КВС в космосе

[Андрей Курилов]

Ткните носом, пожалуйста

Пост №106. Там про существующие технологии.

[Андрей Курилов]

А если завтра война?

На то они и есть, жёлтая и красная линии. Пересекать их не рекомендуется (отклоняться от зелёной главной последовательности)...

Все эти звездолётсва были, кажись уже примерно год назад. И два года назад тоже, вроде. Вдруг снова собирается весь звездолётный контингент форума в теме. Интересно, не сезонное ли обострение необходимости межзвёздных перелётов это? 

Думал вряд ли на тему звездолётства можно что-то новое сказать уже. Ан нет, вон - диаграмму вывели. Интересно ведь всё-таки получается...

[Андрей Курилов]

ИМХО, не будет никакого корабля поколений, а будет корабль одного поколения, т.е. просто экипажа.

Ваше ИМХО - это ваше ИМХО. А то что вы заявили "зелёный вариант невозможен" - надо бы обосновать. Именно поэтому я придрался. Вы заявили о невозможности наиболее реалистичного подмножества вариантов. Это странно. Либо потрудитесь это обосновать (и не с позиций эгоизма-индивидуализма-хотений), либо признайте, что ляпнули дурость.

[Андрей Курилов]

Для целей обеспечения колонии электричества собственно вообще почти не требуется. Неплохо было бы если буфер тепловой энергии взрыва грелся бы хотя бы до 3-4 тыс. градусов, чтобы обеспечить освещённость раз в сутки (взрыв, соответственно, тоже раз в сутки). Т.е. утром взрыв - буфер-солнышко засветилось, освещая "оранжереи" в обитаемых отсеках. В качестве рабочего тела берём кусок вещества планетозимали и прогоняем через теплообменник, забирая тепло от буфера. Высокая температура разложит сырьё планетозимали на составляющие по мере остывания по методу фракционной перегонки. Между отделением фракций рабочее тело отдаёт свою энергию, крутя гигантское километровое "колесо обозрения" - обитаемый отсек. Обитаемый отсек здесь выступает также в роли маховика, запасающего энергию взрыва во вращении. Кроме того, обитаемый отсек обогревается остывшими остатками рабочего тела до температуры ~250 К (без учёта освещения, "днём" - до ~300 К). Понадобилось электричество - снимаем генератором с вращения массивного (мегатонны) обитаемого отсека. В норме же электричество не нужно, для растений - тепловое излучение буфера "днём", для добычи дейтерия и других веществ - фракционная перегонка вещества планетозимали теплом взрыва...

Всё бы ничего, но торий становится узким местом. Его содержание в метеоритах вместе с ураном порядка 30 ppb. Учитывая, что ледяные планетозимали содержат примерно 10% (с потолка) нелетучего материала, получаем содержание в межзвёздных айсбергах 3 ppb. Причём это будет ещё сильно варьироваться от объекта к объекту где-то от 1 до 5 ppb. Воды в планетозималях где-то 80%, значит водорода по массе будет около 9%. У комет дейтерия обычно 200 атомов на миллион атомов водорода, т.е. 0,04%. Итого дейтерия в планетозимали должно быть 36 ppm. Это означает, что по массе в межзвёздных айсбергах дейтерия в 10 тысяч раз больше, чем урана+тория. Т.е. чтобы в полной мере использовать ресурсы дейтерия, необходимо на каждый килограмм сжигаемого актиноида сжигать по 10 тонн дейтерия. Иначе по исчерпании запасов урана и тория дейтерий поджигать в КВС станет просто нечем и колония должна будет переселяться на новую планетозималь.

Представим себе сферическую планетозималь в вакууме поперечником 10 км, её масса будет порядка 500 Гт. В ней есть всего 15000 тонн тория и урана. Если жечь по одному килограмму в день, то хватит примерно на 40 000 лет. Потом придётся переселяться на новую. Правда, проблема та ещё - собрать этот уран и торий. Ведь, чтоб получить 1 кг, нужно будет переработать 330 килотонн вещества планетозимали.

http://www.webelements.com/thorium/geology.html

[Андрей Курилов]

Блин,Всеволодсон-человек с миллионом неприятностей.Пошто опять в баню закрыли!?

По ошибке. Уже разбанили
Мне везёт.

[Андрей Курилов]

Кстати.
"британские ученые продолжают шутить считать"
Возвращаясь к бортовому типу реактора.
Если ядро (диаметром 2.5 км) разогрето до 1000 К, а радиатор имеет 200 К, то идеальный тепловой КПД системы будет 0.8 (очень неплохо). При этом, допустим поверхность радиатора - тоже сфера вокруг нашей сферы. Тогда чтобы сбросить тепловой отход в 0.2 от 1.16 Твт при 200 К  надо иметь радиатор-сферу диаметром 28.5 км.

Астросооружение, однако!

Проблема в том, что для ионников потребуются ещё радиаторы. И когда вы прикините каковы они должны быть для того, чтобы придавать всему этому псевдопланетоиду хоть сколько нибудь приемлимое ускорение, вы ужаснётесь - конструкция станет вообще тоненьким пузырём размером с Луну и лопнет.

[Андрей Курилов]

Надоело. Давайте я вам серебряную пулю бортового КВС покажу. Реалистичный вариант ионника имеет УИ 200 км/с, одновременно тягу 10 кН и жрёт при этом 800 МВт. УИ нас устраивает, ибо звездолёт как минимум - корабль поколений, посему скорости в ~300 км/с нам хватит. Это хорошо. Но разгон должен составлять никак не более 1000 лет, а лучше на порядок меньше. Это означает среднее ускорение порядка 10^-5 м/с² или лучше на порядок больше.

