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

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

Historie raket kol. r. 1130 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)

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

Schéma pohybu rakety

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

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

Schéma jednokapalinové rakety

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

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, ...

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

pohon Aestus Germany

Raketoplán

Srovnání

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

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

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)

Lety vesmírem impulsní Hohmannova trajektorie kontinuální zrychlení a zpomalení

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

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

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

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 27 000 kWh*g-1 D+D T (1.01 MeV) + p (3.02 MeV) 22 000 kWh*g-1 D+3He 4He (3.5 MeV) + p (14.67 MeV) 30 keV 94 000 kWh*g-1 D+T 4He (3.5 MeV) + n (14.1 MeV) 4 keV 98 000 kWh*g-1 Štepení U235 24 000 kWh*g-1 Hoření vodíku H2 + O -> H20 0.0044 kWh*g-1

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

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, ...

Antihmotový pohon - anihilace animace na http://www-hep2.fzu.cz/adventure/ani_eedd_slow.html 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-

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 http://info.web.cern.ch/info/Announcements/CERN/2002/0918-CoolAntiH/Animations/Animations-en.html

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

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

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

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

Červí díra na Zemi ?!

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 http://server.ipp.cas.cz/%7Evwei/fusion/fusion_c.htm http://www.futurespace.de/ http://www.xcor.com/suborbital.html http://members.lycos.co.uk/spaceprojects/propulsion.html http://fas.org/nuke/space