Колонизация Титана

[Андрей Астрофизический]

Дальше на сам Джуп(кстати сам он вам не нужен,нужна просто его орбита)

Хм)) ну так то да. схема интересная.

[noxx77]

Самое вкусное в центре подо льдом и в стенах кратеров. Интересный момент представляет собой кольцевая экваториальная Стена Япета высотой 13 км.

Ну и в контексте EROEI во что обойдётся выколупывание металлов для СЭУ?

[crazy_terraformer]

Без понятия. Одно ясно — льда полно и его можно выпаривать, сбрасывая тепло от производств.

Глубина самой глубокой шахты на Земле 5 км, плотность породы 2,6—3,1 г/см³ , ускорение 9,81 м/с2


Внешние крупные спутники Сатурна
Рея Титан Гиперион Япет
Япет
Плотность   1,088 ± 0,013 г/см3
Ускорение свободного падения   0,223 м/с2
g/я=9.81/0.223=43.991
Возьмём среднюю плотность литосферы (2.6+3.1)/2=2,85
ρлит.Земли/ρяпета=2.85/1.088
Ориентировочно глубина  максимальная шахты на Япете h=5*(9.81/0.223)*(2.85/1.088)=576.16929899≈576,17 км
Радиус Япета 1470/2=735 км
Как знать, африканцы если глубже зароются, тогда открывается перспектива сделать сквозную шахту на Япете через ядро.

Рея
Диаметр   1527,0±1,2 км[2]
Площадь поверхности   7,33 млн км²
Масса   2,306518±0,000353⋅1021 кг[3]
Плотность   1,237±0,003 г/см³[2]
Ускорение свободного падения   0,264 м/с2
Ср.радиус≈763,5±0,6 км
Ориентировочная максимальная глубина шахты h=5*(9.81/0.264)*(2.85/1.237)≈428.06552≈428.066 км чуть более половины радиуса.

Гиперион
Физические характеристики
Диаметр   360×280×225 км[3]
Масса   5,686⋅10^18 кг
Средняя плотность   0,5667±0,1025 г/см³[4]
Ускорение силы
тяжести   ~0,017 м/с²

h=5*(9.81/0.017)*(2.85/0.5667)≈14510.4786≈14 510,5 км — снежок пробивается на раз.


Внутренние крупные луны Сатурна
(и их троянские спутники)   
Мимас Энцелад  Тефия(Телесто и Калипсо) Диона(Елена и Полидевк)

Малоплотная сатурнианская луна средней величины — Тефия

Средний радиус   531,1±0,6 км[3]
(0,083 земного)
Масса   6,17449±0,00132⋅1020 кг[4]
Плотность   0,984±0,003 г/см³[3]
Объём   623 млн км³
Ускорение свободного падения   0,145 м/с²
Ориентировочная максимальная глубина шахты h2=5*(9.81/0.145)*(2.85/0.984)=979.76240538≈979,762 км Сквозная — ура !
Чуваки, можно ускоряться сквозь шахту через ядро и вылетать на орбиту.
А раз Тефия  пробиваема, то ея спутники(Телесто и Калипсо) тем более.

Диона
Диаметр   1123,4 км
Масса   1,095 452⋅1021 кг
Плотность   1,4757 г/см³
Объём   731,684 млн км³
Ускорение свободного падения   0,231 м/с²
Ср.радиус  561,7 км

Ориентировочная максимальная глубина шахты h=5*(9.81/0.231)*(2.85/1.4757)≈410.085 км

Елена
Физические характеристики
Диаметр   36 × 32 × 30 км; 32 км средний
Масса   8⋅10^17 кг
Пробивается.
Полидевк
Диаметр   3,5 км
Масса   1÷5 × 10^13 кг
Однозначно пробивается.

Мимас
Физические характеристики
Диаметр   415,6±1,0×393,4±1,0×381,2±0,6 км[3]
Средний радиус   198,2 ± 0,4 км[3]
Площадь поверхности   ~494 тыс. км²[1][4]
Масса   3,7493 ± 0,0031⋅1019 кг[5]
Плотность   1,149 ± 0,007 г/см³[3]
Объём   ~32,6 млн км³[1]
Ускорение свободного падения   0,064 м/с²[1]

Ориентировочная максимальная глубина шахты h=5*(9.81/0.064)*(2.85/1.149)≈1901.0 км однозначно пробивается

Энцелад
Физические характеристики
Размеры   513,2×502,8×496,6 км[4]
Средний радиус   252,1 ± 0,1 км (0,0395 земного)[5]
Масса (m)   (1,080 22 ± 0,001 01)⋅1020 кг[5]
(1,8×10−5 земной)
Средняя плотность (ρ)   1,609 6 ± 0,002 4 г/см3[5]
Ускорение свободного падения на экваторе (g)   0,111 м/с2

Ориентировочная максимальная глубина шахты h=5*(9.81/0.111)*(2.85/1.6096)≈782.4 км пробивается, можно обойти южный подлёдный океан, простирающийся от 50° южной широты к южному полюсу. Или пробиваться сквозь его дно к ядру.



Феба
Орбитальные характеристики
Большая полуось   12 955 759 км
Эксцентриситет   0,1562415
Период обращения   550,564636 сут
Наклонение орбиты   151,78°(к экватору Сатурна)
Физические характеристики
Диаметр   230×220×210 км
Масса   (8,292 ± 0,010)× 10^18 кг[3]
Плотность   1,634 2 ± 0,046 0 г/см³[3]
Ускорение свободного падения   ~0,049 м/с2

Ориентировочная максимальная глубина шахты h=5*(9.81/0.049)*(2.85/1.6342)≈1745.75 км пробивается

Янус
Орбитальные характеристики
Большая полуось   151 460 км
Эксцентриситет   0,0068
Период обращения   0,694 660 342 сут
Наклонение орбиты   0,163° (к экватору Сатурна)
Физические характеристики
Диаметр   193×173×137 км[1]
Средний радиус   89,4 ± 3,0 км[1]
Масса   1,912±0,005⋅1018 кг[2]
Плотность   0,64±0,06 г/см³[1]
Ускорение свободного падения   ~0,0137 м/с²

 h=5*(9.81/0.0137)*(2.85/1.912)≈5336.73 км пробивается на сквозь, все оставшиеся спутники тоже, кроме Титана ессно.
Кольца как источник материала особого интереса не представляют.
Размер частиц материала в кольцах — от микрометров до сантиметров и (реже) десятков метров. Состав главных колец: водяной лёд (около 99 %) с примесями силикатной пыли. Толщина колец чрезвычайно мала по сравнению с их шириной (от 7 до 80 тысяч километров над экватором Сатурна) и составляет от одного километра до десяти метров. Общая масса обломочного материала в системе колец оценивается в 3×10^19 килограммов

[noxx77]

Как знать, африканцы если глубже зароются, тогда открывается перспектива сделать сквозную шахту на Япете через ядро.

