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

[hiway60]

вот не охота, а итоги значитьса выводим, прям росстат. Ладно, тыкну пальцем. Ответ№328 и далее чуть чуть.

То есть Вы предлагаете энергию луча, получаемую ракетой, переводить в электричество, генерировать плазму и ею греть воздух, правильно я понял?

да, там так и написано.
А питание луча я предлагаю делать от солнечных электростанций работающих по тому же принципу...
Так. Стопаньки. А зачем?

Вот. НОвый поворот мысли.

Солнечную энергию собранную с N-цати гектар пустыни (гоби?, сахара? какая разница?) ни в чо не преобразовывать концентрировать и перенаправлять системой зеркал под управлением (блюбокса? блюрэя? Блютуса? Вай!Фая!?) компьютера. прямиком на энергоустановку "ракеты". От тута КПД зашибительский получаетцсо.

А стартовый стол будет похож.... на Египетские Пирамиды. Серьёзно. Что бы собрать лучи с концентрирующих зеркал расставленных по такой площади нужна высокая конструкция. А что бы её не повредить во время старта, она должна быть прочной. Что может быть прочнее пирамиды?
Ну, эт как один из вариантов.

PS. Гиза- древний космический вокзал разграбленный фараонами...  

Хм. Чот меня понесло на волне мысли...
ПРодолжаем думать дальше.
Допустим мы летим к луне на той же ракете. Всё просто. На ГСО ставим станцию которая ловит на зеркало луч со стартового стола, концентрирует и перенаправляет его на энергоприёмник в ракете. Т.к. в вакууме рассеивания луча не будет, можно хоть в Сатурн хоть в Плутон пальнуть такой ракетой.

Самое сложное, это построить СКСЭ (станцию концентрации солнечной энергии). А стартовый стол можно ей же и выпилить из ближайшей скалы подходящего размера.

[Skipper]

А если неограниченный источник энергии? Десятки (10,20,30?) процентов конечно не решат кардинально, но уже вперёд.

Выше приводились примеры, что на скоростях порядка 1км/сек летательные аппараты греются до порядка 600К. Сопротивление и нагрев растут квадратично от скорости. Следовательно, на 2км/сек будет уже 2400К - уже недалек предел тепловой прочности. Допустим, тепловой кокон даст еще 0,5км/сек, но дальше уже нужно выходить в вакуум. Никакой бесконечный УИ / источник энергии не помогут.

С другой стороны, если УИ "лазерной" ракеты на водороде порядка 10км/сек (~ втрое выше нынешних - я считал выше), то на разгон на 1км/сек в вакууме надо потратить топлива всего 10% от массы ракеты.

То есть вопрос упирается в следующее: стоит ли тащить на ракете ректенны, плазменные генераторы и т.п., чтобы выгадать лишний км/сек разгона в атмосфере, либо сразу взять с собой лишнее топливо, стартовать вертикально вверх (как предлагал ув.Михаил и другие) и разгоняться уже в вакууме.

[hiway60]

Допустим, тепловой кокон даст еще 0,5км/

Думаю с неограниченным источником энергии плазьменный кокон даст больше защиты.
Ректенны - от лукавого.

Чуть выше есть красивее

Вообще, высокая скорость в атмосфере обусловлена не столько гравитацией сколько необходимостью набрать скорость достаточную для удержания корабля на орбите. Т.к. у существующих кораблей не будет возможности набрать скорость. Если же у нас есть несущий винт(сопло) и маршевый двигатель мы можем не торопясь подняться до 350 км, и без фанатизма разогнаться до нужной скорости уже в вакууме с 0 м/с до второй космической.
А мощность нам даст орбитальный рефлектор.

[AlexAV]

А если неограниченный источник энергии? Десятки (10,20,30?) процентов конечно не решат кардинально, но уже вперёд.

Где-то на треть. Вообще говоря, эти результаты получены в основном на моделях в аэродинамических трубах, а там проблем с питанием нет (да и было перепробовано множество разных режимов). Так что маловероятно, что получится существенно больше.

Выше приводились примеры, что на скоростях порядка 1км/сек летательные аппараты греются до порядка 600К. Сопротивление и нагрев растут квадратично от скорости. Следовательно, на 2км/сек будет уже 2400К - уже недалек предел тепловой прочности.

