Pulsar Fusion과 Princeton Satellite Systems, 융합 로켓 엔진 개발
Pulsar Fusion의 우주선 디자인 이미지. 섹션에 표시된 추진 시스템
로켓 및 우주 기술의 추가 개발과 지구 궤도를 넘어선 새로운 기술, 무엇보다도 근본적으로 새로운 추진 시스템이 필요합니다. 이제 가장 대담한 아이디어를 기반으로 한 이러한 종류의 프로젝트가 여러 국가에서 진행되고 있습니다. 따라서 영국 회사 Pulsar Fusion은 American Princeton Satellite Systems와 협력하여 Direct Fusion Drive 융합 엔진 작업을 시작했습니다. 이러한 제품은 고유한 기술적, 경제적 특성을 나타낼 것으로 예상됩니다.
원근법 방향
영국 회사 Pulsar Fusion은 2011년 젊은 전문가 그룹에 의해 설립되었습니다. 그녀는 자신의 목표를 로켓 및 우주 기술을 위한 새로운 추진 시스템 개발이라고 부르며, 이는 이 분야에서 다음 돌파구를 만드는 데 도움이 될 것입니다. 이상적으로는 새로운 개발 및 추진 시스템은 지구 궤도를 넘어 멀리 떨어진 천체 근처에서 완전한 활동을 할 수 있는 접근을 제공해야 합니다.
회사는 엔진과 연료에 대한 다양한 옵션을 연구하고 있습니다. 그래서 2021년 XNUMX월에 재활용 폴리에틸렌을 사용하여 만든 고체 연료의 첫 번째 화재 테스트가 진행되었습니다. 특정 연료 충전량은 요구되는 성능 수준을 보여주었고 로켓 기술에서 재활용 가능한 재료를 사용할 가능성도 확인했습니다.
핵융합로 엔진
지난 몇 년 동안 Pulsar Fusion은 핵융합 로켓 엔진을 개발하고 구축하려는 의도에 대해 이야기해 왔습니다. 설정된 모든 설계 문제를 해결할 때 이러한 설치는 견인력과 효율성의 고유한 특성을 보여줍니다. 핵융합 엔진의 도움으로 우주선은 최단 시간에 먼 거리를 이동할 수 있을 것으로 예상됩니다.
최근까지 회사는 유망한 프로젝트의 이론적 개발에만 참여했습니다. 이제 작업은 새로운 단계로 이동하고 있습니다. XNUMX월 중순에 Pulsar Fusion은 미국 회사인 Princeton Satellite Systems와 계약을 체결했습니다. 그들은 함께 필요한 연구를 수행하고 프로젝트 문서의 추가 개발을 위해 엔진의 최적 이미지를 형성할 것입니다.
회사는 이미 유망한 엔진이 무엇인지에 대한 대략적인 아이디어를 가지고 있다는 것이 궁금합니다. 그녀는 이미 설치 자체와 우주선의 컴퓨터 모델을 시연하고 있습니다. 표시된 제품에는 프로젝트 개념에 해당하는 모든 필수 구성 요소가 있습니다. 그러나 향후 프로젝트가 발전함에 따라 설치의 모습이 변경될 수 있습니다.
과학적 단계
최근에 체결된 계약에 따라 Pulsar Fusion과 Princeton Satellite Systems는 가까운 장래에 필요한 연구에 협력할 것입니다. 이러한 작업의 기술 기반은 미국 측에서 제공합니다. 작업의 주요 부분은 미국 및 해외의 다양한 연구 프로그램에서 이미 사용된 Princeton Field-Reversed Configuration 2(PFRC-2) 연구 시설에서 수행됩니다.
DFD 엔진의 개략도
역 자기 구성(Field-Reversed Configuration)을 사용한 열핵 발전소에 대한 아이디어는 XNUMX년대 초에 제안되었습니다. 얼마 지나지 않아 Princeton Plasma Physics Laboratory는 이러한 종류의 파일럿 플랜트를 건설하고 테스트했습니다. 개념의 작동 가능성을 확인한 그녀는 연구를 계속했습니다. 이 작업은 미국 에너지부와 NASA의 명령에 따라 수행되고 있습니다.
그 후 Princeton Satellite Systems는 열핵 엔진 연구에 참여했습니다. 그녀는 자신의 연구 기반을 구축하고 PFRC-2 시설을 건설했습니다. 앞으로 새로운 연구 단계가 구현됨에 따라 두 개의 실험 단지를 더 만들 계획입니다.
분명히 Pulsar Fusion과 Princeton Satellite Systems가 책임을 공유할 것입니다. 미국 측은 연구에서 주도적인 역할을 할 수 있고 영국 전문가들은 새로운 기술을 기반으로 엔진을 직접 개발할 것입니다. 그래서 그들은 아마도 테스트의 일부를 위해 이미 일부 장치를 조립하고 있습니다.
늦어도 2027년까지는 본격적인 기술 실증 엔진을 구축해 테스트할 계획이다. 그것은 실험실 설치와 크게 달라야 하며 가상의 우주선에 설치할 수 있어야 합니다.
숙련된 DFD의 요소를 조립하는 과정에서
합성의 추력
Pulsar Fusion 및 Princeton Sattelite Systems 프로젝트는 Direct Fusion Drive(DFD) 개념을 기반으로 합니다. 발전의 중간 단계 등 없이 열핵융합으로부터 직접 추력을 얻습니다. 이러한 개념을 구현하려면 열핵 원자로의 일부 기능과 요소가 있는 특정 설계의 엔진이 필요합니다.