Заглубляться в лёд проще - плавишь реактором/сбрасываешь наружу только отвод льда/воды надо организовать.

[crazy_terraformer]

Как знать, африканцы если глубже зароются, тогда открывается перспектива сделать сквозную шахту на Япете через ядро.

Заглубляться в лёд проще - плавишь реактором/сбрасываешь наружу только отвод льда/воды надо организовать.

Стены могут зарасти конденсирующимся из паров инеем и от шахты останется узкая скважина.
Проще пилить кубики металлическими дисками с алмазным напылением.
И потом предельная глубина зависит от внешнего давления породы на стены шахты, при определённом внешнем давлении дно шахты невозможно углубить.

[alex_semenov]

Значит так.
Продолжать холивар (про цели и методы выхода из колыбеши, либерал-глобализЬм, социал-дарвинизЬм, или национал-коллективизЬм) тут просто глупо и некогда.
Хотя Андрей, хотел вам накидать аргументов (чушь несете, батенька!) за шиворот про то как и почему в 70-х мы перестали карабкаться на небеса...
Ну да бог со всеми  вами. Я же сказал - мы (интеллектуалы, слово ругательное, как "эффективный менеджер") осколки разбитого целого у каждого теперь в голове- только кусочек... Можно вечно цапаться, примерять кусочки. Все равно не поймем друг друга, как солдаты Вавилона.
Так что звыняйте.
Все - в лес!!! (с)

* * *

На какой бы ветке истории мы не очутились (или не пошли) - техника будет везде похожа ДО ДЕТАЛЕЙ ( как говорит наш великий канцлер, Альберт Шпеер, все счастливые семьи/красивые машины счастливы одинаково/похожи друг на друга):




Вчера целый вечер переписывался (в таких темах лучше переписываться, оказывается, продуктивней) через скайп со своим кумом Дмитрием Ивановичем Литвиновым (здесь бывает как Divanych но выступает редко ибо стеснителен как девица). Он (в отличии от меня, оболтуса) таки диплом инженера-двигателиста в ХАИ получил. И мы обсуждали вопрос использования на Титане ТРД. Можно ли 5-1% метана в атмосфере Титана заставить гореть в турбине, если вместо керосина (или газа в газовой турбине на Земле) подавать жидкий кислород?
Я задавал правильные вопросы, он быстро давал правильные ответы (Хотя по специальности он не работал, но крайне высококачественное СОВЕТСКОЕ образование - хрен пропьешь! Кто не согласен - идите в Ж...!  )
Налопатили много. Я и не ожидал что так быстро разберемся.
Я более чем доволен. Сначала называл Диму эксперДом, а потом таки не... экспертом...
 
Он быстро выдал мне ключевые параметры как первых так и современных турбин и мы с ходу ухватили все ключевые идеи и отличия условий воздуша Титана от Земли.



Итог. Да. Все будет работать. Даже лучше в чем-то чем здесь, на Земле. Современные авиационные турбины (я был шокирован параметрами этих установок! Я приавык думать что типичное сжатие 4-5 раз, но это только в самых первых турбинах на "мессерах"! Сжатие компрессора теперь 30-50 раз, при этом целятся на 60! Число ступеней таки доходит до полутора десятков на самом деле!) более чем достаточно чтобы запитать турбину именно метаном из атмосферы Титана даже при 1% его содержания (на высоте содержание метана падаес с 5 до 1%. Там и давление падает, но и наш аппарат не будет висеть там неподвижно, он будет двигаться и скорей всего уже быстрее звука, так что конус Маха падение барометрического давление исправит еще на входе компрессора, 30-60 раз сжатия в характеристиках современных турбин - это СТАТИЧЕСКОЕ у земли сжатие).



Хотя есть сложности и минусы. Но они либо компенсируются плюсами (все-таки за бортом гигантский резервуар негэнтропии, Карно с его циклом и не снилось!), либо они не так уж и существенны. Разумеется, обычную земную турбину там не запустить. Надо отдельно разрабатывать специальную под питание жидким кислородом и метановую атмосферу. Но вся мощь наработанная землянами в этой области на 90%  (оценочно) пригодится для разработки турбин для Титана. То есть тут все, по идее, в шоколаде!
Удивительная планета!!!

[Андрей Астрофизический]

Можно вечно цапаться, примерять кусочки. Все равно не поймем друг друга, как солдаты Вавилона.

Все верно, так оно и есть.

Современные авиационные турбины (я был шокирован параметрами этих установок! Я приавык думать что типичное сжатие 4-5 раз, но это только в самых первых турбинах на "мессерах"! Сжатие компрессора теперь 30-50 раз, при этом целятся на 60!

а я знал. Что современные ТРД жмут в десятки раз.

хрен пропьешь! Кто не согласен - идите в Ж...

Вот на этом месте захотелось один да-а-авний пост припомнить) по которому выходило, что тут Семенов посылает в Ж самого себя.
Ну да ладно. кто старое помянет...

Хотя есть сложности и минусы. Но они либо компенсируются плюсами (все-таки за бортом гигантский резервуар негэнтропии, Карно с его циклом и не снилось!), либо они не так уж и существенны.