Квадратично (приблизительно) растёт не температура, а тепловой поток. Температура же будет определяться ещё теплоотводом. При “естественном” теплоотводе на скоростях более 5М действительно всё будет очень плохо, но бороться с этим всё же можно. Скажем путям принудительного охлаждения обшивки хотя бы в критических точках (самая высокая температура будет  в точках торможения потока, прежде всего на кромках крыльев и головном обтекателе, на плоскостях тоже будет не холодно, сотни градусов в любом случае, но уже не так катастрофично) теплоносителем.

[hiway60]

Где-то на треть.

Ну дык треть, это уже выше чем кпд жигулей.

Скажем путям принудительного охлаждения обшивки хотя бы в критических точках (самая высокая температура будет  в точках торможения потока, прежде всего на кромках крыльев и головном обтекателе, на плоскостях тоже будет не холодно, сотни градусов в любом случае, но уже не так катастрофично) теплоносителем.

А тепло отобранное от этих участков, аккумулировать и потом(в космосе) использовать для чего нить.

[AlexAV]

Чуть выше есть красивее

Не… Тепловой машине нужен не только нагреватель, но и холодильник.  Когда забортная температура потока начнёт превышать 1000 градусов, то идея крутить лазером турбину становится совсем сомнительной.

Если с электрическим преобразователем что-то и получится, то только с прямым преобразованием со сверх высоким КПД 90% и более… за счёт какого-нибудь нестационарного эффекта Джозефсона или чего-нибудь ещё подобного.

[Skipper]

Солнечную энергию собранную с N-цати гектар пустыни (гоби?, сахара? какая разница?) ни в чо не преобразовывать концентрировать и перенаправлять системой зеркал под управлением (блюбокса? блюрэя? Блютуса? Вай!Фая!?) компьютера. прямиком на энергоустановку "ракеты". От тута КПД зашибительский получаетцсо.

"Зашибительский КПД" все равно в разы ниже, чем просто греть лучом панель, а от нее греть рабочее тело. Зато в Вашем случае рабочее тело с собой тащить не нужно. Речь об атмосферном участке полета, правильно? Надо считать, что выгоднее.

Допустим мы летим к луне на той же ракете. Всё просто. На ГСО ставим станцию которая ловит на зеркало луч со стартового стола, концентрирует и перенаправляет его на энергоприёмник в ракете.

В вакууме раб тело на по любому понадобится. Тогда альтернатива простая: либо просто греем раб тело, получая УИ порядка 10км/сек, либо переводим тепло в электричество, теряя на КПД, в расчете на более высокий УИ. То есть приходим к ионникам или чему-то подобному.

[hiway60]

То есть приходим к ионникам или чему-то подобному.

Я ж там изначально VASIMR прикрутил.

"Зашибительский КПД" все равно в разы ниже, чем просто греть лучом панель, а от нее греть рабочее тело.

греть лучом панель, а от неё рабочее тело вообще не получится. Вы же сами и считали не так давно.

Не… Тепловой машине нужен не только нагреватель, но и холодильник.

А вот это реальная сложность, но. Она не представляет собой неразрешимой проблемы при скоростях меньше маха.
У такой ракеты как я тут обрисовал есть! возможность осуществить выход на орбиту "по вертолётному". Это снимает много ограничений.

Зато в Вашем случае рабочее тело с собой тащить не нужно. Речь об атмосферном участке полета, правильно?

В вакууме раб тело на по любому понадобится.

Да. Тащим с собой необходимое количество рабочего тела для выполнения программы полёта вне атмосеры.
В атмосфере же используем атмосферный газ в качестве РТ. Нужно только поставить специальную цапу переключающую источник РТ с атмосферы на внутренний бак.

[Skipper]

греть лучом панель, а от неё рабочее тело вообще не получится. Вы же сами и считали не так давно.

Потом уточнили, что не получится греть воздух в прямоточном двигателе. А рабочее тело - можно.
См п.6 отчета Росстата

Вообще, высокая скорость в атмосфере обусловлена не столько гравитацией сколько необходимостью набрать скорость достаточную для удержания корабля на орбите. Т.к. у существующих кораблей не будет возможности набрать скорость. Если же у нас есть несущий винт(сопло) и маршевый двигатель мы можем не торопясь подняться до 350 км, и без фанатизма разогнаться до нужной скорости уже в вакууме с 0 м/с до второй космической.

