Главная / Технологии / Китай готовит новый ракетный двигатель для покорения Луны

Китай готовит новый ракетный двигатель для покорения Луны

Китай готовит новый ракетный двигатель для покорения Луны

Разработки нового поколения будут использоваться в межпланетных полётах, и доставки модулей на Луну.

Китайские инженеры добились успеха в ряде технологий для ракетных двигателей следующего поколения. По данным издания Science and Technology Daily, Китайская аэрокосмическая научно-техническая корпорация (CASC — China Aerospace Science and Technology Corporation) работает над установками, которые отличает высокая экономичность, что обусловит рекордную дальность полётов.

Китай готовит новый ракетный двигатель для покорения Луны

Ракета-носитель тяжёлого класса «Чанчжэн-5». Фото: extremetech.com/

Китайские амбиции

«Это (новые двигатели) удовлетворит спрос на силовые установки перспективных ракет для важных космических миссий Китая», — отметили в CASC. Доказательством планов стал новый пятилетний план развития страны, включающий три космических миссии – поиск образцов с поверхности астероида, материалов с Марса, и облёт Юпитера. Для таких целей возможности существующих ракет могут оказаться недостаточными.

Неназванный агрегат будет работать на кислородно-водородной смеси – считается, что он заменит двигатель YF-77, который установлен в первой ступени китайской ракеты Long March CZ-5. Двигатель нового поколения будет основываться на ступенчатом, а не газогенераторном цикле горения. С одной стороны, это повысит эффективность агрегата, обеспечив лучший процесс горения топлива. Вместе с тем, эти возможности требуют нового подхода к проектированию и сборке двигателей.

Текущие достижения

Напомним, космическая программа Китая замедлилась из-за длительной разработки YF-77. Работы над первым криогенным двигателем Китая продлились три года. Несмотря на это, в 2020 году Китай завершил все запланированные полёты, включая отправку межпланетной автоматической станции «Чаньэ-5» для сбора образцов с поверхности Луны, и «Тяньвэнь-1» для исследования Марса.

Судя по отчётам CSAC, китайские инженеры продолжают работу над надёжностью YF-77, что позволит реализовать планы по освоению космоса на 2021 год. Так, в этом году планируют ускорить строительство Китайской модульной космической станции (именуемой «Тяньхэ» по названию базового модуля). До 2022 года ракеты CZ-5B должны совершить 11 полётов для завершения строительства станции.

Китай готовит новый ракетный двигатель для покорения Луны

Ракетный двигатель YF-77. Фото: weibo.comcannews

Недавно прототип оптимизированного YF-77 прошёл стендовые испытания продолжительностью в 500 секунд – такая продолжительность работы требуется в реальных запусках. В докладе CSAC отметили, что это четвёртое подобное испытание – ещё четыре этапа тестов призваны доказать надёжность конструкции.

Параллельно продолжаются работы над твердотопливным секционным ракетным двигателем – в ходе тестов 30 декабря он проработал 130 секунд. Агрегат диаметром в 3,2 метра обеспечиттягу свыше 260 тонн. Трёхступенчатый двигатель позволит регулировать топливную нагрузку, исходя из требований запуска.

Всё это доказывает, что Китай не намерен ограничиваться только званием космической державы, он упорно двигается к лидирующимпозициям. Не исключено, что перспективные двигатели смогут обеспечить прорыв в области исследования космоса, который состоится до завершения «пятилетки» в 2025 году.

Смотрите также

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Гибридная установка e-POWER последовательного типа состоит из электромотора и дополнительного бензинового двигателя небольшого объёма, который при необходимости заряжает аккумуляторную батарею. В схеме e-Power движение обеспечивает только электромотор, который мощнее выбранного для машины бензинового.

Последняя разработка Nissan представляет собой следующее поколение гибридной системы e-Power, впервые представленной в 2016 году. В ней бензиновый двигатель используют исключительно для зарядки аккумуляторов системы электропривода.

Тепловой КПД обычного двигателя внутреннего сгорания – минимален, а тепловые потери — значительны.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan(Other)

Nissan заявляет, что e-Power позволяет его двигателям быть более эффективными, потому что они используются только в качестве генератора для аккумулятора. Это позволяет двигателю оставаться в относительно узком диапазоне оборотов двигателя, которые обеспечивают наивысший КПД.

