http://fishki.net/1915587-pamjatka-naezdniku.html

NASA и частные компании всеми силами хотят отправить человечество на Марс. Команда Университета Вашингтона, финансируемая космическим агентством, в свою очередь намеревается для этого разработать термоядерный двигатель, который сможет доставить человека на Красную планету за 30 дней и сделать возможными и другие космические путешествия.

«Используя существующее ракетное топливо практически невозможно для человечества исследовать что-то за пределами Земли», — говорит ведущий исследователь Джон Слоуг. «Мы надеемся получить достаточно энергии для того, чтобы межпланетные путешествия стали обычным делом»,

Предлагаемый Fusion Driven Rocket (FDR) – двигатель 150-тонного корабля, который использует магнетизм для сжатия литиевых или алюминиевых частей вокруг дейтерий-тритийного топливного ядра для инициации термоядерного синтеза. Результирующая сила реакции вызывает распыление вещества на скорости 30 км/с, она и толкает корабль вперед.

Отработанное топливо выбрасывается за корабль и так как весь процесс основан на магнетизме, износ двигателя минимален. При этом пеллета размером с зерно может обеспечить такое же количество движения, что и галлон ракетного топлива.

Все это требует электрической энергии для управления и поддержания реакции, но Энтони Панкокти, инженер, утверждает, что преимущества такого магнитного двигателя в том, что космический корабль может питать сам себя только солнечной энергией.

«Он очень масштабируем – мы можем добиться термоядерной реакции в гораздо меньшем масштабе», — говорит он. «Мы можем запустить созданный двигатель от 200 киловаттной солнечной панели, т.е. примерно той же мощности, которую генерируют сейчас панели МКС».

При помощи FDR время полета до Марса может сократиться до 30-90 дней, по сравнению с 8 месяцами движения на реактивной тяге. Для 30-дневного путешествия понадобится всего трехдневная работа двигателя для разгона и еще три дня на его замедление на орбите Марса.

Такой двигатель также будет значительно дешевле на стадии разгона, чем химические ракеты, так как ему требуется гораздо меньше топлива на преодоление земной гравитации. Для предлагаемой 150-тонной конструкции примерно треть можно будет занять грузом, а уменьшенное время полета также уменьшит влияние радиации на космонавтов.

Многие космические полеты заканчиваются торможение об атмосферу для экономии топлива. Новый привод, однако, настолько эффективен, что такое торможение становится бессмысленным, так как масса защиты будет больше, чем масса расходуемого топлива.

Команда протестировала все части FDR в лаборатории и сейчас начинает строить двигатель в рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts Program, обеспечивающей финансирование для долгосрочных космических программ. FDR лишь один из всего лишь 10 проектов, добравшихся до Второй Стадии. Прототип FDR будет создан в ближайшие полтора года, а готовый корабль надеются создать к 2020 году – но при увеличении финансирвоания сроки могут быть и сокращены.

Учитывая жесткую экономию Правительства США, это маловероятно, но FDR может сделать химические или ионные двигатели настолько же устаревшими, насколько сейчас нам кажется устаревшим паровой двигатель.

«Изменяемая степень сжатия» – технология, которая обеспечит будущее бензиновому двигателю еще лет на 30–50, а по характеристикам позволит ему значительно опередить дизельные моторы. Когда же появятся эти  агрегаты и чем они лучше уже существующих? Впервые мотор с изменяемой степенью сжатия засветился на Женевском автосалоне в 2000 году (см. «АЦ» № 14'2000). Тогда его представила компания Saab. Самый высокотехнологичный на то время двигатель Saab Variable Compression (SVC) с пятью цилиндрами имел рабочий объем 1,6 л, но развивал немыслимую для такого литража мощность 225 л. с. и крутящий момент 305 Нм. Превосходными оказались и другие характеристики – расход топлива при средних нагрузках снизился на целых 30%, на столько же уменьшился показатель выбросов СО2. Что касается СО, СН, NОx и т. д., то они, по утверждению создателей, соответствуют всем существующим и планируемым на ближайшее будущее нормам токсичности. К тому же изменяемая степень сжатия дала возможность этому мотору работать на различных марках бензина – от А-76 до А-98 – практически без ухудшения характеристик и без детонации. Несколько месяцев спустя подобный силовой агрегат представила и компания FEV Motorentechnik. Это был 1,8-литровый двигатель Audi A6, в котором показатель расхода топлива снизили на 27%.

Однако из-за сложности конструкции эти моторы в то время так и не пошли в серию, а с целью повышения коэффициента полезного действия (КПД) двигатель внутреннего сгорания усовершенствовали путем внедрения непосредственного впрыска топлива, изменяемой геометрии впускного тракта, интеллектуальных турбонаддувов и т. д. Параллельно велась активная работа над созданием гибридных силовых установок, электромобилей, развитием водородных топливных ячеек и новых способов хранения водорода. Тем не менее, потенциал, заложенный в моторы с изменяемой степенью сжатия, не давал покоя многим инженерам. В результате появилось множество механизмов реализации этой идеи «в металле».

Наиболее близким к ее осуществлению сегодня является французский проект двигателя MCE-5, который стартовал еще в 1997 году. Родившаяся тогда концепция имела массу недостатков, устранять которые пришлось почти десять лет. В этом году данный мотор презентовали «в металле», как и саабовский в 2000-м на Женевском автосалоне.

овинка с четырьмя цилиндрами имеет объем 1,5 л и выдает при этом максимальную мощность 160 кВт (218 л. с.) и крутящий момент 300 Нм. Помимо изменяемой степени сжатия, двигатель оснащен непосредственным впрыском, системой изменения фаз газораспределения и укладывается во все перспективные экологические нормы.

Как изменяют степень сжатия

В MCE-5 диапазон контроля степени сжатия находится в пределах 7–18 (7:1–18:1). Более того, контроль и изменение степени сжатия происходит индивидуально в каждом цилиндре.

Механизм этот довольно сложный. Главная деталь – двухсторонняя урезанная шестерня-сектор, серединой посаженная на укороченный шатун кривошипно-шатунного механизма (КШМ). В свою очередь, шестерня-сектор с одной стороны входит в зацепление с шатуном поршня, а с другой – с шатуном механизма изменения объема камеры сгорания. Принцип работы этой конструкции очень прост – шестерня-сектор на оси шатуна является своего рода коромыслом. И если это коромысло наклонять в одну или другую сторону, у поршня будет меняться положение верхней мертвой точки (ВМТ), а соответственно, и объем камеры сгорания. А так как величина хода поршня постоянная, изменяется степень сжатия (отношение объема цилиндров к объему камеры сгорания). За наклон коромысла отвечает гидромеханическая конструкция, которой управляет электроника. Она также состоит из поршня с шатуном, нижний конец которого входит в зацепление с коромыслом (шестерней-сектором) с другой стороны. Объем над и под этим поршнем соединен с системой смазки, а в самом поршне, названном масляным, есть специальный клапан, пропускающий масло из верхней части в нижнюю. Управляют им с помощью эксцентрикового вала, который при содействии червячной передачи приводит в движение электромотор системы Valvetronic (BMW). Для изменения степени сжатия от 7 до 18 требуется менее 100 миллисекунд.

Объем камеры сгорания корректируется по принципу изменения пропускной способности масляных клапанов. При их открытии масляный поршень уходит вверх и камера сгорания увеличивается.

Ресурс – надежность

Конструктивно новый мотор стал сложнее. По теории вероятности, его надежность должна снизиться, однако создатели отрицают это. Они утверждают, что доводили двигатель очень долго и все хорошо рассчитали и проверили. Ресурс этого агрегата увеличится, так как на поршень уже не будут действовать боковые и ударные нагрузки, происходящие у классического ДВС из-за шатуна, ось которого располагается под углом к оси поршня (кроме ВМТ и НМТ). В новом моторе усилие поршня и жестко «привязанного» к нему шатуна передается только в вертикальной плоскости, соответственно, давление на стенки цилиндров небольшое, поэтому трущиеся поверхности этих деталей изнашиваются значительно меньше. Такие особенности конструкции двигателя также обеспечили снижение шумности его работы. А кроме того, значительно тише стала работать поршневая группа и снизились потери энергии на трение – это еще плюс несколько процентов в пользу КПД мотора.