Термоглиссер

[vsevolodson]

Я сам так думал. Но вот материлы...

Материлы пусть вас не смущают. Это же не сопло Лаваля уже будет. Посему передача импульса будет совсем иная - сильно хуже.

Даже если вы и правы, то я предлагаю поискать способ сделать нижнюю стенку из чего-то виртуального. Скажем выпускать по нижнему краю более тяжелый газ.

Внутреннюю стенку камеры "сгорания" надо отгородить от центральной струи с Т=5000К "виртуальными" стенками из более холодного водорода (Т=3000К). Надо сказать, что подобные "занавески" из холодных струй водорода используются в американских ЖРД. Но в нашем случае тут уже без зачернителя, систем зеркал и окон уже тогда не обойтись. А  очень бы хотелось...

PS
Я тут подумал. Зачернитель не разогреется до температуры фотосферы Солнца. Он получает энергию с одной стороны и перизлучает её тут же с другой. Т.е. падающую на него мощность надо делить на 2. Максимальная температура будет (5778⁴/2)^1/4, т.е. примерно 4800К. Так что смысла нет изголяться с радиационным нагревом, всё равно не получить сильно больше, чем теплопередачей (4000К).

[alex_semenov]

Правый рисунок "большая высота" то есть почти нет давления атмосферы. Сопла, насколько я понимаю, именно как сопла, как движетели, преобразователи хаоса в работу, вполне сопоставимы.

Кстаит такое сопло хотели поставить на "Звезду удачи", "venture star".
А там один двигатель и для земли и для космоса.



На тот самый X-33
И кстати это машина в которой ВСЕ ОПТИМИЗИРУЕТСЯ. Масса, двигатель. То есть вряд ли на "счастливчика" стали бы городить ОТСТОЙНОЕ сопло...

[vsevolodson]

На тот самый X-33

Блин, ну там же ноззл окружён стенками! А у вас их нету. Неужели вы этого не видите. Поэтому двигатель Х-33 будет работать, а ваш - не очень.

[alex_semenov]

Материлы пусть вас не смущают. Это же не сопло Лаваля уже будет. Посему передача импульса будет совсем иная - сильно хуже.

Мне бы вашу уверенность!

Даже если вы и правы, то я предлагаю поискать способ сделать нижнюю стенку из чего-то виртуального. Скажем выпускать по нижнему краю более тяжелый газ.

Внутреннюю стенку камеры "сгорания" надо отгородить от центральной струи с Т=5000К "виртуальными" стенками из более холодного водорода (Т=3000К). Надо сказать, что подобные "занавески" из холодных струй водорода используются в американских ЖРД. Но в нашем случае тут уже без зачернителя, систем зеркал и окон уже тогда не обойтись. А  очень бы хотелось...

Ну с этой мехнаикой надо разбираться профессионалам по газодинаике сопел. Но впечатляет примитивность устройства машины.

PSЯ тут подумал. Зачернитель не разогреется до температуры фотосферы Солнца. Он получает энергию с одной стороны и перизлучает её тут же с другой. Т.е. падающую на него мощность надо делить на 2.

Вторая (материальная) стенка сопла -  ведь зеркало. Поэтому попадающий в сопло-камеру и зачернитель и собственно водород будет окружен солнечным пеклом считай  со всех сторон.

[alex_semenov]

На тот самый X-33

Блин, ну там же ноззл окружён стенками! А у вас их нету. Неужели вы этого не видите. Поэтому двигатель Х-33 будет работать, а ваш - не очень.

Вы о рисунке? И где же там стенки? Да и подумайте,  зачем подобные "стенки" (если они действительно есть) такому соплу на низкой высоте? А ведь на рисунке как раз показан корабль только оторвавшийся от старта.