А, так речь только об этом? Тогда я Вас неправильно понял. Просто ув.Полночь тут долго отстаивала идею именно набрать существенную часть орбитальной скорости еще в атмосфере.

Тащим с собой необходимое количество рабочего тела для выполнения программы полёта вне атмосеры.
В атмосфере же используем атмосферный газ в качестве РТ. Нужно только поставить специальную цапу переключающую источник РТ с атмосферы на внутренний бак.

Если удастся сделать "универсальный" двигатель, которому все равно, водород из бака или забортный воздух - тогда да, согласен. Но боюсь, это будет все же два разных двигателя. Там у Вас и солнечные батареи, и плазмометы...

На набор высоты тратится порядка 10% рабочего тела (от общих затарт на выход на орбиту). Михаил тут считал. Тогда нужно решить, что выгоднее на себе тащить: лишнее топливо либо лишний двигатель.

[Polnoch Ксю]

А, так речь только об этом? Тогда я Вас неправильно понял. Просто ув.Полночь тут долго отстаивала идею именно набрать существенную часть орбитальной скорости еще в атмосфере.

ИМХО, это возможно: американские вояки вроде бы занимаются гиперзвуком, в новостях во всяком случае новости про их разные ракеты мелькают. А раз мелькают, фундаментальных ограничений нет. Ну и Буран с Шаттлом: не развалились же? И с 8км/cек не развались!

Контраргумент: при радиусе спирали 100км и скорости 1км/сек центробежное ускорение = 1g. Необходимая подъемная сила растет => сопротивление еще растет. См п.4.

Можно разгоняться после 1км/сек уже по прямой на большой высоте, где орбитальный лазер будет не так рассеиваться, как наземный, но еще есть рабочее тело для гиперзвукового разгона. Так же можно на этом этапе применить более динамичный разгон.
Еще можно поколдовать с увеличением радиуса спирали.

Допустим, так:
стартуем с помощью наземного лазера, дальше по-самолетному, тихо разгоняемся до 3M, и постепенно забираемся в верхнюю часть стратосферы, все время выписывая спирали вокруг наземного лазера, где переходим на прямую, питаясь от орбитального лазера (так как почти вакуум, можно и отдалиться от излучателя), совершаем более динамичный разгон, чем до этого(хотя и не такой интенсивный, как у ЖРД-ракет, что бы не потребовалось использовать более теплостойкую конструкцию двигателя и приемника излучения).  На определенной скорости (5м? 8м? 10? 12? больше?) забираем вверх, в менее плотные слои атмосферы, за счет небольшой потери скорости, и отделяем вторую ступень (отделять нужно в менее плотных слоях атмосферы, что бы она не разрушилась от набегающего гиперзвукового потока), дальше вторая ступень разгоняется по траектории, характерной для ЖРД, питаясь от орбитального лазера, а первая тормозится, с помощью аэродинамического маневра возвращается к наземному лазеру, который ее сажает по-самолетному (или, наоборот, первая ступень выбрасывает парашют, и бултыхается в океан аки многоразовый ускоритель шаттла)

[hiway60]

не получится греть воздух в прямоточном двигателе.

плазмой, получится. Всё дело в конструкции камеры сгорания и диффузора. Есть такая штука как волновые процессы... Дальше надо много расчётов. Много времени, у меня его нет. Мой "отпуск" и так затянулся на неделю.

ув.Полночь тут долго отстаивала идею именно набрать существенную часть орбитальной скорости еще в атмосфере.

Мне показалось что это делал в основном Михаил. Не важно. Это не обязательно делать при такой конструкции.
Гуглим СВВП. в СССР были палубные самолёты ЯК... у Американцев Harrier. Внимательно смотрим как летает

Если удастся сделать "универсальный" двигатель, которому все равно, водород из бака или забортный воздух - тогда да, согласен. Но боюсь, это будет все же два разных двигателя. Там у Вас и солнечные батареи, и плазмометы...

Удастся. Надо просто подумать внимательно. Солнечные батареи? это не ко мне. У меня сначала были СГЭС всемто АЭС, потом просто зеркала. Как щиты в древней греции(или где там флот жгли?)...
Плазменный двигатель VASMIR(поглядите хотя бы в википедии о чём речь) показывает лишь принцип. Технологию. Его ещё надо серьёзно переделать что бы получилось то что надо. Но, раз есть технологии, объединить их в одной разработке уже проще чем выдумывать заново.