Транспортные средства с обычным двигателем внутреннего сгорания (ДВС) требуют мощности и производительности от двигателя в широком диапазоне скоростей (об/мин) и нагрузок. Это фундаментальное требование означает, что обычные двигатели не могут всегда работать с оптимальной эффективностью. Система e-POWER от Nissan использует бортовой двигатель в качестве специального генератора электроэнергии для электронной трансмиссии. Работа двигателя ограничена его наиболее эффективным диапазоном, регулируя соответствующим образом выработку двигателем электроэнергии и количество электроэнергии, хранящейся в батарее.

Тепловой КПД двигателя— отношение совершённой полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя.

Автопроизводители всегда стремятся к повышению эффективности, чтобы их двигатели лучше использовали сжигаемое топливо.Достижение 50-процентной эффективности — это большое дело.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan(Other)

Чтобы получить это, казалось бы, волшебное число, фирма Nissan разработала концепцию STARC, которая увеличивает термический КПД.

«STARC» — аббревиатура слов «strong,», «tumble» и «appropriately stretched robust ignition channel» (сильный, кувыркающийся, надежный канал зажигания с соответствующим удлинением). Эта концепция позволяет повысить термический КПД за счет усиления потока газа в цилиндре (потока топливовоздушной смеси, которая втягивается в цилиндр) и зажигания, сжигая более разбавленную воздушно-топливную смесь при высокой степени сжатия.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan подчеркивает, что для зарождения мощного начального фронта пламени и полного сгорания, важна стабильность и точность потока жидкости через свечу зажигания, особенно для разбавленных смесей и при высоких степенях сжатия (это позволяет повысить эффективность двигателя).
Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%
Модель изменения скорости жидкости в цилиндре во время такта сжатия.По словам Nissan, поддержание опрокидывания до конца такта сжатия является ключом к созданию стабильной скорости жидкости через свечу зажигания, что дает c-образный «канал выпуска» зажигания, который в конечном итоге позволяет полностью сжечь разбавленное топливо. смесь без стука.

Nissan заявляет, что в ходе своих внутренних испытаний удалось достичь теплового КПД 43% при использовании рециркуляции выхлопных газов и 50% при работе двигателя на фиксированных оборотах, фиксированной нагрузке и рециркуляции выхлопных газов.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan(Other)

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Гибридная установка e-POWER последовательного типа состоит из электромотора и дополнительного бензинового двигателя небольшого объёма, который при необходимости заряжает аккумуляторную батарею. В схеме e-Power движение обеспечивает только электромотор, который мощнее выбранного для машины бензинового.

Последняя разработка Nissan представляет собой следующее поколение гибридной системы e-Power, впервые представленной в 2016 году. В ней бензиновый двигатель используют исключительно для зарядки аккумуляторов системы электропривода.

Тепловой КПД обычного двигателя внутреннего сгорания – минимален, а тепловые потери — значительны.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan(Other)

Nissan заявляет, что e-Power позволяет его двигателям быть более эффективными, потому что они используются только в качестве генератора для аккумулятора. Это позволяет двигателю оставаться в относительно узком диапазоне оборотов двигателя, которые обеспечивают наивысший КПД.

Транспортные средства с обычным двигателем внутреннего сгорания (ДВС) требуют мощности и производительности от двигателя в широком диапазоне скоростей (об/мин) и нагрузок. Это фундаментальное требование означает, что обычные двигатели не могут всегда работать с оптимальной эффективностью. Система e-POWER от Nissan использует бортовой двигатель в качестве специального генератора электроэнергии для электронной трансмиссии. Работа двигателя ограничена его наиболее эффективным диапазоном, регулируя соответствующим образом выработку двигателем электроэнергии и количество электроэнергии, хранящейся в батарее.

Тепловой КПД двигателя— отношение совершённой полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя.

Автопроизводители всегда стремятся к повышению эффективности, чтобы их двигатели лучше использовали сжигаемое топливо.Достижение 50-процентной эффективности — это большое дело.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan(Other)

Чтобы получить это, казалось бы, волшебное число, фирма Nissan разработала концепцию STARC, которая увеличивает термический КПД.

