Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
§ 10. Классификации двигательных систем
В заключение нашего краткого обзора космических двигательных систем мы приведем сводную таблицу (табл. 1) всех типов двигателей, составленную на основе цитированных выше источников. Технические подробности, описания уже существующих и разрабатываемых двигателей читатель найдет в специальных книгах [1.8, 1.9, 1.18, 1.33].
С точки зрения механики космического полета и методов математического исследования все двигательные системы могут быть § 10. КЛАССИФИКАЦИИ ДВИГАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
49
разбиты на три категории [1.9], группирующие классы, указанные в табл. 1.
К первой категории относятся все тепловые двигатели (термохимические, ядерные, гелиотермический, лазерный). Они характеризуются тем, что скорости истечения не могут превосходить некоторого предела; этот предел определяется верхней температурой, которую еще могут выдержать стенки камеры без того, чтобы двигатель разрушился. Такие системы могут быть названы двигательными системами с ограниченной скоростью истечения.
Ко второй категории относятся электрические двигательные системы, которые характерны наличием отдельного источника энергии, определяющего их эффективность. Они называются системами ограниченной мощности.
Наконец, к третьей категории относятся парусные системы, эффект действия которых определяется размерами паруса, а следовательно, максимально возможной тягой. Такие системы называют системами с ограниченной тягой.
Перечисленные названия категорий систем указывают на те главные ограничения, которые должны быть учтены при проектировании космической операции; от них зависит использование тех или иных математических методов решения задачи.
Обычно мы будем подразделять все типы двигателей на две группы, резко отличающиеся друг от друга по двум показателям: времени действия и величине реактивного ускорения.
Химические и ядерные двигатели с твердо-, жидко- и газофазным реакторами действуют (или будут действовать) в течение лишь нескольких минут, пока вследствие значительного секундного расхода массы не израсходуется запас рабочего тела. При этом создается реактивное ускорение, в несколько раз превышающее ускорение свободного падения g (g=9,8 м/с2), что позволяет совершить старт с земной поверхности. В исключительных случаях х) тяга может быть мала, но реактивное ускорение будет не ниже 10~2 g, а продолжительность действия не превысит несколько часов.
После окончания действия химического двигателя весь остальной полет, продолжающийся несколько десятков часов в направлении Луны и несколько месяцев в направлении ближайших планет, носит пассивный, баллистический характер, напоминая полет артиллерийского снаряда.
При этом активный участок траектории, на котором работает двигатель, имеет несколько сотен километров в длину, а пассивный участок — сотни тысяч (при полете к Луне) или сотни миллионов (при полете к планетам) километров. В конце активного участка космическому аппарату как бы сообщается толчок — импульс,
х) Например, в будущем — при старте с орбитальной станции (см. части IIl и IV). 50 ГЛ. 1. ДВИГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ
Таблица 1. Космические двигательные системы [1.8—1.27, 1.33]
Класс двигателей Тип двигателя Источник энергии Отбрасываемая среда или лучи
Термохимические ЖРД РДТТ На свободных радикалах Рабочее тело » » » » Газообразные продукты химической реакции
Ядерные (ЯРД) Твердофазный Жидкофазный Газофазный Пульсирующий Термоядерный Радиоизотопный Ядерное «горючее» » » » » Ядерные взрывы Синтез ядер Радиоактивный распад Диссоциированный газ То же » » Плазма Плазма Диссоциированный газ
Тепловые с внешним источником энер-иги Гел иотерми чески й Лазерный Солнце Наземная установка Диссоциированный газ Плазма
Электрические (ЭРД) Электротермический Электр остати че-• ский Магнитогидродина-мический Ядерный реактор, > Солнце или химическая батар я Плазма » »
Парусные Солнечный парус Изотопный парус Солнце Радиоактивный распад Фотоны Альфа-частицы
Фотонный Аннигиляция Фотоны^ § 10. КЛАССИФИКАЦИИ ДВИГАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
51
Скорость истечения, км/с Сообщаемое ускорение, в единицах g = 9,8 м/с* Область использования и состояние разработки
в настоящее время в будущем
24-4,5 24-3 104-15 " І4-8; в режиме малой тяги • Ю-2_ї_Юа У Запуски спутников, полеты к Луне и планетам Лабораторные эксперименты Главным образом в орбитальных самолетах Лунные и межпланетные экспедиции
84-12 124-20 154-70 10 / 104-100 \ 10 ООО 84-12 I 14-8(?); в осо->бых случаях Ю-з-ИО1 (?) 10-*4-10-3(?) I 10-^4-10-2 { 10-І4-10» 10-54-10-а Наземные испытания 1 Лабораторные экс-> перименты Только идея I Теоретическая раз-I работка nJ Межорбитальные І транспортные аппа-> раты, лунные и меж-I планетные экспеди-) ции Межпланетные (межзвездные) зонды (?) Межпланетные экспедиции Межпланетные зонды (?)
44-8 10 10-34-10-2 1004-IO2 Теоретическая разработка Межпланетные зонды Выведение на низкие орбиты; разгонные орбитальные блоки
154-20 504-600 504-100 IO-4-IO-2 10-5^-Ю-з 10-5^-10-3 Коррекция орбит спутников, эксперименты в космосе Доставка грузов на стационарную орбиту и на Луну, межпланетные зонды и экспедиции