нужно решить, что выгоднее на себе тащить: лишнее топливо либо лишний двигатель.

Двигатель один. Он сложнее обычных и не из простого алюминия, но один.(точнее он не один конечно, на том же Буране их штук 40 разного калибра, тут примерно так же) А топливо? вот тут надо подбирать экологичное и высокоэнергетичное. Когда есть много энергии в запасе, топливо для реактивного движителя (струи) найдётся. В своё время целый институт создали по топливу. Гидразин придумали ... Тут озвучивали воду. Я же говорил про гремучую смесь H2+О. Она взрывается. Как её получать, раздельно с собой тащить или на борту готовить... вопрос оптимальности варианта конструкторского решения. Надо серьёзно думать.

В общем то ничего невозможного при существующих технологиях. Было бы желание.

PS.
Если сильно захотеть,
Можно в космос полететь.

[hiway60]

Да, и ещё. В таком варианте не надо заморачиваться со ступенями и парашютными системами. Это всё, одно целое, которое может приземлиться точно так же как и взлететь. Правда только "на причале" т.е. на стартовый стол.

[Skipper]

Ув.hiway60, что-то я совсем запутался в Ваших предложениях. 

Тут:

Солнечную энергию собранную с N-цати гектар пустыни (гоби?, сахара? какая разница?) ни в чо не преобразовывать концентрировать и перенаправлять системой зеркал под управлением (блюбокса? блюрэя? Блютуса? Вай!Фая!?) компьютера. прямиком на энергоустановку "ракеты". От тута КПД зашибительский получаетцсо.

Вы разве не солнечные батареи предлагали? Что за "энергоустановка"?

Теперь тут:

Двигатель один. Он сложнее обычных и не из простого алюминия, но один.(точнее он не один конечно, на том же Буране их штук 40 разного калибра, тут примерно так же) А топливо? вот тут надо подбирать экологичное и высокоэнергетичное. Когда есть много энергии в запасе, топливо для реактивного движителя (струи) найдётся. В своё время целый институт создали по топливу. Гидразин придумали ... Тут озвучивали воду. Я же говорил про гремучую смесь H2+О. Она взрывается. Как её получать, раздельно с собой тащить или на борту готовить... вопрос оптимальности варианта конструкторского решения. Надо серьёзно думать.

о каком двигателе Вы говорите:
а) который для ускорения греет забортный воздух
или
б) рабочее тело, которое несет с собой?

[hiway60]

Не удивительно что запутались. Мои варианты менялись по ходу пьесы, оптимизируясь в реальном времени. Эт не страшно, хотя запутаться не мудрено.

Что за "энергоустановка"?

Извините если я иногда разными словами...
"Энергоустановка" это та самая "тепловая машина" которая стоит на борту и даёт энергию на все системы корабля(мне корабль больше нравится чем ракета) в том числе и на двигатель. В принципе, это кусок энергоблока АЭС только без реактора. В качестве реактора у нас солнечный луч. Поэтому КПД цикла: Получение энергии на земле-передача на корабль-получение энергии на корабле определяется лишь потерями в зеркалах (пара процентов), потерями в атмосфере(для минимизации которых надо размещаться в местах с чистым и сухим воздухом, где именно? пока не суть) и КПД генератора на корабле. В экономическом плане такой способ почти халява плиз.

о каком двигателе Вы говорите:
а) который для ускорения греет забортный воздух
или
б) рабочее тело, которое несет с собой?

2 в 1. Обои два в одном агрегате. Ну что тут не понятно? Посмотрите схемы существующих авиационных и ракетных двигателей. А потом начинайте объединять разные схемы в один агрегат. Увлекательнейшее занятие...
Надо тока цапу поставить и капу нажать.

[Skipper]

ИМХО, это возможно: американские вояки вроде бы занимаются гиперзвуком, в новостях во всяком случае новости про их разные ракеты мелькают. А раз мелькают, фундаментальных ограничений нет. Ну и Буран с Шаттлом: не развалились же? И с 8км/cек не развались!