«STARC» — аббревиатура слов «strong,», «tumble» и «appropriately stretched robust ignition channel» (сильный, кувыркающийся, надежный канал зажигания с соответствующим удлинением). Эта концепция позволяет повысить термический КПД за счет усиления потока газа в цилиндре (потока топливовоздушной смеси, которая втягивается в цилиндр) и зажигания, сжигая более разбавленную воздушно-топливную смесь при высокой степени сжатия.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan подчеркивает, что для зарождения мощного начального фронта пламени и полного сгорания, важна стабильность и точность потока жидкости через свечу зажигания, особенно для разбавленных смесей и при высоких степенях сжатия (это позволяет повысить эффективность двигателя).
Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%
Модель изменения скорости жидкости в цилиндре во время такта сжатия.По словам Nissan, поддержание опрокидывания до конца такта сжатия является ключом к созданию стабильной скорости жидкости через свечу зажигания, что дает c-образный «канал выпуска» зажигания, который в конечном итоге позволяет полностью сжечь разбавленное топливо. смесь без стука.

Nissan заявляет, что в ходе своих внутренних испытаний удалось достичь теплового КПД 43% при использовании рециркуляции выхлопных газов и 50% при работе двигателя на фиксированных оборотах, фиксированной нагрузке и рециркуляции выхлопных газов.

Nissan: гибридная силова установка e-POWER и тепловой КПД 50%

Nissan(Other)

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

Исследователи из Саутгемптонского университета и Университета Лаваля, Канада, создали оптические волокна с полой сердцевиной и измерили обратное отражение в них, которое примерно в 10 000 раз меньше, чем у обычных оптических волокон. Данные разработки позволят снизить потери, которые в настоящее время наблюдаются в стандартных стеклянных оптических волокнах.

Оптические волокна из кварцевого стекла традиционно используются для высокоскоростной оптической связи, обеспечивающей работу Интернета и облачных сервисов. Однако, из-за рассеяния света внутри стекла часть мощности теряется в процессе передачи (явление известно, как затухание).

При передаче более коротких длин волн света, ослабление сигнала увеличивается. Таким образом, значительные потери при передаче по оптоволокну ограничивают возможности его использования в случаях, когда требуется передать именно более короткие длины волн света.

В новом исследовании, ученые из Саутгемптонского университета продемонстрировали, что направление света через наполненные воздухом волокна позволяет решить эту проблему.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

В новых оптических волокнах полая сердцевина окружена множеством тонких стеклянных по-верхностей выбранной толщины, которые действуют как зеркала для определенных длин волн и помогают удерживать свет в полости. Это позволяет снизить потери мощности, которые в настоящее время наблюдаются в стандартных стеклянных волокнах. Предоставлено Саутгемптонским университетом.

Команда исследователей создала полые волокна с потерями, меньшими, чем те, которые достигаются в твердых стеклянных волокнах на технологически важных длинах волн 660, 850 и 1060 нанометров. Направляя свет через наполненные воздухом волокна, исследователи значительно снизили затухание, а также ограничения, которые оно вызывает. Более низкое затухание в волокне, которое направляет свет через воздух, открывает возможности для достижений в квантовой связи, передаче данных и доставке лазерной энергии.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

Учёным удалось создать опытный образец антирезонансного микроструктурированного све-товода с полой сердцевиной. Изделие обладает нетипичным для волоконной оптики механиз-мом формирования и удержания в сердцевине передаваемого излучения: свет отражается от кварцевых стенок, окружающих полую сердцевину, за счёт явления антирезонанса. Благодаря этому эффекту оптоволокно имеет широкие перспективы применения.

На последующих этапах были разработаны поверхности, имеющие физическую форму, подобную форме вложенных или гнездовых трубок. Конструкция обеспечивала формирование мод (моды — возможные направления распространения луча), которые исследователи направляли через воздушную сердцевину своего волокна. Оригинальность конструкции помогает сохранить яркость испускаемого лазерного света с низкими потерями на распространение (минимизация количества фотонов, теряемых при распространении). Они также сохранили степень поляризации света, необходимую для улучшения существующих сенсорных технологий и эндоскопических устройств. Это важно, поскольку свет, направляемый вдоль волокна, будет распространяться со стабильным распределением и не будет подвергаться изменениям или внешним возмущениям.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

В отличие от обычного волоконно-оптического кабеля, в котором свет движется через стекло или пластик, пустотелые обладают повышенной скоростью передачи и меньшими потерями сигнала

Исследования улучшенных оптических волокон — ключ к успеху во многих фотонных приложениях. В частности, это улучшит производительность Интернета, который в значительной степени зависит от оптических волокон для передачи данных, где существующие технологии достигают предела своих возможностей.