[Foma]

Про глиссер, но не термо.
Посчитал баллистику солнечного парусника, проходящего вблизи от Солнца. Постановка следующая: аппарат массой 1 тонна подлетает по гиперболической траектории с расстоянием перицентра в несколько радиусов Солнца и скоростью на бесконечности в 10 км/с. На расстоянии 0.1 а.е. он раскрывает парус площадью 10⁵ (маленький парус) или 10⁶ м² (большой парус). Считается, что вектор тяги паруса все время направлен по текущему вектору скорости, это разумеется не самый оптимальный закон управления, но нам сгодится.
На рис.1 показаны траектории аппарата без паруса (тонкая черная гипербола), с  малым парусом (синяя), с большим парусом (черная).
На рис.2 большой парус пролетает в 3 радиусах от центра Солнца, показаны абсолютная скорость и перегрузки в м/с², как функция времени.
На рис.3 показаны итоговые скорости на бесконечности для большого (красный) и малого (синий) паруса, как зависимость от расстояния пролета Солнца.

Расчеты носят предварительный характер, но некоторые выводы можно сделать.
Ультралегкие солнечные паруса с характеристиками, близкими к приведенным выше, могут разгоняться вблизи Солнца до скоростей 200-500 км/с, чего достаточно для путешествий по ближайшим окрестностям. При грамотной оптимизации траектории на участке разгона вероятно достижимы и большие скорости, не исключено, что вплоть до 1000 км/с. Для небольших автоматических зондов самое оно.
При пролете дальше 3 радиусов Солнца перегрузки остаются умеренными, во многом благодаря значительной продолжительности участка разгона (5-8 часов). Примерно такая же ситуация будет у термоглиссера, что стоит учесть при оптимизации удельного импульса его ДУ. Хотя за парусником ему все равно не угнаться

[pkl]

Треугольный аппарат

Почему треугольный?

Разгонный участок перигелия будет коротким, несколько часов. Поэтому, чтобы получить достаточно большое приращение скорости, тяга должна быть максимальной. Т.е. нужно максимальное количество водорода выбросить за минимальный отрезок времени. Соответственно надо или много сопел или одно большое. Далее, по мере выработки рабочего тела масса аппарата будет уменьшаться, но к этому моменту аппарат уже пройдёт перигелий и будет удаляться от Солнца, соответственно интенсивность излучения и тяга будут падать. Но аппарат будет легче и ускорение сохранится!

Я не имел в виду обтекаемую форму. Я представляю себе аппарат как связку баков, прикрытую отражающим полотнищем вроде такого:

[pkl]

Надо либо выжать из термоглиссера межзвёздный привод...

Ставьте реальные задачи! Я думаю, термоглиссер - это лишь первая ступень разгонной системы. Вторая - солнечно-тепловой двигатель с концентраторами. Или парус. Третья - ЯЭДУ с ионниками.

[pkl]

Водород движется из места с большим давлением в место с меньшим. То есть из узкого места к широкому срезу приплюснутого сопла. Проблема этой конструклии лишь в том, что в нормальном двигателе процесс нагрева и расширения разделены. Газ сначала нагревается в камере сгорания а в споле расширяется (и упорядочивается). Но в гиперзвуковых прямоточках, насколько я понимаю, процесс уже совмещают, дожигая топливо даже в сопле? Там проблема номер один - рабочее тело так быстро движется через двигатель что не успевает сгореть.
Еще. Сопло двигателя может быть ПОЛОВИНЧАТЫМ. Так называемыс Plug Nozzle.

Мне кажется, гораздо перспективнее простое плоское сопло. Или ряд сопел, проходящих через центр масс.

Ну не заставляйте вы корову летать! У концепции есть некие пределы ее возможностей.

(с)

Нужно ещё чем-то доразгоняться. Я за парус /для лёгкого зонда/ и за связку буксиров - солнечно-тепловой + ядерный /для более тяжёлого/.

Нашёл интересную подборку картинок:
http://www.flickr.com/photos/nyrath/2706814523/#in/set-72157606400309422/

[pkl]

При пролете дальше 3 радиусов Солнца перегрузки остаются умеренными...

Если зонд автоматический, то какая ему разница, какие перегрузки? Автомат можно вообще запускать электромагнитной пушкой и обойтись без ракетной техники как таковой!

[vsevolodson]

Но аппарат будет легче и ускорение сохранится!

