Хайлуулах пуужингийн хөдөлгүүрийн ард сансар судлалын шинэ эрин үе

2024 Зохиолч: Seth Attwood | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-16 16:12

НАСА болон Элон Маск нар Ангараг гарагийг мөрөөдөж байгаа бөгөөд хүнтэй гүний сансрын нислэгүүд удахгүй биелэх болно. Та гайхах байх, гэхдээ орчин үеийн пуужингууд өнгөрсөн үеийн пуужингаас арай хурдан нисдэг.

Хурдан сансрын хөлөг нь янз бүрийн шалтгааны улмаас илүү тохиромжтой бөгөөд хурдасгах хамгийн сайн арга бол цөмийн эрчим хүчээр ажилладаг пуужингууд юм. Тэд ердийн түлшээр ажилладаг пуужин эсвэл нарны эрчим хүчээр ажилладаг орчин үеийн цахилгаан пуужингуудаас олон давуу талтай ч сүүлийн 40 жилийн хугацаанд АНУ ердөө найман цөмийн пуужин хөөргөжээ.

Гэсэн хэдий ч өнгөрсөн онд цөмийн сансарт аялахтай холбоотой хуулиудад өөрчлөлт орж, дараагийн үеийн пуужингийн ажил хэдийнэ эхэлжээ.

Яагаад хурд хэрэгтэй вэ?

Сансарт хийх аливаа нислэгийн эхний шатанд хөөргөх төхөөрөмж шаардлагатай байдаг - энэ нь хөлөг онгоцыг тойрог замд хүргэдэг. Эдгээр том хөдөлгүүрүүд нь шатамхай түлшээр ажилладаг бөгөөд ихэвчлэн пуужин хөөргөхөд зориулагдсан байдаг. Тэд таталцлын хүч шиг хаашаа ч явахгүй.

Гэвч хөлөг сансарт ороход бүх зүйл илүү сонирхолтой болдог. Дэлхийн таталцлыг даван туулж, гүн гүнзгий сансарт орохын тулд хөлөг онгоцонд нэмэлт хурдатгал хэрэгтэй. Эндээс л цөмийн системүүд гарч ирдэг. Хэрэв сансрын нисэгчид Сарны гадна, эсвэл Ангараг гаригаас цааш ямар нэгэн зүйлийг судлахыг хүсвэл яарах хэрэгтэй болно. Сансар огторгуй асар том бөгөөд зай нь нэлээд том юм.

Хурдан пуужингууд яагаад холын зайн сансарт аялахад илүү тохиромжтой байдаг нь аюулгүй байдал, цаг хугацаа гэсэн хоёр шалтгаантай.

Ангараг гариг руу явах замдаа сансрын нисэгчид хорт хавдар, үргүйдэл зэрэг эрүүл мэндийн ноцтой асуудлуудаар дүүрэн цацрагийн маш өндөр түвшинтэй тулгардаг. Цацрагийн хамгаалалт нь тусалж чадна, гэхдээ энэ нь маш хүнд бөгөөд даалгавар удаан байх тусам илүү хүчтэй хамгаалалт хэрэгтэй болно. Тиймээс цацрагийн тунг бууруулах хамгийн сайн арга бол зорьсон газартаа хурдан хүрэх явдал юм.

Гэхдээ багийн аюулгүй байдал нь цорын ганц давуу тал биш юм. Бид хэдий чинээ хол зайд нислэг төлөвлөнө төдий чинээ хурдан нисгэгчгүй нислэгийн мэдээлэл хэрэгтэй болно. Вояжер 2 Далай ван гаригт хүрэхийн тулд 12 жил зарцуулсан бөгөөд тэр нисч явахдаа гайхалтай зургуудыг даржээ. Хэрэв Вояжер илүү хүчирхэг хөдөлгүүртэй байсан бол эдгээр гэрэл зураг, өгөгдөл нь одон орон судлаачдад хамаагүй эрт гарч ирэх байсан.

Тиймээс хурд нь давуу тал болно. Гэхдээ яагаад цөмийн системүүд илүү хурдан байдаг вэ?

