Pohoné systémy pro vesmírné lety

Prezentace na téma: "Pohoné systémy pro vesmírné lety"— Transkript prezentace:

1 Pohoné systémy pro vesmírné lety
Ľuboš Bednárik, Tomáš Bílý, Vítek Dolejší, Michal Svoboda

2 Co uvidíte historie současnost blízka budoucnost vzdálená budoucnost
historie raket, schéma a druhy raket, druhy paliv, ... současnost Ariane 5, STS, Deep Space 1, ... blízka budoucnost EZ, solar sail, jaderné pohony (štěpný, fúzní), ... vzdálená budoucnost antihmotový, gravitační, WARP a další sci-fi pohony

3 Historie raket kol. r n. l. Wu Cling Yeo: vynález rakety, pohon: černý prach (směs ledku draselného (KNO3), dřevného uhlí a síry) 1232 Číňané u města Pien Kingu rozprášili mongolskou jízdu raketami Indové, Peršané a Arabové (vojenské i oslavné účely) 1397 Padovští (obléhání města Mestre) 18. století námořní piráti ( zapalování napadených lodí)

4 Historie raket 1766 první raketový útvar na světě; 1200 mužů, založen v Indii Hajderem Alim 1806 součást výzbroje britské armády 2.sv. v.: sovětská kaťuše, německé V-1, V-2 1942 Bachvadži (SSSR) první let na stíhačce poháněné raketovým motorem

5 Schéma pohybu rakety

6 Druhy raket chemické jaderné elektrické
výkonné, lehké a jednoduché (až čtyřstupňové) jaderné při reakcích uvolňuje 10 až 100milionkrát více energie než při chemickém spalování elektrické pracovní látka se zrychluje elektrickou energií ze zdroje, který si raketa nese s sebou

7 Chemické rakety - paliva
pevná axiální hoření (ve směru osy rakety) radiální hoření (kolmo k ose) bezdýmný prach na bázi dusičnanu celulózy, nitroglycerín, diglykol aj. kapalná jednokapalinové: hydrazín N2H4, ethylnitrát C2H5NO3, etylénoxid (C2H4O) dvoukapalinové

8 Schéma jednokapalinové rakety

9 Teoretické největší výtokové rychlosti u některých paliv
Palivo Okysličovadlo Výtoková rychlost [m/s] černý prach 2360 benzín tekutý kyslík 4377 tekutý ozon 4888 peroxid vodíku 3640 kyselina dusičná 3450 etylalkohol kyslík 4164 benzol 4450 pentan 4455 vodík 5180

10 Současnost Ariane 5 konstrukce, parametry, vlastnosti, ... STS (Challenger, Columbia, Atlantis, Discovery, ...) důležitá data, vlastnosti jednotlivých částí, srovnání s Ariane 5, ... Deep Space 1 důležitá data, iontový pohon, stavba trysky, ...

11

12

13

14 *(kgf/(kg/sec)) = sec) **HTPB - Hydroxyl Terminated Polybutadiene

15

16

17

18 pohon Aestus Germany

19 Raketoplán

20

21

22

23 Srovnání

24

25

26 vzdálenost planet od Země v km 108mil 78,4mil 628,4mil

27

28

29

30 Blízká budoucnost EZ-rocket solar sail štěpný nukleární pohon
pokročilý klasický chemický raketový motor solar sail založený na síle a energii fotonů štěpný nukleární pohon založený na štěpení atomových jader fúzní nukleární pohon založený na syntéze atomových jader

31 Trocha teorie ;) specifický impuls ISP
definovaný jako poměr tahu motoru k množství pracovní látky, která vytéká tryskou motoru za jednu vteřinu lze však interpretovat, že je to doba, po kterou nám 1 kg pohonných látek dává tah 1 N.s.kg-1 poměr tahu rakety a její hmotnosti udává zrychlení rakety, které jsou motory schopny vyprodukovat v jednotkách normálního tíhového zrychlení (tedy g)

32 Lety vesmírem impulsní Hohmannova trajektorie
kontinuální zrychlení a zpomalení

33 EZ-rocket zástupce klasických chemických raketových motorů
nízká hmotnost a vysoký tah  velká akcelerace  vhodné v letectví

34 Štěpný nukleární pohon
tepelné nukleární motory s pevným jádrem ... ISP=9000 N.s.kg-1 s kapalnou aktivní zónou (suspenzí) ... ISP=11000 N.s.kg-1 s plynnou aktivní zónou ... ISP=30000 N.s.kg-1 impulsní nukleární pohon využití exploze za lodí ... ISP=25500 N.s.kg-1

35 Fúzní pohon – jaderná syntéza
První jednoduchá jaderná syntéza v roku 1934 (E.Rutheford a J.Douglas), z jader deuteria a trícia vzniká jádro hélia, neutrony a uvolněná energie

36 Fúzní pohon – jaderná syntéza
jádra se k sobě musí přiblížit natolik, aby jaderné síly překonali odpudivé síly kladných nábojů to se dá dosáhnout například ohříváním energetické bilance některých reakcí Reakce Min. potřebné ohřátí Energetický výtěžek D+D 3He (0.82 MeV) + n (2.45 MeV) 35 keV kWh*g-1 D+D T (1.01 MeV) + p (3.02 MeV) kWh*g-1 D+3He 4He (3.5 MeV) + p (14.67 MeV) 30 keV kWh*g-1 D+T 4He (3.5 MeV) + n (14.1 MeV) 4 keV kWh*g-1 Štepení U235 kWh*g-1 Hoření vodíku H2 + O -> H20 kWh*g-1

37 Solar Sail využíva kinetickou energii fotonů
nepotřebuje žádný aktivní pohonný systém závislý na přítomnosti a vzdálenosti zdroje fotonů (nejčastěji hvězdy)

38 Vzdálená budoucnost antihmotový pohon gravitační pohon warp
založený na reakci hmoty a antihmoty gravitační pohon založený na gravitačních deformacích prostoru warp založený na časoprostorových deformacích červí díry, hyperprostor, ...

39 Antihmotový pohon - anihilace
animace na elektron a pozitron virtuální částice Z nebo foton (nosič interakce) kvark c a kvark anti-c vzdalující se kvarky natahují gluonové pole kvark d a anti-d mezon D+ a D-

40 Antihmotový pohon - anihilace
Anihilace v CERNu – projekt ATHENA antiprotony a pozitrony jsou zachycené v magnetických pastích jejich spojením vzniká atom antivodíku antivodík anihiluje s normální hmotou na aparatuře Animace na

41 Porovnání využitelné energie
Z 1 kg hmoty se může maximálně uvolnit: Reakce Využitelná energie chemické 107 J termojaderné štěpné 8x1013 J termojaderné fúzní 3x1014 J anihilační 9x1016 J

42 WARP a gravitační pohon
založený na časoprostorových deformacích před lodí je vesmír komprimovaný a za lodí dekomprimovaný čas na lodi zůstává stejný jako na Zemi

43 Červí díry základním principem je zakřivení prostoru
červí díra jako tunel spojující dva body normálního vesmíru vytvoření červí díry pomocí negativní energie záporné gravitační účinky negativní energie

44 Hyperprostor existence dalšího prostoru, tzv. hyperprostoru
vesmír jako koule, reálny prostor vně, hyperprostor uvnitř

45 Červí díra na Zemi ?!

46 Závěrem Použitá literatúra
Dozvěděli jsme se tedy něco o historii, současnosti a budoucnosti pohonných systémů. Hrozba i přínos nových technologií pohonu jsou velké, ale i tak se máme v budoucnu na co těšit. Použitá literatúra