Ракета,запитываемая лазером: способ вырваться из гравитационного колодца Земли?

[dimetrigontchev]

Зато видео старта - не закрытая информация. Белое пламя и пар. Что это, с Вашей точки зрения, - некое особое конспирологическое топливо, призванное достоверно имитировать сгорание водорода в кислороде?   Или всё-таки просто кислород, водород и водяной пар, "идентичный натуральному"? 

Боб, цвет пламени зависит исключительно от температуры истекающей струи (полагаю Закон Излучения Черного Тела Вам известен). Что касается пара  (где Вы его там углядели?) ну пусть на паровой машине полетели 

[bob]

Боб, цвет пламени зависит исключительно от температуры истекающей струи (полагаю Закон Излучения Черного Тела Вам известен).

Да вот нет уж. Цвет пламени и дыма полностью определяется сгорающим составом. Оно совершенно нечернотельное при тех температурах. И каждый знает, как выглядит старт на несимметричном диметилгидразине, на керосине, на водороде, на разных пороховых смесях. Тут ни один даже любитель не ошибётся. Видео старта, даже издалека, достаточно, чтобы понять, на каком топливе и окислителе шпарят. Ошибок тут не бывает.

[dimetrigontchev]

Да вот нет уж. Цвет пламени и дыма полностью определяется сгорающим составом. Оно совершенно нечернотельное при тех температурах. И каждый знает, как выглядит старт на несимметричном диметилгидразине, на керосине, на водороде, на разных пороховых смесях. Тут ни один даже любитель не ошибётся. Видео старта, даже издалека, достаточно, чтобы понять, на каком топливе и окислителе шпарят. Ошибок тут не бывает.

Вы глубоко ошибаетесь: белое сияние я не раз наблюдал даже на фоне ясного летнего дневного неба на срезе форкамеры Е-266 при вертикальном форсаже. А топливо там - банальный авиационный керосин с окружающим воздухом
Вы случаем аэро-космос с выборами Римского Папы не путаете? 

[Polnoch Ксю]

Не. Чистота проекта теряется. Мы договаривались летать без баков.

Мы вообще читерствуем Обходим и закон сохранения энергии, и формулу Циолковского. Что мешает продолжить? Хорошо же получается

Не пойдёт. На черта тогда вторая ступень.

Скорее, "зачем нам первая?" Первая это многоразовая стартовая платформа, которая практически бесплатно доставляет как можно более дешевую вторую(тупой аллюминиевый бак с водой с газодинамическими рулями) на высоту от 35 км (а может и до 50-60) и разгоняет ее от 8-10М до, может, 15-20М.

Первая ступень сложное, прочное сооружение, способное выдерживать большие нагрузки от атмосферы на гиперзвуковой скорости, которая частично (еще могут быть сбрасываемые экраны) или полностью экранирует вторую от плотного набегающего потока на гиперзвуковой скорости (все-таки в стратосфере тонкий аллюминиевый бак с водой на гиперзвуке просто лопнет!).
У нее действительно нет баков за ненадобностью, но единственная причина, почему нам следует беречь рабочее тело из второй ступени, это ее самостоятельный разгон из верхней части стратосферы до первой космической.
Чуть-чуть во время бесплатного ДОразгона первой ступени, еще используя воздух как рабочее тело, но когда скорость перешагнет 8М, для охлаждения позаимствовать можно, не обеднеет вторая ступень.
А еще, кто нам помешает закачивать теплую воду назад, не тратя ее? Если ДОразгон, требующий охлаждения рабочим телом будет коротким, то ничего с баком с водой не случится: вода не закипит, бак не лопнет, пар стравим.
Я так же слышала, что когда криогенными компонентами для ракет с ЖРД охлаждают камеру сгорания, система охлаждения их потом просто выкидывает не через камеру сгорания, и это очень незначительная масса рабочего тела.

Первая ступень не обязана соблюдать оптимизацию по формуле циолковского, так как у нее неограниченный доступ к рабочему телу из атмосферы и практически не ограниченный к энергии для его нагрева.

А вот вторую лучше оптимизировать: она должна по массе быть как можно более легкой с сухой массой, поэтому тащить тяжелые, прочные, еще и дорогие конструкции второй вверх бессмысленно.

[Anatoly]

Вы ж без КПД считали "энергоблоки"  - так что, с учетом времени разгона посчитав "рабочую мощность", названные "коэффициенты умножения" добавьте к Вашим расчетам количества энергоблоков тоже...

Вы там насчитали что-то такое же невероятное, как и Ваш клон (я же не ошиблась, и пользователь с двумя сообщениями это Вы?)

