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

[ВадимZero]

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

Чтобы, лазером нагреть воздух или водород, нужно добавить поглотитель, сажу или литий.

[hiway60]

Чтобы, лазером нагреть воздух или водород, нужно добавить поглотитель, сажу или литий.

Вот именно.


Вот, пару раз подумал про экологию...
Если водой брызгать на орбите, мы Плюк случаем не получим? "всю воду в луц переделали"

[AlexAV]

Чтобы, лазером нагреть воздух или водород, нужно добавить поглотитель, сажу или литий.

Тогда уже луч к рабочему телу через сопло уже не подашь. Соответственно надо делать окна в двигателе из прозрачного термостойкого материала, ещё учитывая большой поток мощности излучения, который они должны пропускать.

Что это за материал? Корунд или фианит оптического качества? И сколько движок из такого недешёвого и крайне не технологичного материала будет стоить?

[ВадимZero]

Что это за материал? Корунд или фианит оптического качества? И сколько движок из такого недешёвого и крайне не технологичного материала будет стоить?

В ГФЯРД предлагали искуственный сапфир кажеться

[hiway60]

без таких материалов не обойтись, при любом раскладе.

[Polnoch Ксю]

Тогда уже луч к рабочему телу через сопло уже не подашь. Соответственно надо делать окна в двигателе из прозрачного термостойкого материала, ещё учитывая большой поток мощности излучения, который они должны пропускать.

В любом случае не подашь, если разгоняться по спирали.

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!

Не поняла, как это получается. Еще раз можно чуть подробнее?
 

Чтобы, лазером нагреть воздух или водород, нужно добавить поглотитель, сажу или литий.

Как вариант, только УИ уже будет не бесконечный а просто очень большой. Возможно, это меньшее зло.

[vsevolodson]

Ксю, лазерная энергия дороговата, всё-таки энтропия лазерной энергии очень низка - вероятно, меньше, чем, даже у электротока. Соответственно, цена её высока.

[Polnoch Ксю]

Ксю, лазерная энергия дороговата, всё-таки энтропия лазерной энергии очень низка - вероятно, меньше, чем, даже у электротока. Соответственно, цена её высока.

У полупроводниковых лазеров очень высокий КПД. Да и у других лазеров он со временем повышается. Кажется, в этой теме не закончен спор и про СВЧ.
Примерный расчет стоимости смотрите на шестой странице темы, один из оппонентов признал, что 14 центов за килограмм при разгоне до 10махов и подъеме до высоты 35км. Понятно, что при стопроцентном КПД, без учета стоимости зарплат летчикам, без учета стоимости эксплуатации лазеров, без процентов по налогам, без учета спиральной траектории и тд.
Но 1000 долларов за билет и даже 500 не выглядят при таком рассчете чем-то совсем нереальным.

[Грехов Михаил]

В любом случае не подашь, если разгоняться по спирали.

Всё спираль да спираль... В конце-концов когда-нибудь придёте к тому, что такая траектория-абсурд?

У полупроводниковых лазеров очень высокий КПД. Да и у других лазеров он со временем повышается.

Нет, не повышается. Принципы получения лазерного луча (твёрдотельный, полупроводниковый, на красителях (жидкостный), газовый, газодинамический, химический и эксимерный) не меняется уже очень давно.

У полупроводниковых лазеров - самый высокий КПД. Но полупроводниковый лазер гигаватного класса в непрерывном режиме-это очень дорого. Сами материалы с созданием монокристалла весьма недёшевы. Возрастают проблемы с охлаждением - отвода тепла от почти точечного источника.   

[Skipper]

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.

Согласен. Для прямого нагрева Кэйр предлагает всего 1000С и УИ ~ 600с. Утверждает, что этого достаточно для одноступенчатого вывода на орбиту.
Зато проблем с материалом нагревателя нет - никаких корундов.

Газоразрядный нагрев выглядит заманчиво. Остается вопрос: сколько весит энергоустановка, и не перекрывает ли ее вес экономию на топливе?
И еще вопрос: не расплавят ли 10000К стенку сопла?

[Грехов Михаил]

И еще вопрос: не расплавят ли 10000К стенку сопла?

Не только расплавят.... но и испарят и вполне возможно частично превратят в плазму. 

[vsevolodson]

У полупроводниковых лазеров очень высокий КПД.

КПД чего? Превращения электроэнергии в луч? Это не то. КПД превращения тепла (например, сгорания топлива) в реактивную струюВСЕГДА намного выше чем КПД того же превращения с посредством электричества и тем более, ещё и лазерного луча. Посудите сами, сначала вы получаете тепло рабочего тела, потом превращаете это в уже более упорядоченную энергию вращения (турбины), теряя сколько-то там, потом - в эл-ство, теряя ещё, потом - в луч, с потерями также, потом - (!) опять в тепло рабочего тела. Глупее схему сложно придумать. Сколько процентов добываемой тепловой энергии становится в итоге кинетической энергией ПН в вашей схеме? Сотые доли процента?

[Skipper]

Цитата: Skipper от 07.06.2013 [20:50:08]
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!

Полночь:
Не поняла, как это получается. Еще раз можно чуть подробнее?

Ув.Полночь, Ваш вопрос звучал примерно так:
"Раз шаттл и буран не сгорали, входя в атмосферу на космической скорости, то и "лазерная ракета" (толкаемая вперед нагреванием забортного воздуха) может разгоняться до космических скоростей на тех же высотах?"