Попробуем на пальцах посчитать.
Буран с Шаттлом тормозили на высотах в несколько десятков километров. Давление воздуха там доли процента от 1атмосферы.
Мы хотим вместо торможения разгонять их, нагревая воздух за кормой.
Площадь "кормы" порядка 10м2 (кто был в парке Горького - подтвердите). Масса ~ 30т.
Отношение подъемной силы к сопротивлению порядка 1. ТО есть чтобы корабль просто летел с постоянной скоростью и не падал, его нужно толкать с силой 300кН, или 30кПа=0,3атм.
То есть давление за кормой нужно увеличить в сотни-тысячи раз.
Следовательно, температуру воздуха за кормой нужно увеличить примерно во столько же раз, правильно?
То есть с сотен до десятков-сотен тысяч Кельвинов!
Если ошибся по порядку, пусть умные товарищи поправят.

[hiway60]

Следовательно, температуру воздуха за кормой нужно увеличить примерно во столько же раз, правильно?

правильно. для воздушного шара.
Тяга реактивного двигателя определяется не температурой, а давлением выхлопа. Гляньте на кальмара. Как он плавает? он ничё не греет, но использует реактивную тягу получаемую сжатием рабочего тела.

[Skipper]

и КПД генератора на корабле. В экономическом плане такой способ почти халява плиз.

Ага, понятно, тепловая машина. А холодильник нашли?

Посмотрите схемы существующих авиационных и ракетных двигателей. А потом начинайте объединять разные схемы в один агрегат. Увлекательнейшее занятие...

Не, это без меня, тут нужен инженерный ум

Тяга реактивного двигателя определяется не температурой, а давлением выхлопа. Гляньте на кальмара. Как он плавает? он ничё не греет, но использует реактивную тягу получаемую сжатием рабочего тела.

Боюсь, кальмару с этим не повезло, у него рабочее тело несжимаемое
Я в этом посте пытался обсчитать предложение Полночи:
"почему бы воздух не греть до высоких температур лазером" 
Никак не поспеваю за полетом изобретательской мысли

[hiway60]

Боюсь, кальмару с этим не повезло, у него рабочее тело несжимаемое

Ну почему не повезло. Очень наоборот. Тут важен принцип. Повышение давления и отбрасывание струи в сторону противоположную направлению полёта. То же самое происходит в любом реактивном двигателе. Каким образом это достигается- вопрос конструкции двигателя.

"почему бы воздух не греть до высоких температур лазером"

потому что воздух прозрачен для лазера. Лазером воздух не нагреть. 

Ага, понятно, тепловая машина. А холодильник нашли?

Да. Изменив схему полёта с баллистической на "вертолётную" охлаждение рабочего тела тепловой машины в атмосфере не проблема. В космосе охлаждение производить рабочим телом которое потом подавать в двигатель.
Или таким образом.
Для работы турбины энергоустановки в космосе использовать то же самое топливо. Т.е. топливо попадает нагреватель- раскручивает турбину- подаётся в камеру сгорания. Допустим вариант с водой. Вода в нагревателе переходит в пар, пар крутит турбину, подаётся в двигатель где под действием плазмы разлагается в водородно-кислородную смесь которая затем взрывается в камере сгорания и создаёт тягу.
Можно ещё как нибудь по другому придумать...

Касмической паравоз

Конечно, преобразование луча в энергию на корабле самое критическое место в данном "проекте" так что тут надо серьёзно думать.

[Skipper]

Цитата: Skipper от Вчера в 23:47:02"почему бы воздух не греть до высоких температур лазером" потому что воздух прозрачен для лазера. Лазером воздух не нагреть. 

Я ж написал: "предложение Полночи". Понятно, что прозрачен, поэтому и возник плазмогенератор.

Конечно, преобразование луча в энергию на корабле самое критическое место в данном "проекте" так что тут надо серьёзно думать.

Предлагаю вначале серьезно подумать, чем эта схема (пар - турбина - электричество - плазма - разложение воды - воссоздание воды  ) лучше, чем освещаемая лазерным лучом солнечная батарея. Или еще проще - нагрев стенки лазерным лучом и передача тепла рабочему телу.

[AlexAV]

Или еще проще - нагрев стенки лазерным лучом и передача тепла рабочему телу.

Различие всё же есть. Прямой нагрев в самых оптимистических допущениях больше 2000 градусов не даст. А это значит УИ с водородом будет только 780 с максимум (у кислородно-водородного двигателя 428 с). А у газоразрядного температура газа – 10000 градусов, при чём в этом случае водород дислоцирует на атомы, и соответственно максимальный УИ до 2100 с.