увы, но и в этом предположении Вы ошиблись...

Почему такой КПД ? А не, скажем, вообще 10E-7?

такой КПД обусловлен предлагаемой Вами системой энергопередачи - слишком длинная цепочка преобразований энергии от генератора к двигателю обеспечивает чрезмерно высокие потери -  плюс к этому еще и использование лазерного излучения с весьма низким КПД как при генерации, так и на энергоприемнике (кстати, механизм преобразования энергии луча в кинетическую энергию аппарата Вы даже в общем не рассматриваете - а тут потерь может оказаться хорошо если не больше, чем при генерации луча) - т.е. благодаря предлагаемой Вами схеме получается, что практически вся энергия, вырабатываемая генераторами - будет уходить в пространство, а не совершать работу по разгону аппарата

Какой бы ни был КПД, хоть даже 10E-7, одним энергоблоком Вы байкал не вскипятите

по Вашей схеме одним энергоблоком Вы вообще ничего и не запустите - чтобы разогнать сколько-нибудь массивный аппарат при таком КПД энергопередачи (т.е. чтобы передать нужное количество энергии в движение аппарата) Вам потребуется не один, не два, а сотни и тысячи энергоблоков (и с системой утилизации тепла на каждом) - плюс из-за лазерной схемы почти вся вырабатываемая ими энергия будет превращена в обычные теплопотери - поэтому и получается, что придется "кипятить моря" даже для однократного вывода хоть сколько-нибудь значимого груза...

Ну и конечно, да, нужно повышать КПД лазера. Фундаментальных ограничений, что бы он выбрался с 10% для относительно маломощных до процентов 40% для сверхмощных же нет

да, фундаментальных запретов на повышение КПД лазера нет - также как и нет фундаментального запрета использовать генерацию антивещества в качестве сверхэффективного аккумулятора энергии - вот только пока нет ни одного реального способа создать это все - так что, если предлагается некая схема, да еще и претендующая на снижение стоимости вывода грузов на орбиту - то в этой схеме надо рассматривать то, что уже реально существует или известно, что может быть сделано, а не то, о чем пока только мечтают - к примеру, если бы существовали мощные лазеры (ключевой элемент Вашей модели!) с КПД хотя бы как у двигателя внутреннего сгорания - то стрелковое огнестрельное оружие давно бы перестало быть нужным и все бы испаряли друг в друга "лазерами" и "бластерами" как в фантастике...

[Alex_O]

к примеру, если бы существовали мощные лазеры (ключевой элемент Вашей модели!) с КПД хотя бы как у двигателя внутреннего сгорания - то стрелковое огнестрельное оружие давно бы перестало быть нужным и все бы испаряли друг в друга "лазерами" и "бластерами" как в фантастике...

Полупроводниковые лазеры могут иметь КПД до 40% при мощности в десятки-сотни Вт. И ничто не мешает соединять их в поля по 100 000. Есть у них некоторые проблемы с качеством луча, но технологии не стоят на месте!

[bob]

такой КПД обусловлен предлагаемой Вами системой энергопередачи - слишком длинная цепочка преобразований энергии от генератора к двигателю обеспечивает чрезмерно высокие потери -  плюс к этому еще и использование лазерного излучения с весьма низким КПД как при генерации, так и на энергоприемнике (кстати, механизм преобразования энергии луча в кинетическую энергию аппарата Вы даже в общем не рассматриваете - а тут потерь может оказаться хорошо если не больше, чем при генерации луча) - т.е. благодаря предлагаемой Вами схеме получается, что практически вся энергия, вырабатываемая генераторами - будет уходить в пространство, а не совершать работу по разгону аппарата

Есть такая фишка. Всё зависит от дороговизны энергии. Поэтому я и предложил ТЭЦ вместо АЭС. Не особо экологично, но очень дёшево. Представьте себе антрацитово-чёрный движок, возможно, окружённый рефлектором. Как раз для лучшей фокусировки и избежания энергопотерь. И Ваша задача - только удерживать на нём луч где-то до 30-40 км высоты. А дальше и не нужно. Это вполне реально. Так что идея неплоха. Возможно, что это вполне себе метод.

Полупроводниковые лазеры могут иметь КПД до 40% при мощности в десятки-сотни Вт. И ничто не мешает соединять их в поля по 100 000. Есть у них некоторые проблемы с качеством луча, но технологии не стоят на месте!

Не. Тут только газовые лазеры катят. Нужны, минимум, киловатты. Если не мегаватты.
Но можно и не газовые. Прикладная наука не стоит на месте. Появились новые принципы. Вот
http://topwar.ru/14767-boevye-lazery-stanut-esche-moschnee.html
новейшая разработка, хорошо ложащаяся в проект ув. Полночи. Мощность, длительность работы и расходимость луча как раз нужные для её стационарной установки наземной части комплекса. Всего один-два таких лазерочка вполне помогут её ракете.