Грубый расчет наколенке.
Шаг номер 1.
И у шаттла, и у Бурана отношение тяги к весу порядка 1. То есть, чтобы просто лететь горизонтально и не падать, аппарат нужно толкать вперед с той же силой, с какой его тянет вниз.
Масса шаттла порядка 80т (в предыдущем расчете ошибся, по памяти взял 30т). Сила тяжести 800кН, тяга должна быть такой же.
Площадь "кормы" бурана, стоящего в ЦПКиО, на вид порядка 10м2. Следовательно, если распределить нужную тягу по всей этой площади равномерно, давление получится 80кПа = 0,8атм.

Шаг номер 2.
На высотах, на которых шаттл и буран сбрасывали скорость, атмосферное давление составляет доли процента от 1 атмосферы. То есть давление на корму нужно поднять ~ на 2-3 порядка.
Вспомнив о "сладкой парочке" Менделеев-Клапейрон, я предположил, что давление пропорционально температуре (спорно, согласен, об этом ниже). Поскольку забортная температура ~200К, конечная температура составляет десятки и сотни тысяч кельвинов.

Расчет температуры действительно спорный. И ув.hiway60, приведя пример с кальмаром, видимо, имел в виду, что давление можны поднять и иными способами: конфигурацией сопла и т.п. Но тогда получается что-то типа прямоточного воздушно-реактивного двигателя, только питаемого не топливом, а энергией лазерного луча. Со своими проблемами.

[AlexAV]

И еще вопрос: не расплавят ли 10000К стенку сопла?

Плазмотрон же работает. А этот двигатель тот же плазмотрон только с каналом специального профиля.

Вообще не стоит путать температуру газа и стенки. Если стенку активно охлаждать, то даже при очень высокой температуре газа (нагрев здесь объёмный) на ней могут быть вполне приемлемые условия. Теплопроводность газа  - достаточно ограниченна.

Остается вопрос: сколько весит энергоустановка, и не перекрывает ли ее вес экономию на топливе?

Это самая главная проблема.

Согласен. Для прямого нагрева Кэйр предлагает всего 1000С и УИ ~ 600с. Утверждает, что этого достаточно для одноступенчатого вывода на орбиту.
Зато проблем с материалом нагревателя нет - никаких корундов. 

В этом случае действительно можно обойтись обычным кварцевым стеклом.

[AlexAV]

Для прямого нагрева Кэйр предлагает всего 1000С и УИ ~ 600с.

В это случае – только обычный ракетный старт. Никаких АКС. А то аэродинамические потери и низкое массовое совершенство весь выигрыш по сравнению с водород-кислородом съедят.

[Грехов Михаил]

Плазмотрон же работает. А этот двигатель тот же плазмотрон только с каналом специального профиля.

Плазматрон работает при организации хорошего жидкостного охлаждения стенок. Электрод интенсивно изнашивается.

КПД превращения тепла (например, сгорания топлива) в реактивную струюВСЕГДА намного выше чем КПД того же превращения с посредством электричества

Ога... КПД тепловой электростанции 35...37% с учётом собственных нужд ещё меньше. помножим на КПД генератора (98%) КПД трансформатора (98%) лазера(80%) и кпд нагрева.... получим процентов 20...25 в самом лучшем случае.

[AlexAV]

Электрод интенсивно изнашивается.

Если греем дуговым разрядом. Но и то ресурс десятки-сотни часов вполне достигается. Если ВЧ или СВЧ то всё куда лучше. Электроды изнашиваться не будут… за отсутствием электродов.

Плазматрон работает при организации хорошего жидкостного охлаждения стенок.

Это понятно. Без принудительного охлаждения здесь никак.

[bob]

только обычный ракетный старт.

Как Вы могли предложить такое даме?

  Только обычный ракетный спирт...

[Skipper]

У полупроводниковых лазеров очень высокий КПД.

КПД чего? Превращения электроэнергии в луч? Это не то. КПД превращения тепла (например, сгорания топлива) в реактивную струюВСЕГДА намного выше чем КПД того же превращения с посредством электричества и тем более, ещё и лазерного луча. Посудите сами, сначала вы получаете тепло рабочего тела, потом превращаете это в уже более упорядоченную энергию вращения (турбины), теряя сколько-то там, потом - в эл-ство, теряя ещё, потом - в луч, с потерями также, потом - (!) опять в тепло рабочего тела. Глупее схему сложно придумать. Сколько процентов добываемой тепловой энергии становится в итоге кинетической энергией ПН в вашей схеме? Сотые доли процента?

Гмм... Тут все не так однозначно.

Пусть КПД электростанции 30%, лазера 20%, КПД передачи тепла от стенки водороду 50%. Итого 3%. (Это КПД процессов, которых нет в ЖРД.)

НО. Во-первых, Джоуль тепла сгорающего на обычной ТЭС угля и джоуль тепла сгорающих в ЖРД кислорода с водородом нельзя сравнивать в лоб. Они стоят, мягко говоря, неодинаково.

Во-вторых, только за счет замены кислород/водорода на чистый водород УИ растет втрое. Это позволяет:
- сэкономить топливо,
- провести одноступенчатый вывод на орбиту, не разбрасывая пустые баки по казахской степи.

Возьмем Протон-М:
- масса отбрасываемых ступеней (в том числе 12 двигателей!) 44т,
- масса топлива 630т,
- ПН на низкой орбите 23т,
- УИ ~ 3 км/сек.

Если УИ растет до 9 км/сек, то Мнач/Мкон ~ е, то есть потребность в топливе снижается до 40-50 тонн.

А самое главное, нет потери матчасти. Самая сложная часть системы - лазер - вообще никуда не летает.

[Skipper]

В это случае – только обычный ракетный старт.

Кэйр это и предлагает.