Я построил таки дискретную матмодель. В качестве упрощения я как раз и взял постоянное ускорение (для начала 1g), начиная с точки наибольшего сближения с Солнцем (1,0108 радиусов Солнца от его центра). Для случая, когда ускорение длится первые 10000 сек (чуть менее 3х часов), я получил следующие результаты:
- окончание разгона будет достигнуто на расстоянии 5,64 радиусов Солнца от его центра;
- итоговая скорость ровно 300 км/с;
- требуемое дельта-v - 100 км/с.

Выглядит это весьма плохо. Попробовал ускорение 2,5g в течение 1ч после достижения перигелия:
- окончание разгона на расстоянии 2,51 радиусов Солнца от его центра;
- итоговоая скорость - 316 км/с;
- требуемое дельта-v - 90 км/с.

Лишь чуть лучше... Затем попробовал дифферинцированное ускорение (линейно падающее по закону a₀/r, где r - расстояние от центра Солнца), но оно также никак не помогает улучшить ситуацию. Всё равно, в рамках приемлемых входных параметров (для обитаемого корабля) никак не получается получить на выходе более 0,001с. Все результаты крутятся около этого числа, как бы я не играл параметрами.

PS.
Экселевский файл с матмоделью весит зело много, прикреплять не стал. Позже может как-нибудь иначе размещу.

[pkl]

Тогда так и оставьте. Не надо насиловать идею. Говорю же, термоглиссер - это только первая ступень.

[Dem]

А в чём собственно у нас проблема? Солнце недостаточно горячее?

[armadillo]

тогда берите еще зеркало и используйте магнитные поля солнца для управления внешним соплом.

[vsevolodson]

Ну не мучте вы животное! Ну не заставляйте вы корову летать! У концепции есть некие пределы ее возможностей. Не тяните ее за эти пределы! И то что она дает - уже здорово.

так и оставьте. Не надо насиловать идею

Видимо, мои надругательства над звездоскрёбом смущают людей 

[Прохожий]

НЕ обращайте внимания. Идея должна быть рассмотрена до конца.....

[vsevolodson]

Нашёл интересную подборку картинок:
http://www.flickr.com/photos/nyrath/2706814523/#in/set-72157606400309422/

И вправду, в качестве коллектора выглядит очень даже интересно.


Можно использовать для второй ступени такой вот коллектор, а для третьей - ядрёный ионник, что будет тихонечко работать на разгон и торможение всё оставшееся время полёта. Но, смею заметить, коллектор с ионником уже за рамками рассмотрения этой темы. С этим - туда.

[vsevolodson]

Всё равно, в рамках приемлемых входных параметров (для обитаемого корабля) никак не получается получить на выходе более 0,001с. Все результаты крутятся около этого числа, как бы я не играл параметрами.

Ещё вариант. Ускоряться начинаем до наступления перигелия. Точнее, попробовал начать на расстоянии 1,395R_sol от центра, когда температура двухсторонней поверхности с альбедо 0,1 достигает 4000^oK (температура, до которой потребно нагревать водородъ). Ускорение дифференциальное, пропорционально удалению от центра Солнца и меняется примерно следующим образом: 28,7(старт)..39,6(max)..28,7(выкл) [м/с²]. Собственно разгон занял ~2750 сек, т.е. меньше часа. Финальная скорость составила почти 350 км/с, а требуемое дельта-v - 97 км/с.

Таким образом, лишние 50 км/с вовсе не стоят того, чтобы изголяться, поэтому следует ограничиться итоговой скоростью 300 км/с. Надо оптимизировать по массовому числу...

[pkl]

Можно использовать для второй ступени такой вот коллектор, а для третьей - ядрёный ионник, что будет тихонечко работать на разгон и торможение всё оставшееся время полёта...

ДА!!! Именно так я и хочу! Может, из этого что и вырастет.

[pkl]

А в чём собственно у нас проблема? Солнце недостаточно горячее?

Идея выходит за рамки реализуемости /у нас то А. Семёнов с виртуальным соплом, сейчас ещё один товарищ с магнитными полями вылез/ и, тем самым, теряет свою красоту и изящество.