[Anatoly]

...Представьте себе антрацитово-чёрный движок, возможно, окружённый рефлектором. Как раз для лучшей фокусировки и избежания энергопотерь. И Ваша задача - только удерживать на нём луч где-то до 30-40 км высоты. А дальше и не нужно. Это вполне реально...

Вот пока совершенно не понимаю - какой будет принцип работы такого нагреваемого извне двигателя? как именно происходит преобразование энергии излучения в кинетическую энергию реактивной струи? - ИМХО, это вторая, после генерации луча, ключевая проблема предлагаемой идеи, способная ее похоронить...
По Вашему описанию пока что единственная ассоциация - движок внешнего сгорания (типа того же стирлинга) - а тут и КПД нефонтанный будет и предельная развиваемая мощность совершенно не тех масштабов, что нужно...
Мне пока что представлялось сколько-нибудь рабочим что-то типа воздушно-реактивного двигателя с использованием смеси предельно поглощающей излучение (угольно-черной?) пыли и набегающего воздуха, переводимой поглощенным излучением в состояние плазмы с последующим выбросом воздуха через сопло и предсопловой фильтрацией наполнителя, который далее снова смешивается с поступающим воздухом и снова подается в фокус...

P.S. в смысле лазеров я ориентировался на экстраполированные на бОльшую мощности системы типа тактического http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D1%83%D1%82%D0%B8%D0%BB%D1%83%D1%81_%28%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%9F%D0%A0%D0%9E%29 и стратегического http://ru.wikipedia.org/wiki/Boeing_YAL-1 Но также можно иметь в виду и развитие на порядок большей мощности лазеров типа того, который был запланирован на "Скиф-ДМ" ( http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%D0%B8%D1%84-%D0%94%D0%9C ) или "Терра" ( http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%80%D1%80%D0%B0_%28%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B0_%D1%80%D0%B0%D0%B7%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%BA%D0%B8_%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BE%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B8%D1%8F%29 )  - однако это все не дотягивает до потребной мощности луча даже и с такими оптимистичными надеждами...
P.P.S вообще мне кажется, что для расстояний до 100км сквозь атмосферу использование лазера как энергоканала менее эффективно, нежели использование микроволнового излучения...

[Polnoch Ксю]

да, фундаментальных запретов на повышение КПД лазера нет - также как и нет фундаментального запрета использовать генерацию антивещества в качестве сверхэффективного аккумулятора энергии

Предлагаю кому-нибудь поискать в интернете график изменения КПД лазера для какой-то определенной мощности от времени(в годах): я искала, не нашла. Но подозреваю, что там будет что-то около экспоненты, во всяком случае с положительной второй производной (т.е. будет загибаться вверх)

Пару дней назад писала о том, что нельзя игнорировать технический прогресс, нельзя строить прогнозы будущего, опираясь на прошлое и даже на настоящее, нужно эстраполяции делать и ведь нет оснований для того, что КПД лазеров перестанет улучшаться.
0,1% КПД это просто дичь

[bob]

Вот пока совершенно не понимаю - какой будет принцип работы такого нагреваемого извне двигателя? как именно происходит преобразование энергии излучения в кинетическую энергию реактивной струи? -

Я думаю, что лучче всего тупо и прямо: подсветить зачернённую болванку, выполненную в форме ПВРД. Может быть в охватывающем рефлекторе, если не без него. Но сначала её нужно подразогнать, хотя бы до одного маха, чтобы заработала.

[bob]

P.P.S вообще мне кажется, что для расстояний до 100км сквозь атмосферу использование лазера как энергоканала менее эффективно, нежели использование микроволнового излучения...

Нужны только первые 30-40 км. Дальше - вторая ступень на традиционных принципах.

[Polnoch Ксю]

Представьте себе антрацитово-чёрный движок, возможно, окружённый рефлектором. Как раз для лучшей фокусировки и избежания энергопотерь. И Ваша задача - только удерживать на нём луч где-то до 30-40 км высоты

Ну или вот. Или СВЧ. Или полупроводниковые лазеры киловатной мощности (тысячи их), Anatoly, скажите, создать их технически невозможно?

[pkl]

Остающиеся сложные моменты:

Ничего себе, остающиеся! Это ключевые проблемы!