Есть кроме того, жирнейшие два плюса Титана.
1) низкая гравитация позволяет авиаконструкторам размахнуться так, как на Земле и не мечталось. На Титане полетит любой чемодан, если крылья приделать.
2) плотность атмосферы у поверхности - сильно облегчает взлет. Самолеты очень хорошо себя чувствуют в воздухе, но относительно сложнее на взлете и посадке. Особенно это касается сверхзвуковых агрегатов (вспоминая тот же Конкорд) - на Земле им реально тяжело отрываться от ВПП, выжимая ресурсы в режиме эксплуатации очень далеком от оптимального. Плотность атмосферы у поверхности, на Титане облегчает и эти проблемы.

Удивительная планета!!!

Рай для авиации

[alex_semenov]

Вот на этом месте захотелось один да-а-авний пост припомнить) по которому выходило, что тут Семенов посылает в Ж самого себя.
Ну да ладно. кто старое помянет...

Гм... не помню, хотя... нам, программистам, рекурсия (самим себе что-то там откусить в азарте творчества...?) не чужда. И не такое бывает!

Есть кроме того, жирнейшие два плюса Титана.
1) низкая гравитация позволяет авиаконструкторам размахнуться так, как на Земле и не мечталось. На Титане полетит любой чемодан, если крылья приделать.
2) плотность атмосферы у поверхности - сильно облегчает взлет. Самолеты очень хорошо себя чувствуют в воздухе, но относительно сложнее на взлете и посадке. Особенно это касается сверхзвуковых агрегатов (вспоминая тот же Конкорд) - на Земле им реально тяжело отрываться от ВПП, выжимая ресурсы в режиме эксплуатации очень далеком от оптимального. Плотность атмосферы у поверхности, на Титане облегчает и эти проблемы.

Это - само собой.
Это - отдельные бонусы. Это по линии 1-го факультета ХАИ. "Конструирование летательных аппаратов". Но если взять исключительно 2-й факультет ("Двигатели летательных аппаратов"), то тут гравитация (и в общем то плотность воздуха, ибо она сильно меняется с высотой) не важны. Тут термо-, газодинамика. Циклы там Карно, Брайтона, Отто... Химия (химическая кинетика). И тут как раз (без гравитации) уже "все пучком"!

Удивительная планета!!!

Рай для авиации

Ладно бы для авиации только! Для ТЕПЛОВЫХ МАШИН! Да и не только тепловых.
Рай для машин. Скажем так.
 

Ps Что бы не забыть.
Эффект Коанда
Должен очень хорошо работать.

Самое то для взлёта челнока с Титана, учитывая отсутствие инфраструктуры, а следовательно необходимость взлетать "по-вертолетному", причём с ледяной поверхности, которую нежелательно сильно греть.

Кстати, последнее обстоятельство я как-то пропустил.
Вчера, буквально, пересмотрел кадры посадки "Гюйгенса" на Титан.
Так там прям видно как через время начала колебаться картинка. Горячий аппарат испарил поверхностный слой.
И сразу вспомним какую бурю поднимает вертолет при посадке...
Интересно, насколько "зонтолет" или грибок Коанда мягче опускается?
Я почти уверен что там этот эффект будет востребован в самых разных вариантах аппаратов. В частности для дирижаблей. Хотя там ЛЮБОЙ летательный аппарат (и чем больше по размеру, тем в большей степени) будет "дирижаблем" в той или иной мере (хоть и тяжелей воздуха но не намного). Там даже здания будут "аэростатами", что, кстати очень кстати. Вися НАД поверхностью они не будут греть грунт под собой, в который надежно заяканены (лед при  -180 как гранит).
То есть проблемы (специфические) возникают. Но они и решаются очень красиво.


* * *
По поводу формы челнока. Конечно тема летающих тарелок не снимается... Но мне кажется что форма "тарелка" оправдана для медленных полетов на небольшой высоте, длительного зависания... Ну это как подводные блюдца Кусто. Титан - полуатмосфера, полудно.



Челнок же, если и зависает над местом посадки - то не на долго. А основное время он проводит в разряженных слоях и на орбите при этом движется на сверх и гиперзвуке. И ПОД ЭТО его форма и должна быть заточена прежде всего. Блюдце в этом смысле, как мне кажется, не лучшая форма.
Я тут пересмотрел разные варианты космоПЛАНОВ... И сдается мне что "лапоть" Лозино-Лозинского подходит лучше всего...



То есть, снимаем с "Энергии" аппарат, которые слева (справа всем известный "Буран", стремление наших начальников во всем подражать развитому капитализму), который называется "Ураган" и пробуем что-то вылепить из него...
Я так планирую.
Надо сделать его вертикально садящимся.
Хотя, вот все же "Валькирья" чисто эстетический больше похожа на "типичный" транспортник.



Но высокоплан (типичные решения для всех транспортяг-работяг, что очевидно, учитывая погрешности в расположении грузов "на палубе") при входе  в плотные слои... Как-то не комельфо, кажется...



Ну что? По случаю темы (транспортная авиация-челнок для орбиты)...

(кликните для показа/скрытия)

У нас с этими паузами тут не серьезный, вдумчивый форум получается, а прям .
Чуть поговорили "о серьезном и не очень" и сразу музычка по заказам телезрителей и особенно воинов, наводящих лоск в казармах и пишущих в "дорогую редакцию"... 

[Mercury127]

Титан - полуатмосфера, полудно.

это на Венере самое что ни на есть полудно океана СО2. а на Титане просто газ. даже если в несколько раз плотнее земной - это все равно газ.

[alex_semenov]

Титан - полуатмосфера, полудно.

это на Венере самое что ни на есть полудно океана СО2. а на Титане просто газ. даже если в несколько раз плотнее земной - это все равно газ.