Өнөөгийн системүүд

Таталцлын хүчийг даван туулсны дараа хөлөг онгоц гурван чухал зүйлийг анхаарч үзэх ёстой.

түлхэлт- хөлөг онгоц ямар хурдатгал авах вэ.

Жингийн үр ашиг- өгөгдсөн хэмжээний түлшинд систем хэр их хүч гаргаж чадах вэ.

Тодорхой эрчим хүчний хэрэглээ- өгөгдсөн хэмжээний түлш хэр их энерги ялгаруулдаг.

Өнөөдөр хамгийн түгээмэл химийн хөдөлгүүрүүд нь ердийн түлшээр ажилладаг пуужин, нарны эрчим хүчээр ажилладаг цахилгаан пуужингууд юм.

Химийн хөдөлгүүрийн системүүд нь маш их түлхэц өгдөг, гэхдээ тийм ч үр ашигтай биш, пуужингийн түлш нь маш их эрчим хүч шаарддаггүй. Сансрын нисэгчдийг сар руу зөөвөрлөсөн Санчир 5 пуужин хөөрөхдөө 35 сая Ньютон хүч өгч, 950,000 галлон (4,318,787 литр) түлш зөөв. Үүний ихэнх нь пуужинг тойрог замд оруулахад зарцуулагдсан тул хязгаарлалтууд нь тодорхой байна: хаашаа ч явсан хүнд түлш хэрэгтэй.

Цахилгаан хөдөлгүүрийн системүүд нь нарны хавтангаас цахилгаан эрчим хүчийг ашиглан түлхэлт үүсгэдэг. Үүнд хүрэх хамгийн түгээмэл арга бол ионуудыг хурдасгах цахилгаан орон ашиглах явдал юм, жишээлбэл, Холл индукцийн түлхэгч шиг. Эдгээр төхөөрөмжийг хиймэл дагуулыг тэжээхэд ашигладаг бөгөөд жингийн үр ашиг нь химийн системээс тав дахин их байдаг. Гэхдээ үүнтэй зэрэгцэн тэд бага хүч өгдөг - ойролцоогоор 3 Ньютон. Энэ нь машиныг хоёр цаг хагасын дотор цагт 0-100 км хурдасгахад л хангалттай. Нар нь үндсэндээ энергийн ёроолгүй эх үүсвэр боловч хөлөг онгоц түүнээс холдох тусам ашиг тус нь багасна.

Цөмийн пуужингууд онцгой ирээдүйтэй байдгийн нэг шалтгаан нь тэдний эрчим хүчний гайхалтай эрчимтэй байдал юм. Цөмийн реакторуудад ашигладаг ураны түлш нь ердийн химийн пуужингийн түлш болох гидразинээс 4 сая дахин их энергитэй байдаг. Мөн хэдэн зуун мянган галлон түлшнээс илүү ураныг сансарт хүргэх нь хамаагүй хялбар юм.

Зүтгүүр, жингийн үр ашгийн талаар юу хэлэх вэ?

Цөмийн хоёр хувилбар

Сансрын аялалын хувьд инженерүүд хоёр үндсэн төрлийн цөмийн системийг боловсруулсан.

Эхнийх нь термоядролын хөдөлгүүр юм. Эдгээр системүүд нь маш хүчирхэг бөгөөд өндөр үр ашигтай байдаг. Тэд хийг (устөрөгч гэх мэт) халаахад цөмийн шумбагч онгоцнуудын нэгэн адил жижиг цөмийн задралын реакторыг ашигладаг. Дараа нь энэ хийг пуужингийн хошуугаар дамжуулан хурдасгаж, түлхэц өгдөг. НАСА-гийн инженерүүд термоядролын хөдөлгүүр ашиглан Ангараг гараг руу аялах нь химийн хөдөлгүүртэй пуужингаас 20-25%-иар хурдан болно гэж тооцоолжээ.