1) сверхмощный лазер, если бы кто-то про них рассказал, сделал обзор, было бы хорошо

Удалось найти кое-что по КПД. Оказывается, он может достигать и 90%!!!
http://www.balancer.ru/tech/forum/2002/01/t16333--kpd-lazera.html

Из реально существующих - 25 - 30 с перспективами роста до 40 и даже 60.
http://laser-portal.ru/content_364

2) система наведения

Система наведения... гм... я как то очень интересовался этой темой. Так вот, размышляя, я решил отказаться от системы наведения лазера - слишком большие мощности она должна через себя пропускать. Идея такая - луч закреплён неподвижно и бьёт вертикально вверх. Ракета просто поднимается на этом столбе света. Получается что-то вроде космического лифта, только не из нанотрубок, а из света. Поднявшись на достаточную высоту и набрав достаточную скорость, луч отключается, а ракета делает боковой манёвр ЖРД и выходит на высокоэллиптическую орбиту.  Т.е. луч подкидывает ракету вверх на высоту, допустим, 36000 км, а она потом делает манёвр и переходит на высокоэллиптическую орбиту. Соответственно и ракета у меня получается в виде узкого конуса, как 53Т6 или "Спринт". Сопло одновременно оптический концентратор излучения. Лазер работает в импульсном режиме, как Light Craft Л. Мирабо:
Rocketships Laser Propelled Light Craft
Очень важно синхронизировать работу лазера с впрыском рабочего тела, которое придётся вести с собой /атмосферу ракета пересечёт за считанные секунды/.

Но главный вопрос не в этом. Да, проблему можно решить, вложив энную сумму денег. Но такие возможности есть только у государства, и далеко не всякого. Так вот, главное препятствие на пути реализации идеи: ЧТО ЗАСТАВИТ ГОСУДАРСТВО РЕАЛИЗОВАТЬ ЭТОТ ПРОЕКТ, по масштабу вполне соизмеримый с ракетно-ядерными программами 40-60-х гг? Тогда требовалось доставить ядерную бомбу на территорию вероятного противника. И значимость этой задачи была такова, что никаких денег не жалели. А сейчас? Как мотивировать и убедить государство /ну или инвесторов/ выделить соответствующие средства, соизмеримые с теми, что были затрачены в период 40-60-х гг?

[pkl]

P.P.S вообще мне кажется, что для расстояний до 100км сквозь атмосферу использование лазера как энергоканала менее эффективно, нежели использование микроволнового излучения...

Нужны только первые 30-40 км. Дальше - вторая ступень на традиционных принципах.

Смысла никакого нет. Керосиновая ступень будет однозначно дешевле. В конце-концов, вторую ступень можно на электромагнитной катапульте разогнать, как на картинке выше.

[Anatoly]

Вот пока совершенно не понимаю - какой будет принцип работы такого нагреваемого извне двигателя? как именно происходит преобразование энергии излучения в кинетическую энергию реактивной струи? -

Я думаю, что лучче всего тупо и прямо: подсветить зачернённую болванку, выполненную в форме ПВРД. Может быть в охватывающем рефлекторе, если не без него. Но сначала её нужно подразогнать, хотя бы до одного маха, чтобы заработала.

что-то лично я вот сильно сомневаюсь, что внешнний нагрев излучением (части?) такой болванки окажет эквивалентный впрыску топлива эффект - эффекты теплопроводности и теплопередачи вроде несколько не того масштаба мощности - ИМХО если уж греть излучением - то греть надо не болванку, а саму воздушно-(чем-то наполненную для наибольшего поглощения излучения) смесь...
Также непонятно, чем и как разгонять до 2 Махов, чтобы этот лазерно-внешне-нагревный ПВРД запустился - т.е. вопрос о принципах работы лазерно-энергозапитываемого двигателя (теперь уже и для малых скоростей) все равно остается открытым...

P.S. а картики красивые конечно можно рисовать - см. к примеру Aurora Spacelines Concept - Remote Laser Powered Orbital Travelling - вот только на все вышеназванные проблемные вопросы эти картинки не отвечают...

[pkl]

Можно, конечно, греть графитовый или вольфрамовый сердечник. Но у.и. будет как у ЯРД. Имхо, толк получится только если реализовать схему с прямым нагревом рабочего тела до плазменного состояния. Может, придётся его зачернять, допустим, угольной пылью, но всё равно. Вот в открытом космосе, там может быть по-другому.

[Polnoch Ксю]

2 маха не интересно совершенно, как и прямо бьющий вверх луч: нужна пологая восходящая спираль, и 15-20 махов на момент отделения второй ступени.
Поэтому система наведения таки критично важна: слишком большая выгода...

