Pulsar Fusion y Princeton Satellite Systems desarrollarán un motor de cohete de fusión
Imagen de diseño de la nave espacial de Pulsar Fusion. Sistema de propulsión mostrado en la sección
Para un mayor desarrollo de la tecnología espacial y de cohetes y más allá de la órbita terrestre, se requieren nuevas tecnologías, en primer lugar, sistemas de propulsión fundamentalmente nuevos. Ahora se están elaborando en varios países una serie de proyectos de este tipo basados en las ideas más atrevidas. Así, la empresa británica Pulsar Fusion, en cooperación con la estadounidense Princeton Satellite Systems, comenzó a trabajar en un motor de fusión Direct Fusion Drive. Se espera que dicho producto muestre características técnicas y económicas únicas.
Dirección de perspectiva
La empresa británica Pulsar Fusion fue fundada en 2011 por un grupo de jóvenes profesionales. Ella llama a su objetivo el desarrollo de nuevos sistemas de propulsión para cohetes y tecnología espacial, que ayudarán a lograr el próximo avance en esta área. Idealmente, los nuevos desarrollos y sistemas de propulsión deberán proporcionar acceso más allá de la órbita terrestre y una actividad completa cerca de cuerpos celestes distantes.
La empresa está trabajando en diferentes opciones de motores y combustible para los mismos. Así, en noviembre de 2021 se realizaron las primeras pruebas de fuego de combustibles sólidos fabricados con polietileno reciclado. La carga específica de combustible mostró el nivel requerido de rendimiento y también confirmó la posibilidad de utilizar materiales reciclables en la tecnología de cohetes.
Motor de reactor de fusión
En los últimos años, Pulsar Fusion ha estado hablando de su intención de desarrollar y construir un motor de cohete de fusión. Al resolver todos los problemas de diseño que se establecen, dicha instalación mostrará características únicas de tracción y eficiencia. Se espera que con la ayuda de un motor de fusión, las naves espaciales puedan cubrir grandes distancias en un tiempo mínimo.
Hasta hace poco, la empresa se dedicaba únicamente al desarrollo teórico de un proyecto prometedor. Ahora el trabajo se está moviendo a una nueva etapa. A mediados de junio, Pulsar Fusion firmó un acuerdo con la empresa estadounidense Princeton Satellite Systems. Juntos llevarán a cabo la investigación necesaria y formarán la imagen óptima del motor para un mayor desarrollo de la documentación del proyecto.
Es curioso que la compañía ya tenga una idea aproximada de cómo será un motor prometedor. Ya está demostrando modelos informáticos de la instalación en sí y de la nave espacial que la acompaña. El producto mostrado tiene todos los componentes necesarios correspondientes al concepto del proyecto. Sin embargo, en el futuro, a medida que se desarrolle el proyecto, la apariencia de la instalación puede cambiar.
etapa científica
En virtud de un acuerdo firmado recientemente, Pulsar Fusion y Princeton Satellite Systems trabajarán juntos en la investigación necesaria en un futuro próximo. La base técnica para estos trabajos será proporcionada por la parte estadounidense. La parte principal del trabajo se llevará a cabo en la instalación de investigación Princeton Field-Reversed Configuration 2 (PFRC-2), que ya se ha utilizado en varios programas de investigación, estadounidenses y extranjeros.
Diagrama esquemático del motor DFD
La idea de una instalación termonuclear con una configuración magnética invertida (Field-Reversed Configuration) fue propuesta a principios de la década de XNUMX. Poco tiempo después, el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton construyó y probó una planta piloto de este tipo. Habiendo confirmado la operatividad del concepto, continuó la investigación. El trabajo se lleva a cabo por orden del Departamento de Energía de los Estados Unidos y la NASA.
Posteriormente, Princeton Satellite Systems se unió a la investigación de un motor termonuclear. Estableció su propia base de investigación y construyó la instalación PFRC-2. En el futuro, a medida que se implementen nuevas etapas de investigación, se planea crear dos complejos experimentales más.
Aparentemente, Pulsar Fusion y Princeton Satellite Systems compartirán la responsabilidad. La parte estadounidense puede asumir un papel de liderazgo en la investigación, mientras que los especialistas británicos desarrollarán directamente el motor basado en nuevas tecnologías. Entonces, ya están ensamblando algunas unidades, probablemente para parte de las pruebas.
A más tardar en 2027, está previsto construir y probar un motor de demostración de tecnología completo. Tendrá que ser significativamente diferente de la instalación del laboratorio y permitir la instalación en una nave espacial hipotética.
En el proceso de ensamblaje de elementos de un DFD experimentado
Empuje de la síntesis
El proyecto Pulsar Fusion y Princeton Sattelite Systems se basa en el concepto Direct Fusion Drive (DFD). Prevé obtener empuje directamente de la fusión termonuclear, sin etapas intermedias de generación de energía, etc. Para implementar tal concepto, se requiere un motor de un diseño específico, que tenga algunas características y elementos de un reactor termonuclear.
