Pohoné systémy pro vesmírné lety

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

2. Co uvidíte • historie • 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. 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)

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 • 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

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, ...

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

18. pohon Aestus Germany

19. Raketoplán

23. Srovnání

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

30. Blízká budoucnost • EZ-rocket • 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

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 • 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 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-

40. Antihmotový pohon - anihilace • antiprotony a pozitrony jsou zachycené v magnetických pastích Anihilace v CERNu – projekt ATHENA • 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

41. Porovnání využitelné energie Z 1 kg hmoty se může maximálně uvolnit:

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 • 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