुसज्जित रॉकेट के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में, वी.पी. ग्लुशको ने फोटोकल्स का उपयोग करने का सुझाव दिया।

ऐसे इंजनों से लैस रॉकेट अपने आप अंतरिक्ष में नहीं जा सकता। प्रारंभ करने के लिए एक अलग इंजन का उपयोग किया जाना चाहिए।

लेकिन बाहरी अंतरिक्ष में प्रवेश करने के बाद, विद्युत प्रणोदन इंजन से लैस एक "सौर" रॉकेट, कुछ ही दिनों में ऐसी गति पकड़ सकता है जो किसी भी अन्य प्रकार के रॉकेट के लिए दुर्गम है।

लाल ग्रह पर अंतरिक्ष यात्रियों को उतारने की रूसी परियोजना में वर्तमान में मंगल ग्रह की उड़ान के लिए एक समान योजना पर विचार किया जा रहा है।