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

[arkturz]

А разве первые-же выхлопы из сопла не преградят путь лучу в двигатель?Облако пара ровно по траектории взлета.Простите,если чего не понимаю

[bob]

А разве первые-же выхлопы из сопла не преградят путь лучу в двигатель?Облако пара ровно по траектории взлета.Простите,если чего не понимаю

Сбоку. Сбоку подогревать надо-ть. 

[Skipper]

Цитировать (выделенное)
Остается вопрос: сколько весит энергоустановка, и не перекрывает ли ее вес экономию на топливе?
Это самая главная проблема.

Мы выше вроде поняли, что, нагревая через стенку топливо, можно "пропихнуть" порядка мегаваттов на кв.м.
С другой столроны, для солнечной батареи предел ЕМНИП порядка десятков киловатт/м2, дальше температура превышает критическую и они перестают работать.
То есть линейные размеры солнечной батареи нужны в 10 раз больше. Вес, пусть не в 100 раз, но тоже сильно растет.
Есть ли лучший способ преобразования лазерного луча в электричество, чем солнечная батарея? Ув.hiway60
 предлагал что-то с турбиной, но никаких расчетов не привел.

[arkturz]

Сбоку подогревать надо-ть.

Тогда надо у лазера оставлять одного (кого не жалко),луч-то поправлять.

[Грехов Михаил]

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.

Делали уже американцы одноступенчатый проект. Смысл-несущий бак-корпус из композитов в виде сэндвичевых/сотовых конструкций. Но из-за того, что топливо попадало между слоями и никак не удавалось достичь герметичности в итоге проект не удался.

[AlexAV]

предлагал что-то с турбиной, но никаких расчетов не привел.

Турбина слишком тяжелая. Удельная мощность ~6кВт/кг в лучшем случае. Не подойдёт.

С другой столроны, для солнечной батареи предел ЕМНИП порядка десятков киловатт/м2, дальше температура превышает критическую и они перестают работать.

От охлаждения, прежде всего, зависит. Но поскольку охлаждать реально можно будет только расходуемым теплоносителем на борту (который и должен быть рабочим телом, скажем жидким водородом), то очень критичен КПД.

Если работать на водороде, то минимум 99,9%
Неоне – 98,8%
Если на воде – 97%

В оптике таких коэффициентов преобразования получить вообще невозможно.

Только СВЧ и с помощью чего-то весьма экзотического преобразователя (преобразователь на нестационарном эффекте Джеффессона, криогенная ректенна со сверхпроводящими контактами и диодами из узкозонного полупроводника и т.д.).

[Polnoch Ксю]

А разве первые-же выхлопы из сопла не преградят путь лучу в двигатель?Облако пара ровно по траектории взлета.Простите,если чего не понимаю

Только сбоку, иначе разгон по спирали внизу будет невозможен, как и нагрев лазером с орбиты на больших высотах.

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?

У нас КПД ракеты вообще больше ста процентов )) Она обходит и закон сохранения энергии, получая ее извне, и формулу Циолковского.

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.

Этого более чем достаточно, см. страницу шесть, ибо разница в суточной генерации только одного энергоблока, а их будет несколько, почти на четыре порядка больше того, что нужно для пусков, ну и, полностью присоединяюсь к этой мысли:

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.

[Грехов Михаил]

Этого более чем достаточно, см. страницу шесть, ибо разница в суточной генерации только одного энергоблока, а их будет несколько, почти на четыре порядка больше того, что нужно для пусков, ну и, полностью присоединяюсь к этой мысли:

Ну вот тут вот на самом деле нарыл, что КПД лазера ниже. максимум 50%. Значит уже КПД снижается до 13-17 процентов. И ещё не учли КПД передачи лазерного луча и КПД нагрева. Вот и скатимся в "паровозный" КПД. А КПД ЖРД уже процентов 80.

Но основное вы опять не поняли. Это мы должны гигаватт-полтора сообщать рабочему телу в сопле. При КПД в 10% придётся построить станции тепловой мощностью в 10-15 Гигаватт. То есть любое снижение КПД-это повышение энергогенерирующих мощностей. Придётся строить намного бОльше энергоблоков-а это существенное удорожание проекта.

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.

Скиппер глубоко заблуждается или считает что ЖРД дешевле. А вы его поняли наоборот. Электростанция - это большие капвложения. Сколько стоит котёл и паропроводы из легированной стали? Метр паропровода (там толстые стенки) по стоимости-как автомобиль.  Ротор турбины? Несколько тонн меди в Генераторе и Трансформаторе?  Вспомогательные устройства? Градирня, охлаждение и т.п. А с учётом того, что потребуется построить несколько крупных энергоблоков? А персонал и система управления? А подвод топлива? Водоподготовка?  и нам надо скажем построить несколько энергоблоков суммарной мощностью гигаватт под пяток.  А строительство рядом городка для энергетиков со всей инфраструктурой?

