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供应BD试剂货号:342003

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更新时间:2023-06-16 11:26:00浏览次数:203次

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建造VASIMR就是张福林在20世纪70年代提出的主意。它能同时具有化学火箭发动机和离子发动机的能力。传统化学火箭发动机拥有高推力、低比冲,离子发动机则是低推力、高比冲。而VASIMR,它能在高推力、低比冲和低推力、高比冲之间的自由转换,在这两者之间调整参数,所以被称作“可变比冲”。

张福林一直致力于该项目研究,但之后的20多年里他忙于作为宇航员7次进入太空。直到2005年,他从NASA退役组建了Ad Astra火箭公司,试验场就在他的出生地哥斯达黎加附近的航空中心。

突破性成果在2008年到来,这就是VX-200等离子引擎测试台,它利用氩气作为推进剂的*阶段达到了全功率30千瓦。VX-200*超越了传统的等离子发动机:比冲在3000~30000秒之间随意转换,也就是喷射等离子的速度在30~300千米/秒,能量转换效率高达67%。张福林说:“用它飞到火星只需39天,这样能节省大量的燃料、食物、水、空气,宇航员也能摆脱长时间的宇宙射线辐射。”

VX-200分为三部分:在前部单元里,首先是把喷出的气体电离生成等离子体,类似于在蒸汽机里烧开水,这是以一种螺旋波射频天线(helicon RF antennas)来实现;中部单元充当放大器,它用电磁波的能量进一步把等离子体加热到几百万度;而尾部单元的磁性喷嘴可将等离子体的能量转化为喷气口的速度,从而产生反向的推力。

张福林解释说,VX-200使用了新的算法来控制和稳定等离子体,主要是控制超导磁场。通常来说,火箭发射时喷射气体温度越高,比冲量就越高。为大限度利用效能,VASIMR火箭中部单元的温度相当于太阳中心的温度。但是火箭发动机的喷射嘴所能承受的温度有限。喷嘴温度太高,用什么材料是一个问题。和核聚变装置一样,解决的办法是使用磁场。在强磁场,比如超导磁体产生的磁场下,等离子体会以固定频率旋转。发动机的中部单元在磁场控制下让其按自然频率绕磁场旋转,当温度迅速上升之后,再从尾部单元把旋转变成轴向运动并释放出去。所有这些变化的环境都要求对磁场和电磁波精准的控制,这是新的控制算法的功劳。截止2009年5月底,VX-200真正上天的原型机已经开始了试验,它能实现从近地轨道到月球轨道的变轨。

简介

三轴陀螺仪是惯性导航系统的核心敏感器件,其测量精度直接影响惯导系统的姿态解算的准确性。因此,如何减小三轴陀螺仪的测量误差,提高其测量精度,就成为了一个至关重要的问题 [1]  。对于单轴陀螺仪来说,影响其静态测量精度的主要因素是该传感器的零偏误差、刻度系数误差和随机漂移误差; 但对于三轴陀螺仪来说,其测量结果的精度与构成三轴陀螺仪的各单轴陀螺仪的零偏误差、刻度系数误差、随机漂移误差以及各单轴陀螺仪敏感轴之间的不正交安装误差相关。相比于单轴传感器,三轴传感器的校准参数更多,校准过程更为复杂。目前,陀螺仪的标定通常采用位置标定和速率标定方法 [2]  ,这2 种方法具有原理简单、易于实现、精度较高等优点,但随着标定参数的增加,数据量剧增,耗时,且测试条件比较苛刻,需要高精度的测试设备,标定结果取决于测试设备的精度; 此外,有采用系统级的标定方法,利用惯性仪表的输出直接进行导航解算,利用导航解算误差作为量测量来估算陀螺误差参数,这种方法不需要精密的测试设备,通常采用滤波算法对误差进行参数估计,但计算量大,可观测性分析复杂,标定时间较长。因此,本文提出了一种基于椭球拟合的三轴陀螺仪的快速校准方法。首先对三轴陀螺仪的制造误差进行全面的理论分析,建立相应的数学模型,然后根据椭球拟合算法,对包含制造误差的三轴测量数据进行椭球拟合,并对陀螺仪的制造误差进行参数标定与补偿 [3]  。

核动力还是太阳能?

“VASIMR终将是一个核电火箭发动机。”张福林认为,因为目前好的动力来源就是核反应堆。等离子发动机需要超长的持续电力供应,用核裂变反应堆为VASIMR提供电力,能很轻松地将人们带到火星,使用的燃料比化学火箭少很多,飞行时间也会少很多。这要求携带一个电力供应装置。

但是VASIMR的主要买家NASA却始终对它的动力源守口如瓶。他们所说的能源方式是使用一个巨大的太阳能电池板。但电池板的效率不够高,如果想往外围的深空继续进发,或者运送更大的载重,就必须获得更大的电能,至少应该达到以兆瓦计算的规模,而目前的VASIMR多也就200千瓦。对太阳能电力系统进行改进以增加太阳能的利用效率,一可预期的方式是使用纳米技术,但需要多久才能发展出能实用、可靠的技术呢?还没有答案。一的选择就是使用核电系统,

NASA的表态可能是考虑到安全问题,以及公众的“谈核色变”。“很明显,核裂变只要设计正确,操作维护认真,是可以安全运行的。”VASIMR研究项目小组的负责人对使用核技术并不回避,他说:“VASIMR是在航天器升上太空之后才开始启用,核反应堆在离开地球时处于惰性状态,并且我们将它拆开后才向太空运送。因此任何单*部分都不会对地球造成威胁,惰性状态下的铀也没什么危险。”

技术已经能让船载核电系统产生数百千瓦的电能,而且在不远的将来能发展到兆瓦的级别。离子发动机的推力仍旧比不上传统的火箭发动机那么高,不适合做火箭的*级发动机,很难将有效载荷从地球带到近地轨道。但比冲量方面的优势则很明显,到了近地轨道,离子发动机的优势才能显现。张福林和他的团队希望在测试中将动力升至200千瓦,这足够提供大约0.45千克的推力。听上去并不太多,但在太空中,0.45千克的推力可以驱动2吨重的货物。

2012年,Ad Astra的VASIMR原型(使用太阳能发电,而不是核能)将被带到空间站,一名宇航员将在太空行走中安装这台200千瓦的发动机。如果一切顺利,用5牛顿的推力,就能让空间站实现变轨。试验成功与否,将暗示着VASIMR能否为NASA画出下一个十年计划的美好前景—轻松将人员或货物送上月球,或者火星。

 

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