Вторая ступень тоже не ЖРД, а лазерная, только с привезенным собой рабочим телом: им будем охлаждать первую ступень(что бы разогнаться выше восьми махов, набегающим воздухом же, говорите, не получится охладится?), и это рабочее тело, после отделения от первой ступени, будем греть другим лазером, уже с орбиты(и луч не будет рассеиваться, так как вокруг уже почти вакуум).

Рабочее тело либо криогенное (водород), и тогда мы выигрваем по УИ раза в два-три, по сравнению с ЖРД, либо примитивный аллюминиевый бак с водой, с тем же УИ, что и у криогенных кислород-водородных космических ступеней, но зато гораздо дешевле их.

[Polnoch Ксю]

Также непонятно, чем и как разгонять до 2 Махов, чтобы этот лазерно-внешне-нагревный ПВРД запустился - т.е. вопрос о принципах работы лазерно-энергозапитываемого двигателя (теперь уже и для малых скоростей) все равно остается открытым...

У нас практически бесплатный (при решении проблем с КПД) разгон первой ступени. Кроме того, первая ступень сложная и дорогая (хотя бы для того, что бы выдерживать гиперзвуковой поток воздуха), а так же многоразовая. Мы вполне можем ее чуть-чуть (в разумных пределах!) перетяжелить, и поставить два комплекта лазерных двигателей:

1) взлетные, с турбинкой-компрессором, как на самолетах: будут сами засасывать воздух
2) прямоточники, для полета на сверх и гиперзвуке.

[pkl]

2 маха не интересно совершенно, как и прямо бьющий вверх луч: нужна пологая восходящая спираль, и 15-20 махов на момент отделения второй ступени.
Поэтому система наведения таки критично важна: слишком большая выгода...

Боюсь, не получится. Даже для неподвижного лазерного луча не факт, что не придётся делать если не алмазную, то хотя бы оптику из ультрачистого кварца, охлаждаемого жидким азотом. И строить установку где-нибудь на Тибете или в Андах, чтобы уменьшить поглощение атмосферой. Ну или хоть у нас на Саянах. Иначе большая часть энергии луча будет рассеиваться в атмосфере, что потребует действительно чудовищной мощности наземной установки.

Вторая ступень тоже не ЖРД, а лазерная, только с привезенным собой рабочим телом: им будем охлаждать первую ступень(что бы разогнаться выше восьми махов, набегающим воздухом же, говорите, не получится охладится?), и это рабочее тело, после отделения от первой ступени, будем греть другим лазером, уже с орбиты(и луч не будет рассеиваться, так как вокруг уже почти вакуум).

Второй ступени быть НЕ ДОЛЖНО. Ибо это просто бессмысленное усложнение конструкции. Собственно, даже если мы греем рабочее тело через болванку и у нас 900 с у.и., нам уже не нужна вторая ступень. Ну а с плазмой у нас хоть 10 000 с может быть. Кроме того, похоже большую часть скорости ракета /хотя, ракетой в полном смысле этого слова ЭТО называть уже не корректно/ наберёт в первые 100 - 200 км пути.

[Polnoch Ксю]

Второй ступени быть НЕ ДОЛЖНО. Ибо это просто бессмысленное усложнение конструкции. Собственно, даже если мы греем рабочее тело через болванку и у нас 900 с у.и., нам уже не нужна вторая ступень. Ну а с плазмой у нас хоть 10 000 с может быть. Кроме того, похоже большую часть скорости ракета /хотя, ракетой в полном смысле этого слова ЭТО называть уже не корректно/ наберёт в первые 100 - 200 км пути.               

Простите, кажется, не поняла, что Вы имели ввиду не могли бы переписать по-другому этот абзац?

Знаете, зачем нам нужна вторая ступень? Мы НЕ можем разогнаться до первой космической внутри плотных слоев атмосферы, а даже если и сможем, и потом сделаем горку, то потеряем скорость.

Первая ступень выведена из-под ограничений и закона сохранения энергии, и формулы циолковского. На вторую же ступень формула циолковского, как и на космолет на химических воздушно-реактивных двигателях, частично действует.

Наша первая ступень это перетяжеленный и дорогой девайс, который выгоден, пока ему не приходится использовать рабочее тело для продолжения разгона.

Поэтому нам и нужна вторая: сверхлегкая с "сухим" весом, что бы получить максимум выгоды по формуле циолковского, и максимально примитивная, дешевая, что бы ее было не так жалко, когда она через несколько дней сойдет с низкой опорной орбиты, и сгорит в плотных слоях атмосферы.
Либо, если криогенная, она, вторая ступень, может быть возвращаемым многоразовым космолетом, но тоже максимально легким (хоть и не таким примитивным).