2 / 18
Характеристики неравнотемпературных систем концентратор–приемник…
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 2
67
В настоящей статье рассмотрена возможность использования СВИТ с пря-
мым нагревом газообразного рабочего тела (водорода) в системе зеркальный
концентратор–приемник (КП) солнечного излучения. При этом отсутствуют
массогабаритные ограничения при использовании в РБ теплового аккумулято-
ра. Однако использование СТРкД с системой КП подразумевает обеспечение
прецизионной точности отслеживания положения Солнца и фокального свето-
вого пятна на светоприемнике в течение относительно коротких перигейных
включений при большой скорости полета, а также при продолжительной работе
на апогейных участках траектории довыведения на ГСО [10, 11].
Солнечный высокотемпературный источник теплоты с системой КП обык-
новенно рассматривается как равнотемпературный источник, светоприемник
которого выполнен в виде лучепоглощающей полости [4, 12, 13]. Моделью тако-
го приемника является абсолютно черное тело, равномерно излучающее по всей
входной апертуре в диапазоне длин волн, соответствующих максимальному
нагреву внутренней поверхности. Тепловые потери на собственное излучение
приемника ограничивают КПД системы КП в отношении нагрева водорода, что
является основным препятствием для повышения эффективности РБ с СТРкД в
задачах межорбитальной транспортировки. В связи с этим представляет прак-
тический интерес исследование и разработка высокоэффективных систем КП с
нагревом газа в приемнике при минимизации тепловых потерь на обратное соб-
ственное излучение.
Предельно-неравнотемпературная система КП.
В работах [3, 5] рассмотрены
системы КП с организацией неоднородного (неравнотемпературного) нагрева ра-
бочего тела, с непрерывным его нагревом при движении от периферии радиально-
го приемника к центру, соответствующему участку «солнечного изображения».
При этом теоретически возможен нагрев рабочего тела до высоких температур
(свыше 3000 K) при умеренной средней концентрации солнечного излучения,
определяемой параметром точности концентратора
[3]. Интересно рассмот-
реть процессы в подобном приемнике при отсутствии перетекания теплоты от
центральной части к периферии, что указывает на его предельные характеристики.
Как отмечено в работе [3], приемник такого типа может быть достаточно характе-
рен для СТРкД, поскольку водород на входе имеет низкую температуру, близкую к
температуре его кипения (20 K), а температура на выходе
2
H
T
может превышать
2500…3000 K. Показано, что перетекание теплоты в приемнике незначительно
влияет на его эффективность при больших диаметрах зеркал (более 6…9 м).
Указанные значения условного диаметра солнечного концентратора, характери-
зующего полное количество солнечной энергии, уловленной и сфокусирован-
ной концентратором, значительно меньше размеров зеркал, требуемых для созда-
ния СТРкД применительно к ракетам-носителям (РН) среднего класса типа
«Союз-2» [10, 11].
Разработка неравнотемпературной системы КП для СТРкД как средства
межорбитальной транспортировки имеет в качестве цели повышение удельного
импульса двигателя, определяющего экономичность выполнения полетной зада-