Проблема измерения сигналов, рассеянных обратно в полых волокнах

У оптического волокна свет, попадающий в него, по мере распространения частично отражается назад, что называется обратным рассеянием. Это обратное рассеяние часто крайне нежелательно, поскольку оно вызывает ослабление сигналов, распространяющихся по оптическому волокну, и ограничивает производительность многих волоконно-оптических устройств, таких как оптоволоконные гироскопы, которые используются для навигации на авиалайнерах, подводных лодках и космических кораблях.

Однако возможность надежного и точного измерения обратного рассеяния может быть полезна также и в других случаях, например, при определении характеристик волоконных кабелей, где обратное рассеяние используется для контроля состояния кабеля и определения местоположения любых разрывов по его длине.

Но последнее поколение вложенных антирезонансных безузловых волокон с полой сердцевиной (NANF) демонстрируют обратное рассеяние, которое настолько низкое, что его было невозможно измерить.

Чтобы решить эту проблему, исследователи Центра исследований оптоэлектроники (ORC) Саутгемптонского университета объединились с коллегами из Центра оптики, фотоники и лазеров (COPL) Университета Лаваля, Квебек.

Они разработали прибор, который позволил измерить чрезвычайно слабые сигналы, рассеянные обратно в полых волокнах. Устройство позволило подтвердить теоретические предсказания о том, что обратное рассеяние на четыре порядка меньше, чем в стандартных полностью стеклянных световодах.

Оптические волокна с полой сердцевиной — новые возможности использования

Новые волокна с полой сердцевиной обладают потенциалом, превосходящим существующие оптические волокна на различных длинах волн, используемых сегодня в оптических технологиях. Они не только имеют более низкое затухание, но и также могут выдерживать высокие интенсивности лазерного излучения, например, необходимые для плавления горных пород и бурения нефтяных скважин, а также для производства совершенных лазеров.

Волокна с полой сердцевиной также могут передавать неискаженные лазерные импульсы с пиковыми уровнями мощности, достаточно высокими, которые было невозможно передавать по стандартным стеклянным волокнам. Кроме того они сохраняют поляризацию света, необходимую для создания более точных датчиков и эндоскопов для визуализации скрытых объектов.

Предлагаемая технология имеет потенциал для использования в более быстрых центрах обработки данных с более короткими задержками для конечного пользователя, более точных гироскопов для межпланетных миссий, более эффективного производства на основе лазеров и многих других.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

Волокна с полой сердцевиной обеспечат более быстрый и надежный Интернет с большей про-пускной способностью поможет поддерживать высокий уровень онлайн-работы и общения, а также позволит продвинуться дальше в таких областях, как 3D-видеоконференции и вирту-альная реальность.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

Исследователи из Саутгемптонского университета и Университета Лаваля, Канада, создали оптические волокна с полой сердцевиной и измерили обратное отражение в них, которое примерно в 10 000 раз меньше, чем у обычных оптических волокон. Данные разработки позволят снизить потери, которые в настоящее время наблюдаются в стандартных стеклянных оптических волокнах.

Оптические волокна из кварцевого стекла традиционно используются для высокоскоростной оптической связи, обеспечивающей работу Интернета и облачных сервисов. Однако, из-за рассеяния света внутри стекла часть мощности теряется в процессе передачи (явление известно, как затухание).

При передаче более коротких длин волн света, ослабление сигнала увеличивается. Таким образом, значительные потери при передаче по оптоволокну ограничивают возможности его использования в случаях, когда требуется передать именно более короткие длины волн света.

В новом исследовании, ученые из Саутгемптонского университета продемонстрировали, что направление света через наполненные воздухом волокна позволяет решить эту проблему.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

В новых оптических волокнах полая сердцевина окружена множеством тонких стеклянных по-верхностей выбранной толщины, которые действуют как зеркала для определенных длин волн и помогают удерживать свет в полости. Это позволяет снизить потери мощности, которые в настоящее время наблюдаются в стандартных стеклянных волокнах. Предоставлено Саутгемптонским университетом.