PFRC-2 연구 시설은 DFD 엔진의 프로토타입으로 간주될 수 있습니다. 적절한 디자인과 필요한 모든 장치가 있습니다. 동시에 실험실 단지는 크기가 제한되어 있고 많은 관련 장비가 필요합니다. 또한 원하는 수준의 특성을 나타내지 않습니다. 이 모든 것이 실험을 가능하게 하지만 실제로 본격적인 구현은 제외됩니다.
DFD 엔진의 주요 요소는 외부에서 전자기 코일이 장착되는 원통형 챔버 형태의 열핵 원자로입니다. 챔버에는 중수소와 헬륨-3의 혼합물과 같은 열핵융합에 사용되는 가스가 공급됩니다. 그런 다음 반응이 시작되고 타원형 또는 방추 모양의 플라즈마 응고가 챔버 중앙에 생성됩니다. 필요한 시간 동안 반응을 유지하기 위해 새로운 연료를 지속적으로 공급합니다.
끝 중 하나를 통해 엔진의 작동 유체가 가스 형태의 하나 또는 다른 물질로 챔버로 공급됩니다. 연구 과정에서 이러한 "연료"의 최적 구성을 결정하는 것이 필요합니다. 챔버를 통과하는 작동 유체는 에너지를 받고 가열되어 플라즈마 상태에 도달하지 않고 챔버의 다른 쪽 끝에 있는 노즐로 향해야 합니다. 노즐을 통해 나가면 가스가 필요한 추력을 생성합니다.
열핵 반응을 통해 반응기 챔버에서 수백만 도의 온도를 생성하고 해당하는 가장 높은 에너지를 작동 유체로 전달할 수 있습니다. 따라서 엔진의 에너지 매개 변수를 획기적으로 향상시킬 수 있습니다. 작동 유체의 허용 가능한 소비를 유지하면서 추력이 증가합니다. 이 경우 중간 에너지 변환에 대한 손실이 없습니다.
기술 전망
Pulsar Fusion은 DFD 엔진의 원하는 성능을 보여줍니다. 그래서 공개된 자료에는 10톤 무게의 가상 로켓형 우주선이 등장하는데, 수 미터 길이의 열핵 원자로를 장착해 220km/s 이상의 속도에 도달할 수 있다.
이 속도로 지구에서 화성까지의 최소 거리는 이틀 만에 극복됩니다. 최적의 궤도에서 토성의 궤도로 타이탄으로 비행하는 데 두 달이 걸립니다. 이러한 계산은 가속 및 감속의 필요성과 우주 비행의 다른 측면을 고려하지 않습니다. 그러나이 경우에도 DFD 프로젝트는 현대 "화학"엔진보다 훨씬 흥미로워 보입니다.
DFD 설치의 다른 이점도 지적됩니다. 따라서 열핵 원자로를 사용하여 전기를 생산할 수 있으며 우주 기술을 위해 비정상적으로 많은 양을 생산할 수 있습니다. 원자로용 연료는 많은 공간을 필요로 하지 않으며 작동 유체는 우주 공간에서 직접 수집하도록 제안됩니다. 이 모든 것을 통해 설비 및 배기 가스의 방사선 위험이 최소화되며 이러한 점에서 DFD는 우주용 원자력 엔진의 다른 옵션보다 우수합니다.
그러나 DFD 개념에는 여러 가지 단점이 있습니다. 비판적인. 우선 문제는 열핵융합 기술의 미성숙이다. 모든 노력에도 불구하고 플라즈마 작업에 필요한 것보다 더 많은 에너지를 생산하는 원자로를 만드는 것은 아직 불가능했습니다. 동시에 DFD 엔진에는 큰 에너지 출력이 필요합니다. 작동 유체의 매개 변수와 비행 특성이 이에 따라 달라집니다.
또한 영국과 미국의 전문가들은 크기와 무게 문제를 해결해야 할 것입니다. 추진 시스템은 우주선의 매개변수와 발사체의 한계를 준수해야 합니다. 대규모 부지를 차지하고 추가 인프라가 필요한 실험 단지는 실질적인 전망이 없습니다.
미래를 염두에두고
일반적으로 DFD 열핵 로켓 엔진의 개념과 Pulsar Fusion의 프로젝트는 큰 관심을 끌고 있습니다. 로켓 및 우주 기술을 위한 새로운 엔진 설계가 제안되어 성능이 크게 향상될 수 있습니다. 동시에 새로운 유형의 설치는 제한적인 성공에도 불구하고 주요 매개 변수에서 기존 샘플을 우회할 수 있습니다. 이러한 대규모 백로그에는 새로운 개념이 있습니다.
그러나 DFD 엔진의 개발은 모든 수준에서 여러 가지 심각한 제한 사항과 과제에 직면해 있습니다. 엔진의 중앙 장치조차도 준비되지 않았으며 전체 시스템이 작동하지 않고 원하는 특성을 보여줄 수 없습니다. 새 프로젝트에 참여하는 회사는 여러 가지 복잡한 문제를 해결해야 합니다. 설정된 작업에 대처하면 우주 비행은 새로운 기회를 얻게 될 것입니다. 그렇지 않으면 역사 로켓 기술은 또 다른 흥미롭지만 쓸모없는 프로젝트로 보충될 것입니다.
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