Да. И тем не менее.
Тут два фактора роднящие с дном. Полторы атмосфера, низкая температура и низкая гравитация, 1/7 земной. Низкая гравитация отвечает за "плохое сцепление с поверхносью", а плотность (тут не только давление но и холод, а значит масса литра газа на самом деле в 1.5*4=6 раз выше чем на Земле если разностью составов пренебречь!) за то, что даже относительно небольшой ветер будет сильно отрывать и переворачивать, все что легкое и аэродинамичное и плохо уцепилось за грунт. Это как раз и "напоминает" дно. Не важно газ, жидкость.
Ходить быстро - надо чуть нагибаться вперед, а сцепление с грунтом слабое. Очень неудобно быстро перемещаться там по поверхности.
Это (кстати) у Аманды в книге есть. Поэтому, на большие дистанции проще перемещаться по воздуху. Пусть низко-низко (что бы хвост по земле волочился).
Это как раз и напоминает "дно".
И кстати, есть подозрение, что в некоторых местах там бывают у поверхности сильные ветры (ураганы). И если так, вот они - смертельно опасны, если заранее надежно не заякорился за грунт. Это как мощное морское течение.
В общем,  планета  обещает быть не такой скучной... как хотелось бы...


* * *

По поводу дефицита металлов (в частности и каких-то химических элементов вообще) на Титане конкретно  и в системе Сатурна в целом (да, система воды).
Да, конечно, есть такое. Но это - в среднем по больнице.
Вопрос - есть ли ВКРАПЛЕНИЯ "иного"?
Одного (двух, трех)  ма-а-а-а-хонького "вкрапления"  в эту печальную статистику будет на первых порах может и достаточно? Или даже не на первых?
И "вкрапления", то есть неестественные для системы АНОМАЛИИ там просто обязаны быть.
Там целые луны порой аномальны!
Мы теперь знаем, что образование планет и спутников - не какой-то там плавный процесс конденсации по Шмитту или Гельмгольцу.
Да, конденсация идет. Нибулы всякие... Но помимо этого происходят и драматические процессы. Гибель титанов, так сказать!  Планетоземали, разные тела (которых изначально было на порядок больше!) бесконечно сталкиваются, разлетаются, меняют орбиты.... Весь космос - сборище осколков этих ранних "битв".
В частности, металлические метеориты (почти полностью состоящие из железа) это что?
Это развалины планетоидов, достаточно крупных тел, чтобы образовались массивные шары в недрах которых достаточно долго (тысячи лет) существовал "горн"-в ядро осели металлы и произошла первичная ГРАВИТАЦИОННАЯ СЕПАРАЦИЯ материалов. Возникновение этих самых "аномалий".
Ну а потом это тело столкнулось с чем-то себе подобным и ...



Собственно и сами столкновения (тел поменьше) выделяют много тепла, которое в термосе космоса так просто (быстро) не сольешь через Стефана-Больцмана из недр, что опять таки может приводить к АНОМАЛЬНЫМ распределениям веществ. Поэтому все эти "камушки" оплавлены еще до того как пролетели через нашу атмосферу, залетая к нам.
Ну и учитывая эту бурность ранней истории нашей системы И НЕБЕСНУЮ МЕХАНИКУ  (которую мы тут моделируем выше), как не верти, все эти аномальные куски только чисто статистичеки остаются там где родились. А статистичешкие ошметки (за краями трех сигма) разбросаны по всей Солнечной. В том числе и в зоне вечного (и сплошного) льда.  Да, это крохи. Но крохи в космических масштабах. В абсолютных (в тоннах) это далеко не крохи!

Они разбросаны очень широко, но не РАСТВОРЕНЫ там. То есть, да их надо найти. Но если они есть, то все эти запасы лежать кучненько.
Как месторождение.
Так что считать составы там их спектров, концентраций в целом... Это не совсем правильное ДОКАЗАТЕЛЬСТВО что там нет нужных нам ресурсов.
Воды ни на Луне, ни на Меркурии просто НЕ ДОЛЖНО БЫТЬ.
По определению.
Но она там есть. И ее там (по меркам космических поселений) предостаточно (хотя возможно всего в двух-трех местах иди даже одном. На Меркурии - на одном лишь полюсе например). Мы просто не понимаем насколько велики даже самые скромные космические тела и космические процессы вообще...  Космос ОГРОМЕН и хаотичен...

[alex_semenov]

Тут меня (даже не меня, а моего дипломированного эксперта) попросили прокомментировать это в связи с нашими вчерашними вечерними бдениями в скайпе:

Описание возможной   конструкции турбореактивного двигателя, адаптированного для работы в бескислородной среде.

С принципом действия стандартного ТРД все знакомы, здесь показан несколько видоизменённый  ТРД с закрытой камерой сгорания , о нём уже упоминалось в этой теме. Главное отличие состоит в изолированной камере сгорания компонентов топлива, тем самым сводя на нет зависимость двигателя от  химического состава окружающей среды.



1)   Канал подачи окислителя.
2)   Канал подачи горючего.
3)   Корпус камеры сгорания.
4)   Каналы для циркуляции хладагента.
Как видно на иллюстрации (вверху ТРД в стандартном исполнении, внизу доработанный) схема подачи внешней среды (воздуха) осталась неизменной, но применение 1-го контура изменилось, теперь этот поток не сгорает, а проходит в отверстие  в кольцевой камере сгорания, а так же соприкасается с каналами охлаждения и далее идёт через турбину, повышая КПД системы (при работе в атмосфере).
В вакууме этот двигатель также  может функционировать, хотя в этих условиях и снижается его КПД, но ничто не мешает ему перейти в режим ЖРД, для продолжения полёта летательного аппарата.

Взято здесь.

Эксперт еще, надеюсь, соберется и выскажется.
Ну а я как недоучка и ХУДОЖНИК (не стреляйте в пианиста!) таки тоже вставлю свои пять копеек.

В принципе, схема то известная. Всякий ЖРД закрытого типа (где само топливо и окислитель работают крутят компрессор, а потом же это "отработка" окончательно догорает в камере сгорания) работают очень похоже. Компрессор качает не воздух (как у вас вентилятор второго контура) а жидкости из баков. Надо же создавать давление под 300 атмосфер!



Да, понятно, в вашей схеме  ЖРД-камера сгорания "крутит" турбину, которая крутит вентилятор.
Сразу не понял, а компрессор то зачем тогда? Но увидел что он качает "второй контур" на турбину. Но не до конца понятно это зачем? Что бы охлаждать турбину? Тогда, наверное там все должно быть чуть хитрей. Вы понимаете что за компрессором (после сильного сжатия) температура уже тысячи градусов?

