Межпланетный Транспорт: двигатели и стратегии

[noxx77]

И да - ну как жеж забыли-то! Межпланетный ядерный "Орион"!

[Андрей Астрофизический]

Всякие рельсотроны) допустим, запулить с Луны на Марс)

Маловероятно. С Луны на Землю более возможно, или там с Фобоса на Марс и наоборот... для небольших грузов вполне возможно. Но для таких штук энергетика на местах нужна.

забыли-то! Межпланетный ядерный "Орион"!

А разве забыли? или вы про взрыволет... поясняйте.

[ziggyStardust]

В реальных устройствах не встречал такую схему фокусировки...

Да, Украина богата талантами... и не обязательно установку называть в честь меня... Так и быть...

[дерево]

почему не рассматривается установка ионный привод питаемый по лучу (например 2.5 GHz).

Потому что дифракция требует на больших расстояниях очень большие излучатель и приёмник.
Чтобы идеальный излучатель диаметром \(D\) сфокусировал основную часть излучения с длиной волны \(\lambda\) на приёмнике диаметром \(d\) на расстоянии \(l\), произведение их диаметров должно быть порядка \[D \cdot d \approx \lambda \cdot l\]

[ziggyStardust]

3000 m(очень грубо сетка 1000x1000)*10 m ~ 300 000 м *0.1 м - где-то так 

Но вообще - убедили. Нужно 2-3 подстанции по 600 км друг между дружкой.

[viesis]

почему не рассматривается установка ионный привод питаемый по лучу (например 2.5 GHz).

Потому что дифракция требует на больших расстояниях очень большие излучатель и приёмник.

Да вообще из общефизических представлений большой излучатель- это какой то абсурд.

[Андрей Астрофизический]

большой излучатель- это какой то абсурд.

Чего это вдруг?

[ziggyStardust]

Да вообще из общефизических представлений...

[viesis]

большой излучатель- это какой то абсурд.

Чего это вдруг?

В реальных устройствах по передаче и преобразованию энергии ничего не размазывается, потому что потом не соберешь.

[ziggyStardust]

...потому что потом не соберешь.

!!! !!!

[Андрей Астрофизический]

Каким образом общефизические представления мешают облучать один приемник с десятка разных излучателей? разнесенных на десятки и сотни км...

[ziggyStardust]

 Еще подчеркну несколько тезисов неочевидных для всех, по-видимому...
 
Несмотря на инновационный концепт сама схема межпланетной переброски грузов ионным приводом питаемым внешней СВЧ энергией(та даже пусть бы просто вывода на орбиту) не содержит ни фантастических ни неотработанных технологий(в отличие от гиперлазеров). Мало того, сам принцип полета ионолета близок к вертолетному -  т.е. не подразумевает высоких скоростей полета в плотных слоях атмосферы. А это очень существенно снижает требования к конструкционным материалам и концепции корпуса вообще. Все эти "обтекаемые обводы" в вакууме космоса никому не здались. А для ионолета они не здались вообще.

 Надежность полета такой системы на порядки превзойдет все ЖРД. Отказало несколько магнетронов, несколько антенн не захватили цель, сгорел  один из электростатических приводов - это не смерть экипажа в реках огня а лишь снижение мощности. Да что там магнетроны. Пусть саботаж на одной из подстанций - а их 4 при достаточности 2 - ионолет (в зависимости от наличия остальных отказов) либо плавно, без перегрузок(!!!) сажается либо... выводится на заданную орбиту.

При отработанной системе такого запуска стоимость вывода грузов качественно упадет. Попасть на орбиту сможет рядовой врач, инженер, физик или ...школьный учитель. Космос станет доступным и массовым. И именно такой способ орбитального запуска возможно откроет нам путь к звездам.

Такой способ запуска похоронит навсегда такую, не совсем понятно как осуществимую, эклектику как "космический лифт" и "рельсотронный запуск". Да и ЖРД увидит в его рассвете свой закат. И даже хорошо, что страна считающая себя победителем "холодной воны" выбирает концептуально проигрышный вариант. Кто мы что-бы отговаривать самоубийц!?

Ну и напоследок - 4-6 батарей непрерывного гигаваттного СВЧ излучения это неплохая защита как от очень ушлых изобретателей хотящих разместить над страной вероятного противника свои "генераторы счастья" так и неплохая заявка на победу в борьбе с незванными космическими гостями... ну астероидами... а вы что подумали?

[Maki]

Мало того, сам принцип полета ионолета близок к вертолетному -  т.е. не подразумевает высоких скоростей полета в плотных слоях атмосферы.

А как, без высоких скоростей, вы предлагаете стартовать?

[sharp]

От себя замечу такое соображение: т.к. межпланетный транспорт это по идее, безпосадочный агрегат, для которого открытый космос родная стихия.

