Атомный ракетный двигатель

Рассматривается элементарный метод оценки характеристической скорости перелета аппарата малой тяги между круговыми орбитами. Сравнение полученных оценок с результатами численного моделирования полетов в гравитационном поле Земли демонстрирует их прекрасное согласование вплоть до окрестностей лунной орбиты. Показано, что гравитационные потери аппаратов малой тяги растут при увеличении высоты конечной орбиты, и в пределе более чем удваивают характеристическую скорость перелета по сравнению с аппаратами большой тяги.

 

SYNERJETICS GROUP Аппараты с электрореактивными двигателями малой тяги (ЭРД) рассматриваются в качестве перспективных кандидатов для межорбитальных перелетов, в том числе и в гравитационной сфере Земли. Предполагается, что вследствие значительно большего удельного импульса ЭРД по сравнению с удельным импульсом тепловых ракетных двигателей, использование двигателей малой тяги может привести к увеличению доли полезной нагрузки в стартовой массе межорбитального буксира.

SYNERJETICS GROUP является группой независимых экспертов, объединившихся для разработки концепции перспективной аэрокосмической экономически эффективной транспортной системы. //  www.synerjetics.ru

 

Таким образом, гравитационные потери, представляющие собой увеличение характеристической скорости перелета, возникают вследствие того, что разгон аппарата производится не в оптимальной для этой операции области гравитационного поля. Следовательно, при разгоне с использованием малой тяги доля гравитационных потерь в характеристической скорости, как и показано выше, растет по мере удаления финального участка орбиты от центра гравитации. В случае движения в гравитационном поле Земли потери еще не слишком значительны при перелете на стационарную орбиту (порядка 0.2 от характеристической скорости), однако уже при достижении окрестностей орбиты Луны они примерно на 2/3 увеличивают характеристическую скорость такого перелета по сравнению с импульсным.
Следует отметить, что при большой и/или умеренной тяге в межорбитальных полетах характеристическая скорость практически не отличается от случая импульсного перелета. Если же аппарат большой или умеренной тяги при возвращении тормозится в атмосфере Земли, то характеристическая скорость обратного перелета будет гораздо меньше, чем прямого. Аппарат малой тяги такой возможности лишен, так как у него обязательно должны быть очень большие крылья солнечных батарей или радиаторов-излучателей тепловой энергии ядерного реактора. При такой конструкции аппарата вход его в атмосферу исключен. Поэтому, суммарная характеристическая скорость перелета, например, с LEO в точку либрации и обратно для аппарата большой тяги с аэродинамическим торможением может составить около 5 км/с, а у аппарата малой тяги - не менее 13.3 - 13.5 км/с, то есть, примерно, в 2.7 раза больше.
При этом удельный импульс силовой установки большой и/или умеренной тяги может доходить до 12 - 17.5 км/с [8, 9], а с учетом разумного ограничения длительности транспортной операции аналогичный параметр силовой установки с ЭРД вряд ли превысит значения 30 - 50 км/с. Вследствие этого, выбор оптимальной силовой установки для межорбитального транспорта не так прост и очевиден, как могло бы показаться на первый взгляд.