Вообще говоря, я не очень верю что НЕСПЕЦИАЛИСТ (да еще и не всякий дипломированный) может что-то тут реально предложить ценное.
Да, в целом схема очевидна. Но имеет ли она смысл? И если имеет, то там будет столько разных мелких нюансов-идей (понятных только узким гуру, сожравшим на этом всем ни одну собаку), что я не думаю что собственно данный "патент" (назовем его так) сам по себе имеет ценность.

Мы тоже сразу решили, что надо иметь "дополнительный впрыск" метана. Хотя бы для раскрутки двигателя на старте. Ну и если в атмосфере есть аномальные зоны где метана мало, можно подсадить двигатель на "кислородную подушку" (даже автоматически. Снизилась концентрация на входе в турбину - подаем метан из загашника, поднялась - перекрываем загашник). Такое решение обеспечит надежность работы системы и  ее вездеходность. Но все равно, основная масса метана все же должна браться за бортом.
Ясно что современные газовые турбины это не столько реактивная струя, сколько мощный крутящий момент на вентилятор, потому что мгновенный КПД ВРД близкий к 1, когда скорость отбрасываемого потока близка к скорости полета (так называемый "внешний" кпд ракеты). В этом смысле запас топлива и окислителя "на борту" - не есть хорошо.  Я так думаю.
Если у вас и окислитель и топливо с собой - быстрей выгребайтесь из этой вязкой, аэродинамической среды!!! Лучше тогда уходите из этого безобразия вертикально. Не тратьте энергию зря!!! Крылатый взлет (с растягиванием траектории через атмосферу) имеет смысл в двух случаях:

1. Если в атмосфере есть один из компонентов горения. Так на Земле и так на Тинане. Тогда вы можете сильно выиграть во взлетной массе. Напомню что в СССР в конце 1960-х была идея твердотопливной  СТРАТЕГИЧЕСКОЙ ракеты, тактической массы. "Гном".  В отличии от всяких "Пионеров" и "Тополей", эта фигня могла ездить через стандартные "колхозные" мосты...

(кликните для показа/скрытия)

Глядя на фото, нельзя не улыбнуться пошлому анекдоту про гнома-карлика в публичном доме, мол пососать я себе и сам могу...

И все чудо - в твердотоплевной воздушно-реактивной второй ступени. Экономия была на окислителе. Окислитель берется из атмосферы.
При этом у нас - окислитель.
На Титане - наоборот. Топливо. Но в любом случае назовем его "второй реагент". Он должен быть в атмосфере. Иначе (как мне кажется, может я и не прав) овчинка не стоит выделки. Или стоит, но тогда это будет совсем другая конструкция, без всякого там компрессора. То есть это совсем другой двигатель и цикл (не Брайтона. А ТРД - это цикл Брайтона).

2. Второй вариант - полностью инертная атмосфера. Да, использовать и ее, но тогда нужна АТОМНАЯ энергия. Напомню, что "Валькирия" в "Аватаре" имела (якобы) термоядерные тяговые маршевики (две этих ялды наверху):



Я когда-то тоже загорелся прикинуть ядерный вариант воздушно-космического челнока... Моля изюминка была в том, что все равно доразгонять надо на ЖРД. Пусть 1-1.5 км/с, но для него нужен запас топлива и окислителя. И немалый. И идея была расположить его ВОКРУГ реактора ядерного ВРД. Пока челнок разгоняется до 5-6.5 км/с на ядерной тяге (основные затраты) он идет через атмосферу, используя забортный воздух (не важно какого состава) как ракетную массу. Энергию он берет от деления урана. Но когда уже "воздух кончился" (вышел на 100 км) РЕАКТОР ГЛУШИТСЯ и  включается ЖРД.
Хитрость (как я думал) будет в том, что когда реактор заглушился, ему уже не нужна такая мощная радиационная защита. И поэтому топливо и окислитель, которые до сих пор служили экраном, можно "слить" через ЖРД доразгона.
Красиво?
Но не жизненно...
Реактор так быстро (даже после полной заглушки) не сбрасывает свой фон. Да. Гамма от деления исчезает. Но свеженькие продукты распада очень даже сильно фонят (они продолжают  выдать до 10% от мощности реактора в номенале только от распада быстрых изотопов!). В общем, мой аппарат после выключения реактора еще час (минимум) должен лететь по инерции чтобы радиация реактора снизилась и можно было включить ЖРД. За час челнок упадет назад в стратосферу (пол часа летят ракеты от СССР до США или как вам угодно, в обратную сторону, по самой крутой баллистической траектории).
Но принцип все же сохраняется.
Если у вас есть атомный двигатель, то вам плевать на состав атмосферы. И крылатый выход на орбиту имеет сенс.

Но летать на химическом ЖРД в атмосфере....
В начале пробовали. Ме-163, "Комета"... В симуляторе "Ил-2 1946" можно попробовать очень улучшеную версию. Мечта пепелац! Взлетает на перехват почти вертикально! Но недолго!... Надо заранее знать куда ты летишь. Искать, блудить... не получится. Топлива не хватит. И атак много не сделаешь даже экономя топливо...
Да вот, (если не жалко 15 минут пялиться)

Но надо понимать, что данное видео - демонстрация немыслимого в реале. Человек наблатыкался экономить топливо и целится.
В общем гипрас! Плюс тут цель шла прям над головой. Сразу на нее и вышел.
Реально если "комета" делала один заход в атаку - уже хорошо. Два - совсем круто.
В СССР ведь все идеи "сумрачного германского гения" очень подробно отрабатывались. Все ДО ОДНОЙ!
И были наши варианты таких вот ракетных перехватчиков (хотя у нас и своя независимая ветка Би-1, Би-6 была, но тупиковая по аэродинамике).
И мы достаточно долго с ними мудохались. Уж слишком резво они набирали высоту. Ну ракета же по-сути!
Если вы симулятор цените и знаете как тяжело карабкаться на любом ином самолете (а тут, вжик... и ты уже на 10 000 метрах!), то оценили бы достоинство системы.
Но... в конце концов отказались.
Все таки везти с собой и топливо и окислитель. Слишком быстро счастье кончатся....
 