А лазер? А система наведения? А сам старт? А радиатор для ракеты? Ах да... ещё же вы космический хотите делать. Туда как энергию доставлять? Да и сами конструкции? Ещё есть масса нерешённых вопросов, реализация которых тоже дело недешёвое и непростое.

Скорее тут более дёшево будет сжечь топливо в простом ЖРД. Затраты такие гигантские никогда не окупятся.

Устал вам повторять, что первые-вторые ступени РН-это ничто!  Корабль по стоимости может быть дороже! Что эффект основной от разгона достигается позднее - на этапе работы разгонного блока и расчёта виртуозной орбиты с гравманёврами.

Сколько можно страдать этим "лазерно-спиральным бредом"?  Вы просто хотите считать эту идею верхом совершенства и сами в неё верите, несмотря на абсурдность и явные факты утопии в ней.

[Skipper]

С другой столроны, для солнечной батареи предел ЕМНИП порядка десятков киловатт/м2, дальше температура превышает критическую и они перестают работать.

От охлаждения, прежде всего, зависит. Но поскольку охлаждать реально можно будет только расходуемым теплоносителем на борту (который и должен быть рабочим телом, скажем жидким водородом), то очень критичен КПД.

Если работать на водороде, то минимум 99,9%
Неоне – 98,8%
Если на воде – 97%

В оптике таких коэффициентов преобразования получить вообще невозможно.

Только СВЧ и с помощью чего-то весьма экзотического преобразователя (преобразователь на нестационарном эффекте Джеффессона, криогенная ректенна со сверхпроводящими контактами и диодами из узкозонного полупроводника и т.д.).

То есть, если я правильно Вас понял, некий экзотический преобразователь СВЧ-излучения в электричество, охлаждаемый до криогенных температур рабочим телом - жидким водородом, теоретически может иметь КПД до 99,9%?
Нельзя ли кратко указать, как получена эта цифра?

Допустим, эта штука действительно работает. Как можно ее использовать?

1) На атмосферном участке полета нагрев от набегающего воздуха постепенно нагреет ракету, и никакого водорода надолго не хватит. То есть этот участок должен быть коротким, о разгоне до суборбитальных скоростей в атмосфере речь не идет.

2) В вакууме на нагрев тратится 0,1% приходящей энергии СВЧ. Выше Вы оценили предельный теплопоток, передаваемый стенкой ракеты водороду, в мегаватты/м2. Но это при температуре стенки в тысячи градусов. При температуре в десятки градусов теплопоток, видимо, снизится на 2 порядка (поскольку теплопроводность меряется в Дж/(м*К)). Правильно?
Итого 10^-2/0.1%=10. То есть предельный общий поток СВЧ-энергии растет на порядок - до десятков мегаватт/м2.

Если КПД дальнейшей передачи энергии от электричества в нагрев рабочего тела выше 10% - тогда этот "экзотический преобразователь" может быть эффективнее тупой передачи тепла водороду через нагрев стенки лазерным лучом.

Но и в этом случае у лазерного луча остается преимущество в дальнобойности ~ на 6 порядков.

[Skipper]

Скиппер глубоко заблуждается или считает что ЖРД дешевле. А вы его поняли наоборот.

Нет, все-таки заблуждается Я имел в виду, что на получение жидких кислорода и водорода тоже тратится электричество.

Устал вам повторять, что первые-вторые ступени РН-это ничто!

Но именно это ничто дает цену вывода килограмма груза на орбиту в $10тыс и выше?

[Грехов Михаил]

Нет, все-таки заблуждается Я имел в виду, что на получение жидких кислорода и водорода тоже тратится электричество.

Ога. особенно водорода. Ибо помимо получения надо его ещё сжижить. А это криогенные температуры

Но именно это ничто дает цену вывода килограмма груза на орбиту в $10тыс и выше?