Команда исследователей создала полые волокна с потерями, меньшими, чем те, которые достигаются в твердых стеклянных волокнах на технологически важных длинах волн 660, 850 и 1060 нанометров. Направляя свет через наполненные воздухом волокна, исследователи значительно снизили затухание, а также ограничения, которые оно вызывает. Более низкое затухание в волокне, которое направляет свет через воздух, открывает возможности для достижений в квантовой связи, передаче данных и доставке лазерной энергии.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

Учёным удалось создать опытный образец антирезонансного микроструктурированного све-товода с полой сердцевиной. Изделие обладает нетипичным для волоконной оптики механиз-мом формирования и удержания в сердцевине передаваемого излучения: свет отражается от кварцевых стенок, окружающих полую сердцевину, за счёт явления антирезонанса. Благодаря этому эффекту оптоволокно имеет широкие перспективы применения.

На последующих этапах были разработаны поверхности, имеющие физическую форму, подобную форме вложенных или гнездовых трубок. Конструкция обеспечивала формирование мод (моды — возможные направления распространения луча), которые исследователи направляли через воздушную сердцевину своего волокна. Оригинальность конструкции помогает сохранить яркость испускаемого лазерного света с низкими потерями на распространение (минимизация количества фотонов, теряемых при распространении). Они также сохранили степень поляризации света, необходимую для улучшения существующих сенсорных технологий и эндоскопических устройств. Это важно, поскольку свет, направляемый вдоль волокна, будет распространяться со стабильным распределением и не будет подвергаться изменениям или внешним возмущениям.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

В отличие от обычного волоконно-оптического кабеля, в котором свет движется через стекло или пластик, пустотелые обладают повышенной скоростью передачи и меньшими потерями сигнала

Исследования улучшенных оптических волокон — ключ к успеху во многих фотонных приложениях. В частности, это улучшит производительность Интернета, который в значительной степени зависит от оптических волокон для передачи данных, где существующие технологии достигают предела своих возможностей.

Проблема измерения сигналов, рассеянных обратно в полых волокнах

У оптического волокна свет, попадающий в него, по мере распространения частично отражается назад, что называется обратным рассеянием. Это обратное рассеяние часто крайне нежелательно, поскольку оно вызывает ослабление сигналов, распространяющихся по оптическому волокну, и ограничивает производительность многих волоконно-оптических устройств, таких как оптоволоконные гироскопы, которые используются для навигации на авиалайнерах, подводных лодках и космических кораблях.

Однако возможность надежного и точного измерения обратного рассеяния может быть полезна также и в других случаях, например, при определении характеристик волоконных кабелей, где обратное рассеяние используется для контроля состояния кабеля и определения местоположения любых разрывов по его длине.

Но последнее поколение вложенных антирезонансных безузловых волокон с полой сердцевиной (NANF) демонстрируют обратное рассеяние, которое настолько низкое, что его было невозможно измерить.

Чтобы решить эту проблему, исследователи Центра исследований оптоэлектроники (ORC) Саутгемптонского университета объединились с коллегами из Центра оптики, фотоники и лазеров (COPL) Университета Лаваля, Квебек.

Они разработали прибор, который позволил измерить чрезвычайно слабые сигналы, рассеянные обратно в полых волокнах. Устройство позволило подтвердить теоретические предсказания о том, что обратное рассеяние на четыре порядка меньше, чем в стандартных полностью стеклянных световодах.

Оптические волокна с полой сердцевиной — новые возможности использования

Новые волокна с полой сердцевиной обладают потенциалом, превосходящим существующие оптические волокна на различных длинах волн, используемых сегодня в оптических технологиях. Они не только имеют более низкое затухание, но и также могут выдерживать высокие интенсивности лазерного излучения, например, необходимые для плавления горных пород и бурения нефтяных скважин, а также для производства совершенных лазеров.

Волокна с полой сердцевиной также могут передавать неискаженные лазерные импульсы с пиковыми уровнями мощности, достаточно высокими, которые было невозможно передавать по стандартным стеклянным волокнам. Кроме того они сохраняют поляризацию света, необходимую для создания более точных датчиков и эндоскопов для визуализации скрытых объектов.

Предлагаемая технология имеет потенциал для использования в более быстрых центрах обработки данных с более короткими задержками для конечного пользователя, более точных гироскопов для межпланетных миссий, более эффективного производства на основе лазеров и многих других.

Исключительные свойства оптических волокон нового поколения

Волокна с полой сердцевиной обеспечат более быстрый и надежный Интернет с большей про-пускной способностью поможет поддерживать высокий уровень онлайн-работы и общения, а также позволит продвинуться дальше в таких областях, как 3D-видеоконференции и вирту-альная реальность.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *