Прямой привод Fusion Drive - Direct Fusion Drive

Один вращающийся импульс магнитного поля принстонской конфигурации с обращенным полем (PFRC 2 ) устройство во время тестирования

Прямой привод Fusion Drive (DFD) представляет собой концептуально низкую радиоактивность, ядерный синтез ракетный двигатель предназначен для производства как толчок и электроэнергия для межпланетных космических кораблей. Концепция основана на Принстонский реактор с обращенной конфигурацией поля изобретен в 2002 году Сэмюэлем А. Коэном и моделируется и экспериментально тестируется в Принстонская лаборатория физики плазмы, объект Министерства энергетики США, смоделированный и оцененный Princeton Satellite Systems. С 2018 года концепция перешла в Фазу II.[требуется разъяснение ] для дальнейшего продвижения дизайна.

Принцип

Прямой термоядерный двигатель (DFD) - это концептуальный двигатель космического корабля, работающий на термоядерном синтезе, названный так за его способность создавать тягу от термоядерного синтеза без прохождения промежуточного этапа выработки электроэнергии. В DFD используется новая система магнитного удержания и нагрева, работающая на смеси гелий-3 (He-3) и дейтерий (D) для создания высокой удельной мощности, переменной тяги и удельного импульса, а также двигательной системы космического корабля с низким уровнем излучения.[1] Fusion происходит, когда атомные ядра, состоящий из одного вида в горячем (100 кэВ или 1,120,000,00 К) плазма, набор электрически заряженных частиц, который включает электроны и ионы, соединяются (или предохранитель ) вместе, высвобождая огромное количество энергии. В системе DFD плазма удерживается в магнитном поле типа тора внутри линейной соленоидальной катушки и нагревается вращающимся магнитным полем до температур термоядерного синтеза.[1] Тормозное и синхротронное излучение, испускаемое плазмой, улавливается и преобразуется в электричество для связи, удержания космического корабля и поддержания температуры плазмы.[2] В этой конструкции используется специальная форма радиоволны (RF) «антенна» для нагрева плазмы.[3] В конструкцию также входит аккумуляторная батарея или дейтерий - кислородная вспомогательная силовая установка для запуска или перезапуска DFD.[1]

Захваченная излучаемая энергия нагревает до 1500 К (1230 ° C; 2240 ° F) жидкость He-Xe, которая течет за пределы плазмы в борсодержащей структуре. Эта энергия проходит через замкнутый контур Цикл Брайтона генератор, чтобы преобразовать его в электричество для использования в питании катушек, питании RF-нагревателя, зарядке батареи, связи и функциях поддержания станции.[1] Добавление топлива в краевой поток плазмы приводит к изменению толчок и удельный импульс, когда направляется и ускоряется через магнитное сопло; этот поток количества движения мимо сопла преимущественно переносится ионы поскольку они расширяются через магнитное сопло и за его пределы и, таким образом, функционируют как ионный двигатель.[1]

Развитие

Строительство экспериментального исследовательского устройства и большая часть его первых операций были профинансированы Министерством энергетики США. Недавние исследования - Фаза I и Фаза II - финансируются Институт передовых концепций НАСА (NIAC) программа.[3] С 2001 по 2008 год была опубликована серия статей по этой концепции; первые экспериментальные результаты были представлены в 2007 году. Начиная с 2012 года, были опубликованы многочисленные исследования полетов космических аппаратов (фаза I). В 2017 году группа сообщила, что «исследования нагрева электронов с помощью этого метода превзошли теоретические предсказания, а эксперименты по измерению нагрева ионов в машине второго поколения продолжаются ».[1] С 2018 года концепция перешла в Фазу II для дальнейшего развития дизайна.[4][5] Полноразмерный блок имел бы диаметр около 2 м и длину 10 м.[6]

Стефани Томас - вице-президент Princeton Satellite Systems, а также главный исследователь в области Direct Fusion Drive.[7]

Прогнозируемая производительность

Анализы показывают, что Direct Fusion Drive будет производить от 5 до 10 Ньютоны[1] тяга за каждый МВт генерируемой термоядерной энергии,[5] с удельный импульс (Язр) около 10 000 секунд и 200 кВт доступной электрической мощности.[4] Приблизительно 35% мощности термоядерного синтеза идет на тягу, 30% - на электроэнергию, 25% теряется на тепло и 10% рециркулируется для высокочастотного нагрева.[1]

Моделирование показывает, что эта технология потенциально может привести космический корабль массой около 1000 кг (2200 фунтов) к Плутон через 4 года.[4] Поскольку DFD обеспечивает мощность, а также движущую силу в одном интегрированном устройстве, он также будет обеспечивать до 2 МВт мощности для полезных нагрузок по прибытии, расширяя возможности выбора инструментов. лазерная / оптическая связь,[1][4] и даже передавать до 50 кВт мощности с орбитального аппарата на посадочный модуль через лазер луч, работающий на длине волны 1080 нм.[1]

Разработчики считают, что эта технология может радикально расширить научные возможности планетарных миссий.[4] Эта технология двойной мощности / тяги была предложена для использования на Плутон орбитальный аппарат и посадочный модуль,[1][4] а также интеграция на Космический корабль Орион перевезти пилотируемая миссия на Марс за относительно короткое время[8][9] (4 месяца вместо 9 при нынешних технологиях).[6]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c d е ж г час я j k Орбитальный аппарат "Плутон" и посадочный модуль с поддержкой термоядерного синтеза - Заключительный отчет по фазе I. (PDF) Стефани Томас, Princeton Satellite Systems. 2017 г.
  2. ^ [1]. Йосеф С. Разин, Гэри Паджер, Мэри Бретон, Эрик Хэм, Джозеф Мюллер, Майкл Палушек, Алан Х. Глассер, Сэмюэл А. Коэн. Acta Astronautica. Том 105, выпуск 1, декабрь 2014 г., страницы 145-155. Дои:10.1016 / j.actaastro.2014.08.008.
  3. ^ а б Диаграмма Direct Fusion Drive Quad. Princeton Satellite Systems. Доступ: 18 июля 2018 г.
  4. ^ а б c d е ж Холл, Лора (5 апреля 2017 г.). "Орбитальный аппарат" Плутон "и посадочный модуль с поддержкой термоядерного синтеза. НАСА. Получено 14 июля, 2018.
  5. ^ а б Ядерный двигатель и двигатель будущего - моделирование тяги прямого термоядерного двигателя. Стефани Дж. Томас, Майкл Палушек, Сэмюэл А. Коэн, Александр Глассер. Совместная двигательная конференция 2018, Цинциннати, Огайо. Дои:10.2514/6.2018-4769
  6. ^ а б Как Direct Fusion Drive (DFD) революционизирует космические путешествия. Заин Хусейн, Коричневый. 1 октября 2016 г.
  7. ^ Техническая анимация Direct Fusion Drive. Princeton Satellite Systems. По состоянию на 18 июля 2018 г.
  8. ^ Прямой полет Fusion на Марс - разговор FISO. Princeton Satellite Systems. 8 августа 2013 г. Дата обращения: 18 июля 2018 г.
  9. ^ Собираетесь на Марс с помощью Fusion Power? Может быть. Майкл Д. Лемоник, Время. 11 сентября 2013 г.

внешние ссылки