Fusion хөдөлгүүр нь химийн хөдөлгүүрээс хоёр дахин илүү үр ашигтай байдаг. Энэ нь ижил хэмжээний түлшээр хоёр дахин их хүч өгдөг гэсэн үг юм - 100,000 Ньютон хүртэл. Энэ нь машиныг секундэд дөрөвний нэг орчим цагт 100 км хурдлахад хангалттай юм.

Хоёр дахь систем нь цөмийн цахилгаан пуужингийн хөдөлгүүр (NEPE) юм. Эдгээрийн аль нь ч хараахан бүтээгдээгүй байгаа ч цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхийн тулд хүчирхэг задралын реактор ашиглах санаа нь Холл мотор шиг цахилгаан хөдөлгүүрийн системийг тэжээх болно. Энэ нь маш үр дүнтэй байх болно - хайлуулах хөдөлгүүрээс гурав дахин илүү үр ашигтай. Цөмийн реакторын хүч асар их тул хэд хэдэн тусдаа цахилгаан мотор нэгэн зэрэг ажиллах боломжтой бөгөөд түлхэлт нь хатуу болж хувирна.

Цөмийн пуужингийн мотор нь хэт холын зайн нислэгийн хувьд хамгийн сайн сонголт байж магадгүй: тэд нарны эрчим хүч шаарддаггүй, маш үр ашигтай бөгөөд харьцангуй өндөр хүчийг өгдөг. Гэвч тэдний ирээдүйтэй шинж чанараас үл хамааран цөмийн эрчим хүчний хөдөлгүүрийн систем нь ашиглалтад орохоос өмнө шийдвэрлэх шаардлагатай техникийн олон асуудалтай хэвээр байна.

Яагаад одоо болтол цөмийн пуужин байхгүй байна вэ?

Термоядролын хөдөлгүүрийг 1960-аад оноос судалж эхэлсэн ч одоог хүртэл сансарт нисээгүй байна.

1970-аад оны дүрмийн дагуу цөмийн сансрын төсөл бүрийг тусад нь авч үздэг байсан бөгөөд төрийн хэд хэдэн агентлаг болон ерөнхийлөгч өөрөө зөвшөөрөл авалгүйгээр цааш явах боломжгүй байв. Цөмийн пуужингийн системийн судалгаанд санхүүжилт дутмаг байгаа нь сансарт ашиглах цөмийн реакторыг цаашид хөгжүүлэхэд саад болж байна.

Гэвч 2019 оны наймдугаар сард Трампын засаг захиргаа ерөнхийлөгчийн санамж бичиг гаргаснаар бүх зүйл өөрчлөгдсөн. Цөмийн хөөргөлтийн аюулгүй байдлыг дээд зэргээр хангахыг шаардсан ч шинэ удирдамж нь агентлаг хоорондын нарийн төвөгтэй зөвшөөрөлгүйгээр бага хэмжээний цацраг идэвхт бодис агуулсан цөмийн нислэг үйлдэхийг зөвшөөрдөг хэвээр байна. НАСА гэх мэт ивээн тэтгэгч агентлагийн баталгаажуулалт нь аюулгүй байдлын зөвлөмжийг дагаж мөрдөхөд хангалттай. Томоохон цөмийн илгээлтүүд өмнөхтэй адил журмаар явагддаг.

Энэхүү дүрмийн өөрчлөлттэй зэрэгцэн НАСА 2019 оны төсвөөс термоядролын хөдөлгүүр бүтээхэд зориулж 100 сая доллар авсан байна. Батлан хамгаалахын дэвшилтэт судалгааны төслүүдийн агентлаг нь дэлхийн тойрог замаас цааш үндэсний аюулгүй байдлын үйл ажиллагаанд зориулж термоядролын сансрын хөдөлгүүр бүтээж байна.

60 жил зогсонги байдалд орсны дараа арван жилийн дотор цөмийн пуужин сансарт нисч магадгүй. Энэхүү гайхалтай амжилт нь сансар судлалын шинэ эрин үеийг эхлүүлэх болно. Хүн Ангараг гариг руу явах бөгөөд шинжлэх ухааны туршилтууд нь нарны аймаг даяар болон түүнээс цааш шинэ нээлтүүдийг хийх болно.