Как только не боролись с этим недостатком (на долго не хватает!)?
Даже стандартные истребители-поршневики усиливали ЖРД (что бы придать резвости в бою, в симуляторе и эти эрзацы можно попробовать! Или с ними подраться.):



И немцев  пытались превзойти (колесные шасси, там...). Погуглите: "И-270"


Но...
Не всегда две хороших вещи (самолет и ракета), соединенные в одну вещь дают еще лучшую. Не всегда 1+1=3. Иногда бывает и 1+1=0... или -1.
С ЖРД на самолетах так же в итоге (почти 1+1=1) и получилось.
Ракета, ЖРД это рывок вверх за атмосферу. Атмосфера ему - только помеха. Крылья - обуза. Винт (вентилятор) - тем более.
Это мое мнение.
Как художника (и хреновенького, но виртуального пила ).
 

[Андрей 2]

Но не до конца понятно это зачем?

Воздух прогоняется через кольцевую камеру сгорания, далее через турбину,частично её охлаждает, при этом сам нагревается и расширяясь выходит через сопло вместе с продуктами горения, тем самым повышая тягу двигателя, в вакууме охлаждение камеры сгорания происходит посредством пропускания через охлаждающий контур хладагента, роль которого может выполнять жидкий кислород. 

Здесь в принципе  то же что и в ТРД, тяга двигателя осуществляется как горением топлива, так и работой с окружающим воздухом, только окислитель подаётся независимо.

[alex_semenov]

Здесь в принципе  то же что и в ТРД, тяга двигателя осуществляется как горением топлива, так и работой с окружающим воздухом, только окислитель подаётся независимо.

Тогда вам не нужен компрессор.
Вам нужен редуктор (или без него) на вентилятор второго контура и вся мощность на валу - на вентилятор второго контура.
Так получится экономичней. Меньше окислителя и горючего сожрете за созданную тягу.
Зачем вообще даже на истребителях используется второй контур, в курсе?

W ~ Fu

Мощность - тяга умноженная на скорость истечения. Значит тяга - мощность деленная на истечение. Чем медленней истечение, тем больше тяга при той же мощности (а мощность W, это по-сути энергия сгорания топлива и окислителя  за секуну Q/t на какой-то там коэффициент меньше 1). Второй контур - разменять скорость истечения на тягу при той же мощности (поэтому современные реактивные самолеты могут "стать на хвост", тяга больше веса, а ранние - хрен).

Но в любом случае КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ порок вашей схемы (как я думаю), что вы пытаетесь запрячь в одну телегу быка (винт по-сути, вентилятор) и трепетную лань (ЖРД).
Улавливаете?
Да, вы пытаетесь придумать что-то похожее тому что пытались придумать мы. Но мы пытаемся взять один из компонентов в атмасфере. И это сильно меняет ситуацию. Хотя тут есть тоже (в случае Титана) неприятный нюанс.
Реакция горения метана в кислороде:

C₂H₄ +3O₂ = H₂O +CO₂

Н - 1 a.e.
C - 12 а.е
O - 16 а.е

В итоге вам для сжигания  28 а.е топлива нужо  96 а.е окислителя. Окислителя вам нужно в 3.4 раза больше чем топлива. На Земле (допустим мы летаем на метановой турбине) нам нужно будет брать с собой метан, а на Титане - кислород. И его надо взять по массе в 3.4 раза больше чем если бы мы летали на Земле. При прочих равных.
Это минус.
Но плюс (и вот тут то и появлсяется гравитация!) что весит избыток в 7 раз меньше чем на Земле. Так что можно затарится. Хотя когда мы разгоняемся нас беспокоит не вес, а инерция. Она что на Земле что на Титане одна. Но и тут Титан дарит нам фору. Разгоняться нам надо не до 8 км/с а меньше чем до 2 км/с.

В общем Титан - чудо планета как ни крути. Это лучшее из мест... после Земли, разумеется.
Фатерлянт есть фатерлянд. Земля предков!
Без вариантов!

[Андрей 2]

Так получится экономичней. Меньше окислителя и горючего сожрете за созданную тягу.
Зачем вообще даже на истребителях используется второй контур, в курсе?

В курсе, просто лень было перерисовывать картинку, вообще компоненты топлива туда подаются в газообразном состоянии, это не совсем ЖРД , бешеное давление  на подходе к камере сгорания не нужно, там нет риска прорыва газов через каналы подачи кислорода, как в стандартных ТРД потому и высокое давление там не обязательно, главное чтобы поток уверенно проходил через турбину, и делал всё, что ему предписано.

Забыл, недавно узнал что такие ( очень похожей конструкции ) двигатели уже испытываются, правда я не в курсе откуда у них подаётся окислитель,  это детонационные ТРД. Исправлена опечатка.



Правда здесь вскользь о нём упоминается.

[Андрей 2]

Да, вы пытаетесь придумать что-то похожее тому что пытались придумать мы. Но мы пытаемся взять один из компонентов в атмасфере.

В атмосфере Венеры этого компонента нет, а движок задумывался именно для неё,  да и вообще , на мой взгляд нужно уходить от зависимости от земного окислителя, нужно слазить с этой "иглы".

[alex_semenov]

В курсе, просто лень было перерисовывать картинку, вообще компоненты топлива туда подаются в газообразном состоянии, это не совсем ЖРД , бешеное давление  на подходе к камере сгорания, там нет риска прорыва газов через каналы подачи кислорода, как в стандартных ТРД потому и высокое давление там не обязательно, главное чтобы поток уверенно проходил через турбину, и делал всё, что ему предписано.

Вопрос не столько в давлении (зачем его повышают так упорно?).
Вопрос в температуре. Как не верти, результат все равно сводится к формуле Карно:



Просто в случае цикла Брайтора, формула Карно (уравнение кпд) переписвается через давление:




Чем больше сжал, тем выше КПД. Эффективность сгорания топлива, ну и цены на билеты падает (/ла)...

