Большая энциклопедия техники

Коллектив авторов

Гелиотермический ракетный двигатель

Гелиотермический ракетный двигатель – разновидность солнечных ракетных двигателей.

Использование энергии солнечных лучей в работе ракетных двигателей существенно повышает экономичность космических полетов. Ф. А. Цандер в своих работах упоминал о высокой эффективности применения солнечной энергии в ракетных двигателях. Большое внимание было уделено комбинированным установкам, сочетающим в себе принципы движения на основе солнечного паруса и гелиотермического ракетного двигателя. Фирма «Электро-Оптикол» экспериментально показала возможности высокотемпературных солнечных двигательных установок: удельный импульс, достигаемый в экспериментах, составлял около 8 км/с. Эта величина в два раза превышает показатели хороших химических ракетных двигателей при КПД преобразования

солнечной энергии в необходимую энтальпию газовой струи в 60%. К сожалению, не имеется экспериментального подтверждения некоторых вопросов, которые могут оказать существенное влияние на выходные характеристики двигательной установки. Например, как изменяются характеристики солнечного ракетного двигателя при невысокой точности ориентации на Солнце. Тем не менее теоретические наработки в области гелиотермических ракетных двигателей позволяют сделать заключение о перспективности дальнейших исследований в этом направлении. По расчетам ряда исследователей, гелиотермические ракетные двигатели возможно применять не только для перевода искусственных спутников Земли с низкой околоземной орбиты на синхронную, но и при межпланетных полетах. Гелиотермический, или солнечный тепловой, ракетный двигатель считается одной из простых моделей среди большого разнообразия ракетных двигателей.

Принцип действия основан на нагреве прямыми солнечными лучами рабочего тела, которое в результате поступает в высокотемпературный теплообменник. Разогрев рабочего тела осуществляется до температуры порядка 2500 °С, в результате чего происходит его вытекание в космическое пространство, создавая реактивную силу.

Внешним параметром, который может оказать очень сильное влияние на работу двигателя, является плотность потока энергии солнечного луча, которая, в свою очередь, зависит от непосредственного положения космического аппарата в пространстве и ориентации концентратора солнечного излучения. Прототип гелиотермического ракетного двигателя прекрасно показал себя во время испытаний на стендах.

Генератор изотопный

Генератор изотопный – устройство, вырабатывающее ток с помощью термоэлектрического преобразователя из тепла, которое выделяется при распаде радиоактивных изотопов. В изотопных генераторах используется топливный блок, который представляет собой объединенные герметические ампулы, изготовленные из тугоплавкого металла, в которые заключен изотоп. За счет теплопроводности или посредством излучения происходит передача теплоты от топливного блока к преобразователям. Чтобы избежать тепловых утечек, используется теплоизоляция, которая заполняет собой пространство между преобразователями. В качестве примера материала, используемого в качестве источника тепла, можно привести плутоний-238, относящийся к веществам, период полураспада которых может составлять десятки лет. Существуют более легкие, но и соответственно более короткоживущие изотопы, например полоний-210, церий-144. Срок службы изотопного генератора напрямую зависит от периода полураспада изотопа и срока эксплуатации преобразователей.

Выбор изотопа определяется задачами космического аппарата и возможностями по установке более мощной защиты. Ведь у каждого изотопа свои параметры излучения, и для плутония-238 требуется более легкая защита, нежели для излучателя типа стронций-90.

В изотопных генераторах применяются термоэлектрические преобразователи, которые изготовлены из высоколегированных соединений полупроводников, например кремния, германия и других.

Рабочие температуры превышают 1000 °C, а отвод тепла осуществляется с холодных спаев термоэлектрических преобразователей, у которых температура не превышает 500 °C.

В качестве перспективного направления рассматривается применение термоэмиссионных преобразователей, которые характеризуются более высокой рабочей температурой, порядка 1600 °C, что естественно повлечет за собой поиск и создание высокотемпературных изотопных соединений. Наиболее рациональным считается использование изотопных генераторов при требуемых электрических мощностях в сотни ватт, но не более 1 кВт, причем срок службы будет составлять несколько лет, но не более того. Изотопным генератором «Орион-1» массой около 8 кг и изотопом полоний-210 были оснащены советские искусственные спутники Земли серии «Космос», а точнее, два аппарата из этой серии: «Космос-84» и «Космос-90». Ресурс генератора составил около 220 суток при полезной мощности до 20 Вт.