F = m*a
v = a * t

Если наш чудесный звездолёт имеет среднюю массу где-то в районе 100 мегатонн, то необходимая средняя тяга составит меганьютон или лучше больше. Это 100 таких ионников или 80 ГВт питания.

Гм, серебряной пули не вышло 

[Андрей Курилов]

Да, согласен. Для 10 тонн на килограмм это коэффициент чистоты термоядерного взрыва 10 000. Снеженцы обещали 1000 в самом лучшем случае. Обычно говорят о 10 и надежно гарантируют 100.  1000 - наверное уже потребует предельных усилий. Но 10 000 - это за гранью добра и зла.

Тогда овчинка выделки не стоит. Смысл городить КВС, который, максимум на 2-3 порядка сэкономит актиноиды, если вместо этого можно просто взять бортовой реактор и на 2-3 порядка скинуть мёртвой массы?
Каков будет тогда смысл? Чисто пожечь дейтерий и взять лишние мегатонны железа на борт?

[Андрей Курилов]

Гм, серебряной пули не вышло 

Забыл совсем - абы какой ионник не годится. Ибо работать должен долго и надёжно, не портя всякие там электроды. Из альтернатив знаю только VASIMR, но тот не развивает достаточно УИ.

... Гм, серебряной пули не вышло 

Таки, вышло, наверное. Ускорение, наверное, надо 9,8 м/с²., если там люди лететь будут. А то ещё мегатонны колец для иск. тяжести.

Ни в коем случае.

[Андрей Курилов]

Объем жизненного пространства для перелётчиков тоже имеет значение. Хотя нужно ли столько народу, это вопрос.......

Я бы предложил заморозить.

[Андрей Курилов]

работать он будет на электрически заряженной щебёнке

Нет. Только безэлектродные электроплазменные двигатели, которые могут выдержать разгон без существенного износа.

[Андрей Курилов]

По-вашему в ионнике нет абляции???

В обычном ионнике как раз есть. В безэлектродном - намного меньше.

[Андрей Курилов]

Хымм....а каким образом ионизировать рабочее тело, если нет электродов?

Электронноциклотронным резонансом, т.е. излучением антенны. Как у VASIMR, например.

[Андрей Курилов]

КПД, аднака, как у паровой машины мистера Уатта...

Точнее - 60% входной электрической энергии превращаются в кинетическую энергию ионов. При этом не всё оставшиеся 40% уходят в тепло, а часть в лишнюю ионизацию рабочего тела ещё. Эффективность преобразования электричества антенной в излучение - 95%.

[Андрей Курилов]

Сомнительно: кпд лучших магнетронов (по питающему электричеству в СВЧ) едва дотягивает до 70% (на мегаваттах в импульсе). Какой кпд преобразования СВЧ в ионизацию -не ведаю, но как-то экспериментально определяли кпд микроволновки по теплу - едва до 10% дотянули.
Относительно преобразования электричества антенной в излучение - 95% - однозначно не верю. У лучших антенн КИП не более 60 %

Это экспериментальные данные, а не проектные. Так что, звиняйте.

Насчёт низкого УИ я наврал. Двигатель позволяет менять УИ от 30 до 300 км/с при изменении тяги от 400 до 40 Н при постоянной мощности. Так что VASIMR всяко лучше любого ионника. Думаю и 2000 км/с УИ сможет выжать, поэтому подойдёт и для более лёгкого (тысячи тонн) корабля спящих, требующего сотни лет перелёта вместо тысяч. Тупо экстраполируя получается, что при УИ=2Мм/с тяга будет 6Н. Чтобы за 100 лет разогнать до ~3 Мм/с потребуется ускорение 10^-5м/с². Для ~10 тыс. тонн это потребует тяги ~100Н или всёго 16 таких двигателей или всего 160 МВт. Вот такой тупой рассчёт показывает, что двигатель в общем-то годится.

На самом деле при разгоне тягя/УИ должны меняться дифференциально. Сначала разгон должен осуществляться с максимальной тягой и минимальным УИ, а затем следует понижать тягу и повышать УИ. Это даст серьёзный выигрыш в экономии энергии/топлива.

[Андрей Курилов]

На самом деле при разгоне тягя/УИ должны меняться дифференциально. Сначала разгон должен осуществляться с максимальной тягой и минимальным УИ, а затем следует понижать тягу и повышать УИ. Это даст серьёзный выигрыш в экономии энергии/топлива.

Прикинул. Как вам такое? Разгон до С/100 за 32,5 лет всего. Масса меняется с 80 тыс. тонн до 16,5 тыс. тонн с шагом в 2%. Потребляемая двигателями электромощность в начале разгона 200 МВт и падает к концу разгона до 1МВт.

[Андрей Курилов]

Охотно звиняю, тем более что в Вами приведенном материале отсутствуют экспериментальные данные по кпд от затраченной (первичной) энергии.

Там указан КПД от электрической энергии - 60%. Вам что требуется? Сколько дров надо, чтобы ионник запитать что ли?

ПД верзус скорость истечения струи - зависимость скорости роста телеграфного столба от интенсивности лунного света 

А енто к чему вы вообще?

[Андрей Курилов]

Именно дров, то есть зависимость УИ от израсходованной энергии.

А как же тяга?

[Андрей Курилов]

А никак! Это и есть тот самый "телеграфный столб"! Тяга, как таковая, вообще ничего не значит.

УИ отдельно от тяги тоже ничего не значит. Можно послать один фотон - и вот, пожалуйста УИ, равное скорости света уже есть.

[Андрей Курилов]

2. Что-то мне припоминается, что масса фотона где-то около нуля (прописью - НУЛЬ). Его излучение нифига кол-вы движения не приростит.

Не, это вы ошибаетесь. См. эффект Ярковского, например. Или опыты Лебедева по определению давления света.