Забыл, недавно узнал что такие ( очень похожей конструкции ) двигатели уже испытываются, правда я не в курсе откуда у них подаётся окислитель,  это детонационные ТРД.

Нет нет. Это опять таки попытка повысить давление в цикле Брайтона. Но уже не извратами с 17 рядами лопаток, а именно хитро оседлав детонацию.
Это бабский угодник (любил он дам! Танцор и лавилас! Злые языки говорят что из Арзамаса-16 он уехал, когда там кончились женщины, которые его не знали!)
Зельдович.
Зельдович - теоретик детонации. В основном это пробовали применить в Н-бомбе (Проект "труба" РДС-6т, отказались), до этого теория Зельдовича сильна помогла усовершенствовать ядерные заряды (там все на этом), после ухода "в гражданку" Зельдович активно использовал теорию детонации для астрофизики (новые, сверхновые...) но помимо этого была у него идея и детонационного двигателя (заменить турбонасос детонацией). Именно заменить сложную механику хитрой физикой простецкого на вид (но тонкого по-сути) процесса.
Детонация по-сути, в чем-то работает так же как цикл Брайтона. Сама себя сжимает и в фронте сжатия взрывчатка сгорает (очень эффективно) и часть энергии детонации опять идет на сжатие новой порции взрывчатки на фронте ударной волны (при детонации ударная волна и детонационная - одно и то же).



Если вы это прикладывете к ЖРД (можно) то там опять таки ЭФФЕКТИВНСТЬ (см соотв. формулы в массе книг) использования энергии топлива и окислителя сильно зависят от давления в камере сгорания.
Почему закрытый цикл круто? Потому что только по закрытому циклу можно получить 300 атм давления. Если у вас открытый цикл, у вас до 70%  энергии топлива и окислителя уйдет на  вращение турбонассосов. А на тягу 30? Выкидывать эту ЭНЕРГИЮ (накачки 300 атм) нельзя. Вот по-сути современные ЖРД в своего рода жидкостные ТРД и превращены (тот же "Раптор")
И турбины там по массе и размерам уже больше чем камера сгорания (обычно на фоне сопла не видно, сопло делается очень большим, потому что эффективность еще зависит и от степени расширения). Идея детанационного ЖРД - избавится от компрессора. Заставить детонацию сжимать компоненты. Но все равно это битва за ту же эффективность.
Лично мне кажется это уже выжиманием мизеров. Да, если у людей получится - ради бога. Прекрасно. Но революции во всем этом какой-то особой нет.
Как не крути, все что ты делаешь, ты улучшаешь k в формуле:



Где u - скорость истечения, q - удельна теплота сгорания топлива+окислитель (Дж/кг) а k - коэффициент у современных ракетных двигателей и так 0.7-0.75 (в основном из-за степени расширения в сопле, а не из-за давления). Ну допустим случится чудо и детонация подарит нам k =0,85 или даже 0,9
Ну и какие ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ вопросы это поможет решить нам в области полета к внешним мирам?
Ни единого!
Так что "девочка", бодро вещающая в  видео какой революционный это двигатель (как мы на нем сейчас куда-то там полетим) просто ДУРА.
Ну или работа у нее такая.

(кликните для показа/скрытия)

Я знаю эту "девочку". Сам ей постоянно пользуюсь. Это голосовой движок. Но тот кто писал текст - проститутка или дурак. Может и специалист, но узкий до кретинизма. Сейчас такие почти что все. Не сильно ведитесь на спецов со стажем. У меня есть друг в Питере,  Баумана заканчивал, опять таки по тепловым машинам, но все забыл уже и он мне показывал книгу с дарственной надписью космического инженера, доктора наук, который придумал... гравицапу. Помните, знаменитую, что где-то на спутнике даже испытывали? На мою реакцию, мол, как ты мог на это повестись, он ответил что уважаемый же в науке человек! Так что не сильно доверяйте всяким там авторитетам... Хотя я сам часто впадаю. Вот Дайсану верю как... потому что хочется верить что есть решение для межзвездного взрыволета! Ну а Вадику хотелось гравицапу... "Любил он баб, как можно это не понять?" (с)

[Diivanych]

Ответ гуру ! 


Как уже сказал Александр Семёнов, по специальности я не работал, и тему ВРД, после окончания ХАИ, юзал исключительно как дилетант.
То есть, как я понимаю, речь идёт о гибридном двигателе. Основные режимы это:

- Типичный ВРД
- ВРД в бескислородной среде (но есть атмосфера с её температурой, давлением)
- В вакууме

Обычный ВРД мы обсуждать не будем. Перспективы дальнейшего развития очень интересны, но в свете последних событий, весьма туманны.

ВРД в бескислородной среде! Это интересно. Увеличение импульса за счёт повышения массового расхода, но понижения скорости выхода рабочего тела, даёт энергетическое преимущество перед ЖРД.
После переработки камеры сгорания, машина имеет смысл. То есть компоненты топлива подаются в закрытую камеру сгорания. После окончания реакции окисления, но перед турбиной, смешиваются с атмосферой из компрессора и существенно охлаждаются. Охлаждать необходимо, так как чистые продукты сгорания имеют слишком высокую температуру, и лопатки турбины, нагруженные ещё и механическими силами, просто не выдержат. Собственно отсюда и недостатки конструкции для работы в вакууме.

В вакууме поток перед турбиной охлаждать нечем. Сама турбина, с её извилистым проточным трактом создаёт существенные потери потока, да ещё и перегревается. Доля компонентов топлива в общей массе рабочего тела не так велика, и режимы расширения в проточной части турбины будут очень далеки от оптимальных. Можно турбокомпрессор заклинить, но тогда погорят лопатки. Можно не клинить, но тогда ничем не нагруженная турбина (рабочего тела в компрессоре нет) просто пойдёт вразнос. Я видел последствия такой аварии в ЗМКБ «Прогресс» После обрыва вала турбины Д-27 не нагруженная турбина за 0,2 секунды увеличила обороты в полтора раза. Диск разорвался на три части. Одна разрезала швеллер, из которого был сварен испытательный стапель, и ушла в пол, другая застряла в толще монолитного бетона испытательного бокса, а последнюю, пробившую перекрытие, нашли за несколько километров на территории абразивного завода.