La instalación de investigación PFRC-2 puede considerarse un prototipo del motor DFD. Tiene un diseño apropiado y todos los dispositivos necesarios. Al mismo tiempo, el complejo de laboratorios tiene dimensiones limitadas y requiere mucho equipo relacionado. Además, no muestra el nivel deseado de características. Todo esto hace posible realizar experimentos, pero excluye una implementación completa en la práctica.
El elemento principal del motor DFD es un reactor termonuclear en forma de cámara cilíndrica, en el que se colocan bobinas electromagnéticas desde el exterior. La cámara se alimenta con un gas utilizado en la fusión termonuclear, como una mezcla de deuterio y helio-3. Entonces comienza la reacción y se crea un coágulo de plasma de forma elíptica o de huso en el centro de la cámara. Proporciona un suministro constante de combustible nuevo para mantener la reacción durante el tiempo requerido.
A través de uno de los extremos, el fluido de trabajo del motor se alimenta a la cámara, una u otra sustancia en forma gaseosa. En el curso de la investigación, es necesario determinar la composición óptima de dicho "combustible". Al pasar por la cámara, el fluido de trabajo debe recibir energía, calentarse, no alcanzar el estado de plasma y dirigirse a la boquilla en el otro extremo de la cámara. Al salir por la boquilla, el gas creará el empuje necesario.
Una reacción termonuclear permite crear una temperatura de varios millones de grados en la cámara del reactor y transferir las energías más altas correspondientes al fluido de trabajo. En consecuencia, es posible mejorar drásticamente los parámetros energéticos del motor: su empuje aumentará mientras se mantiene un consumo aceptable del fluido de trabajo. En este caso, no hay pérdidas por conversiones de energía intermedia.
Perspectivas tecnologicas
Pulsar Fusion revela el rendimiento deseado de su motor DFD. Así, en los materiales publicados aparece una hipotética nave espacial tipo cohete de 10 toneladas de peso, equipada con un reactor termonuclear de varios metros de largo, con el que puede alcanzar velocidades superiores a los 220 km/s.
Con esta velocidad, la distancia mínima de la Tierra a Marte se supera en dos días. El vuelo a Titán, a la órbita de Saturno, en la trayectoria óptima llevará dos meses. Dichos cálculos no tienen en cuenta la necesidad de aceleración y desaceleración y otros aspectos del vuelo espacial. Sin embargo, incluso en este caso, el proyecto DFD parece mucho más interesante que los motores "químicos" modernos.
También se señalan otras ventajas de la instalación DFD. Por lo tanto, un reactor termonuclear se puede utilizar para generar electricidad y en volúmenes inusualmente grandes para la tecnología espacial. El combustible para el reactor no requiere mucho espacio, y se propone que el fluido de trabajo se recolecte directamente en el espacio exterior. Con todo esto, el riesgo de radiación de la instalación y su escape es mínimo, y en este aspecto DFD es superior a otras opciones de motores nucleares para el espacio.
Sin embargo, el concepto DFD tiene una serie de desventajas, incl. crítico. En primer lugar, el problema es la inmadurez de la tecnología de fusión termonuclear. A pesar de todos los esfuerzos, aún no ha sido posible crear un reactor que produzca más energía de la necesaria para trabajar con plasma. Al mismo tiempo, un motor DFD necesita una gran producción de energía: los parámetros del fluido de trabajo y las características de vuelo dependen de ello.
Además, especialistas británicos y estadounidenses deberán resolver el problema de las dimensiones y el peso. El sistema de propulsión debe cumplir con los parámetros de la nave espacial y las limitaciones del vehículo de lanzamiento. Los complejos experimentales que ocupan grandes locales y requieren infraestructura adicional no tienen perspectivas prácticas.
Con una visión para el futuro
En general, el concepto del motor de cohete termonuclear DFD y el proyecto de Pulsar Fusion son de gran interés. Se propone un nuevo diseño de motor para tecnología espacial y de cohetes, que puede proporcionar un aumento significativo en el rendimiento. Al mismo tiempo, un nuevo tipo de instalación podrá pasar por alto las muestras existentes en parámetros clave, incluso con un éxito limitado: una acumulación tan grande tiene un nuevo concepto.
Sin embargo, el desarrollo del motor DFD enfrenta una serie de serias limitaciones y desafíos en todos los niveles. Incluso la unidad central del motor no está lista, sin la cual todo el sistema no podrá funcionar y mostrar las características deseadas. Las empresas que participen en el nuevo proyecto deberán resolver una serie de problemas complejos. Si hacen frente a las tareas establecidas, la astronáutica recibirá nuevas oportunidades. De lo contrario historia La tecnología de cohetes se repondrá con otro proyecto interesante, pero inútil.
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