Геодезический

искусственный спутник земли

Геодезический искусственный спутник Земли – искусственный спутник Земли, который выведен на околоземную орбиту для решения задач спутниковой геодезии и выступает в роли объекта наблюдения.

Для решения задач геодезии используют данные о направлении на тот или иной спутник и расстояние до спутника. Геодезические связи между пунктами наблюдения на земной поверхности устанавливаются посредством соотношения данных, полученных при позиционных фотографических наблюдениях спутника, находящегося на высоте 4—6 тыс. км, из нескольких наблюдательных пунктов.

Для возможности проведения геодезической съемки спутниковыми фотокамерами средних размеров в качестве спутника используют баллоны диаметром в среднем 35 м, изготовленные из алюминированной пластмассовой пленки. В динамической спутниковой геодезии применяются более массивные спутники, которые запускаются на высоту до 3 тыс. км, их движение менее восприимчиво к неоднородностям атмосферы и определяется особенностями гравитационного поля Земли.

Для повышения точности позиционных наблюдений на спутники устанавливаются мощные импульсные источники света, режим работы которых управляется с Земли и контролируется кварцевыми часами, которыми специально для этих целей оборудован спутник. Это позволяет облегчить позиционные наблюдения и очень сильно повысить точность синхронизации при одновременном участии в работе нескольких станций.

Специальные приемопередатчики, участвующие в ретрансляции радиосигналов, которые посылаются на геодезические спутники наземными станциями, могут определять расстояние до спутника. Определение расстояния возможно благодаря замеру сдвига фаз принятого на станции сигнала относительно посланного. Также возможно определение расстояния путем анализа изменения частоты сигналов, посылаемых радиопередатчиками, которыми оборудован спутник. На некоторые геодезические спутники устанавливаются специальные, так называемые уголковые, отражатели. Отражатели позволяют производить измерение расстояния при помощи лазерных дальномеров. Первым геодезическим спутником считается американский спутник «АННА-1В», который был запущен в 1962 г., помимо прочего оборудования, спутник имел на борту импульсные лампы.

Геостационарный искусственный спутник земли

Геостационарный искусственный спутник Земли – искусственный спутник Земли, выведенный на геостационарную орбиту. Геостационарная орбита – круговая орбита над экватором. Спутник, находясь на геостационарной орбите, имеет угловую скорость, равную угловой скорости обращения Земли вокруг своей оси, что позволяет ему находиться в одной и той же точке на поверхности Земли. Основную массу геостационарных спутников Земли составляют коммуникационные и телетрансляционные спутники. На перспективы использования геостационарной орбиты обратили внимание лишь после появления научно-популярной статьи Артура С. Кларка в 1945 г. в журнале «Wireless World», хотя о возможности использования геостационарных орбит говорится в трудах К. Э. Циолковского и словенского теоретика Г. Поточника. Для того чтобы казаться неподвижным из любого места на земной поверхности, спутник должен находиться на высоте 35 786 км над уровнем моря. Только эта высота над экватором может обеспечить спутнику равенство угловых скоростей и период обращения, равный сидерическим суткам, т. е. периоду вращения Земли.

Геофизический искусственный спутник земли

Геофизический искусственный спутник Земли – искусственный спутник Земли, конструкция и научное оборудование которого позволяют проводить исследование геофизических параметров планеты Земля (геомагнитное, радиационное поле, плотность атмосферы). Первым искусственным спутником такого типа можно назвать третий по счету советский спутник, запущенный в 1958 г. США в 1964 г. и последующих осуществляли запуск орбитальных геофизических обсерваторий и полярных орбитальных геофизических обсерваторий, при помощи которых проводились различные геофизические измерения, в том числе в зоне полярных сияний и в полярной шапке. Примером спутника, который в комплексе со специальной программой наблюдений на сети наземных станций позволил исследовать взаимосвязь между отдельными геофизическими параметрами и солнечно-земные связи, является «Космос-261», который был запущен 20 декабря 1968 г. Спутник проводил измерения одновременно с наблюдениями на сети ионосферных станций социалистических стран.