Нет. Всё-таки основа стоимости запуска-это труд людей и содержание цехов и всякие "накладные расходы". Вот я работал в РКК "Энергия" в отделе. в нём порядка 60... 70 человек. (а есть ещё отделы). Ну допустим средняя зарплата около 20 тыс. Итого для одной только з.п. народу нужно 1.4 ляма в месяц. А во всей РКК в 100 раз больше народу. Получается, что работа завода + КБ сжирает 140 млн руб только на зарплату каждый месяц. А ещё народ работает за компом/станками. То есть прибавьте содержание рабочего места (свет, отопление) надо прибавить стоимость материалов. Оплату людей в командировках и компенсацию их проживания. Социалка есть (якобы бесплатное медобслуживания в местной МСЧ, путёвки в санаторий). Обслуживающему персоналу надо платить (столовая там, безопасность, охрана... то-сё)

Ну и конечно материалы, поступающие в цеха (порою весьма недешёвые типа титана, стали 30ХГСА), амортизация, ремонт, инструмент и т.п. Так что смело можно увеличивать ещё в разы.... вот и набегает за продукцию РКК солидная сумма её себестоимости даже ещё будучи на Земле. 

[Skipper]

Элон Маск как раз против такого роста расходов борется. У него во всей фирме SpaceX, ЕМНИП, человек 500 работает. Тогда, если Вы правы, стоимость запусков у него должна упасть на порядок.

[AlexAV]

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

Ну как это нет. Ступень теряется. А её стоимость вполне будет соизмерима с обычной жидкотопливной. Плюс амортизация лазерного оборудования.

Элон Маск

У него себестоимость пока ничем особенным на общем фоне не выделяется.

[AlexAV]

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.

Да забудьте вы о стоимости керосина, водорода и кислорода. На фоне стоимости оборудования и стоимости его обслуживания – это копейки, недостойные упоминания. Даже в обычно авиации амортизация и обслуживания самолёта стоят больше, чем топливо для него, что уж говорить о космической технике.

[Foma]

Господа, походу мы решаем не ту проблему. Лазерное излучение конечно вещь хорошая, но как способ передачи многомегаваттных мощностей никуда не годится. Наверное стоит несколько поменять парадигму: пусть лазер пробьет нам ионизированный канал через атмосферу, а уж по нему мы скинем мощность, как по обычной линии электропередач. Такой подход несопоставимо проще, дешевле и даже частично реализован. Давно существуют компактные фемтосекундные лазеры ИК и видимого диапазона, способные за счет эффекта многофотонной ионизации пробивать длинные плазменные каналы в воздухе. Подобную штуку можно адаптировать под разгон ракеты на атмосферном участке полета. Можно на пальцах оценить требуемые характеристики плазменного канала (проводимость, время жизни и тд). Думаю, мощность, необходимая на его поддержание, будет всяко меньше тех гигаватт, что нужны нам в противном случае. И не придется энергию преобразовывать туда-обратно.

[Dem]

У него себестоимость пока ничем особенным на общем фоне не выделяется.

Цена не выделяется. А её разницу с себестоимостью он в карман кладёт.

[AlexAV]

Цена не выделяется. А её разницу с себестоимостью он в карман кладёт.

Так нет никаких данных, что она больше, чем у других.

P.S. Стоимость запуска Falcon 9 v1.1 вроде как 82 млн. $ (http://www.spacenews.com/article/nasa-taps-ula-spacex-earth-science-launches#.UbeL9djzvHA) при 10.4 т на НОО.

[ВадимZero]

Устал вам повторять, что первые-вторые ступени РН-это ничто!  Корабль по стоимости может быть дороже!

Я бы вам предложил, как то это обосновать, желательно ссылками. По мне так первая ступень, и ее обслуживание(космодром) самая дорога часть. Потому в системе "Макс" именно на ней и экономили, давая теоритическое снижение стоимости в 10 раз.

[ВадимZero]

Господа, походу мы решаем не ту проблему. Лазерное излучение конечно вещь хорошая, но как способ передачи многомегаваттных мощностей никуда не годится. Наверное стоит несколько поменять парадигму: пусть лазер пробьет нам ионизированный канал через атмосферу, а уж по нему мы скинем мощность, как по обычной линии электропередач. Такой подход несопоставимо проще, дешевле и даже частично реализован. Давно существуют компактные фемтосекундные лазеры ИК и видимого диапазона, способные за счет эффекта многофотонной ионизации пробивать длинные плазменные каналы в воздухе. Подобную штуку можно адаптировать под разгон ракеты на атмосферном участке полета. Можно на пальцах оценить требуемые характеристики плазменного канала (проводимость, время жизни и тд). Думаю, мощность, необходимая на его поддержание, будет всяко меньше тех гигаватт, что нужны нам в противном случае. И не придется энергию преобразовывать туда-обратно.

Тогда нам понадобиться луч Эири.

[vsevolodson]

И не придется энергию преобразовывать туда-обратно.

Да неужели? Чтобы из тепла получить электричество, придётся таки преобразовывать и далеко не один раз. Потом - ракета не на электричестве летает. Что дальше? Аркжет? Сколько он кушает на каждый ньютон тяги - вам хоть известно?