Можно, конечно, ценой неимоверных усилий и усложнения конструкции и проточную часть изменить, и лопатки развернуть во флюгерное положение, но это уже не для авиации. Там и так всё очень напряжённо, все запасы на минимуме, все резервы выбраны, а тут ещё и такие усложнения конструкции в столь широком диапазоне температур и скоростей. Нужно учесть все линейные расширения от нагрева, от механических усилий, что бы нигде ничего не клинило, не притирало. Это такой головняк!..

Вот как-то так!
Ещё раз – я не претендую на особый авторитет, но на взгляд человека причастного к этой теме, могу сказать только это.

[Андрей 2]

В вакууме поток перед турбиной охлаждать нечем.

Это  можно решить подачей в область перед камерой сгорания сжатого азота. Вообще применение этого двигателя в вакууме предполагалось как весьма ограниченное, в качестве двигателя маневрирования и как генератор электроэнергии, если генератор в нём установлен.

[crazy_terraformer]

На Меркурии - на одном лишь полюсе например).

ЕМНИП, только один полюс из двух и исследовали.

Реакция горения метана в кислороде:

C2H4 +3O2 = H2O +CO2

Н - 1 a.e.
C - 12 а.е
O - 16 а.е
В итоге вам для сжигания  28 а.е топлива нужо  96 а.е окислителя. Окислителя вам нужно в 3.4 раза больше чем топлива.

Вы зарапортовались! Жгёте этилен.
Метан CH4
M(CH4)≈12+4≈16
CH4+2O2—>CO2+2H2O
М(О2)≈16*4=64
64/16=4

[alex_semenov]

В атмосфере Венеры этого компонента нет, а движок задумывался именно для неё,  да и вообще , на мой взгляд нужно уходить от зависимости от земного окислителя, нужно слазить с этой "иглы".

Венера  - сложное место. Это такая же гравяма как Земля. То есть выход на орбиту там так же сложен как и здесь. Для ракеты. А для космоплана (крылатого) - совсем хреново. Там и сесть некуда. Хотите же в облаках остаться? Известная (с детства) тема...



Я даже не знаю что тут возможно.
Но топливо с окислителем тут вам не помогут.
Возьмите книгу 1969-го у Хлынина: Нестеренко Геннадий Николаевич Космическая авиация
В те годы был пик надежд на крылатый выход на орбиту. С тех пор воз и ныне там. Хотя как раз именно после "Аполло" все взяли курс на космические крылья. Но как не странно,  гибридные воздушные двигатели так и не оседлали.
Суть в том что полет на малых скоростях - не самая большая проблема. Вам по-сути нужно четыре двигателя в одном.
Для взлета (турбореактивный). Для разгона до сверхзвука (сверхзвуковая прямоточка). Потом гиперзвука (это совсем иная прямоточка чем сверх) и уже в конце вам нужен ЖРД для окончательного выхода на орбиту.
Первая мысль - сделать гибрид, трансформер.
Британцы для своего проекта HOTOL крутили-вертели... Много-много лет. Ролс-ройс (см в книге картинку 19) что-то изобретал. Это для них была идея фикс. Гибридный двигатель-трансформер. Они даже что-то очень оригинальное придумали. Но до реализации - бесконечность...



И посмотрите на результаты полувековых мЭтров в этом деле. Доразгонные ЖРД таки влепили они как отдельную двигательную систему. И это - логично.
Но все равно получается фигня. Даже на Земле  сделать одноступенчатый воздушно-реактивный шаттл не смогли. Лучшее крылатое что придумано: МАСК Лозино-Лозинского:



Как видите, это совсем не то! Абсолютно. Дозвуковой самолет везет ЧИСТУЮ ракету... Это ФИНАЛ всех работ по крылатому космосу (военные его подстегивали 30 лет!!!)
То есть, даже  имея кислород в атмосфере очень сложно ЗДЕСЬ сделать такое чудо как гибридный воздушно-реактивный движок для разгона до 8 км/с.
А что говорить о Венере, где нет второго реагента?
Забудьте там химию.
Навсегда.
Не будет она там работать. Слишком сложная среда. Слишком тяжелая планета (высокая первая космическая).
Вообще Венера - слишком негостеприимный мир.
Вот появится у вас некий чудо-атом... Типа того что у Путина на "Буревестнике..." (но как быть с радиационной защитой?)
Хотя с другой стороны, а что там делать на Венере?
Ну разве что от инопланетян прятаться (как это у Роберта Ибатуллина в "Роза и Червь" делало космическое командование?)
Конечно хозяин- барин (не будем тут начинать спор о лучшей из планет в СС. Тут лучшая - Титан по определению названия темы).
Но как по мне, Венера (облачный слой, разумеется, внизу просто ад) - последнее место где стоит селится колонистам.
Одна только серная кислота там в облаках - засада еще та!
 

Реакция горения метана в кислороде:

C2H4 +3O2 = H2O +CO2

Н - 1 a.e.
C - 12 а.е
O - 16 а.е
В итоге вам для сжигания  28 а.е топлива нужо  96 а.е окислителя. Окислителя вам нужно в 3.4 раза больше чем топлива.

Вы зарапортовались! Жгёте этилен.
Метан CH4
M(CH4)≈12+4≈16
CH4+2O2—>CO2+2H2O
М(О2)≈16*4=64
64/16=4

Ага. Спасибо. Действительно. "Простите, дурак! (с)"   
Для метана соотншение еще хуже.
Хотя, тут надо наверное удельную теплоту сгорания еще посмотреть. То есть сколько получается Дж на кг ЗАПАСАЕМОЙ массы (для Земли - керосина, для Титана - LO₂)

Вот тут нашел.
Метан 50 МДж/кг. Керосин авиационный 43 МДж/кг.
Не большая разница.
Хотя что мы сравниваем? Глупо сравнивать. Все равно, летай мы здесь на метане (кислород из атмосферы) - разница в 4 раза с Титаном (где кислород -  с собой, а метан из атмосферы). Это в любом случае минус.
Но не все время же на плюсах жировать!