Это уже относится к стратегиям и схемам межпланетного перелета. Разновидностей схем может быть с десяток, но принципиально можно выделить две категории:

1. Многоступенчатая. Сюда же относятся и многопусковые схемы с дозаправкой. Группировка танкеров, заправляющих BFS - это фактически еще одна ступень.
2. Пересадочная или буксировочная. Буксир, предварительно выведенный в космос, многократно курсирует между двумя или более планетами. Его двигатели не используются для взлета-посадки, только как маршевые.

Так вот, для второй схемы, скорее всего, на данный момент идеальны ЯЭРД.

ЯРД потому выглядит не очень... эпизодически-разовое применение может и возможно для каких то миссий с экстремальными требованиями, но в повсеместную практику скорее всего не войдет.

ЯРД же - это скорее одна из ступеней многоступенчатой схемы полета. Он мог бы быть идеален например для отправки тяжелых роверов на спутники Юпитера, особенно на Европу с ее подледным океаном.
Тут дело в том что для перехода с юпитероцентричной орбиты на орбиту вокруг Европы требуется около 6 км/с, и еще около 2 на посадку  Короче, долететь до Юпитера и притащить с собой столько дельты задачка нереальная для химии... Пару км/с можно конечно гравманеврами скинуть, но все равно для химии это неподъемно. И например Europa Clipper вместо того чтобы выйти по-человечески на европейскую орбиту, будет крутиться на хитрой орбите Юпитера, которая позволит ему 40 раз пролететь мимо Европы транзитом...

Ну а ионник с его чудесной тягой тоже не годится, просто не получится успеть сообщить кораблю требуемую дельту до того, как он отдалится от Европы.
Вот и получается что ЯРД конкретно здесь - наилучший вариант.


Да, ну и конечно интересный вопрос, является ли одноразовость ЯРД детской болезнью, или же это приговор. По большому счету, исследований в этом направлении было не так много, идеей ЯРД немного побаловались в 60-70-е и как-то забросили. 

[sharp]

Соответственно при 2500...3000 К средняя скорость молекул (и немного атомов, при 3000К диссоциации водорода составляет ~10%) водорода составляет 5,2....5,9 км/с.

Более того, уже при 2500К около 1% водорода становиться очень активным атомарным, от которого нет защиты. В итоге предельный импульс теплового ЯРД лишь на 20% больше, чем у химического РД, а не

Можете поспорить с авторами этой работы: https://www.osti.gov/biblio/950459

Дело в том, что ЯРД это не только камера нагрева, но и сопло, примерно вот такое как на картинке, там применяются несколько другие формулы для расчета (я в этом детально не разбираюсь).
Можно только вспомнить, что теплоемкость водорода 15 кДж/кг/К, и килограмм водорода при температуре 3000 К аккумулирует в себя энергию 45 МДж... А скорость 1 кг вещества, имеющего кинетическую энергию 45 МДж, равна 9500 м/с. Задача сопла - провести преобразование тепловой энергии в кинетическую максимально эффективно.

[viesis]

Можно только вспомнить, что теплоемкость водорода 15 кДж/кг/К, и килограмм водорода при температуре 3000 К аккумулирует в себя энергию 45 МДж... А скорость 1 кг вещества, имеющего кинетическую энергию 45 МДж, равна 9500 м/с. Задача сопла - провести преобразование тепловой энергии в кинетическую максимально эффективно.

Да при 3000К даже у вольфрама механические свойства приближаются к свойствам свинца при норм температуре. Трудно представить, что такой материал сможет противостоять потоку газа со скоростью несколько км/с.
Роль сопла довольно невелика около 10 %.

[Андрей Астрофизический]

Мало того, сам принцип полета ионолета близок к вертолетному -  т.е. не подразумевает высоких скоростей полета в плотных слоях атмосферы.

А как, без высоких скоростей, вы предлагаете стартовать?

Насколько я понимаю, сначала подъем с малой скоростью до верхних разреженных слоев атмосферы, а затем в ней разгон до орбитальных скоростей. Невозможного тут ничего нет, все вполне реально.

[Андрей Астрофизический]

Да при 3000К даже у вольфрама механические свойства приближаются к свойствам свинца при норм температуре. Трудно представить, что такой материал сможет противостоять потоку газа со скоростью несколько км/с.
Роль сопла довольно невелика около 10 %.

Ну вообще-то температуры порядка 3000К вполне штатны для тех же ЖРД, и сопло у них сделано не из вольфрама, но при этом спокойно эту температуру вместе с давлением газов "выдерживает".
Все просто, холодные компоненты топливо-окислительной пары прогоняются через каналы в стенке сопла, тем самым охлаждая его, а сами нагреваясь для лучшего КПД двигателя (не будет в камере сгорания тратить энергию на их нагрев). В "Науке и Жизни" еще в 80-е где то, об этом подробно рассказано было.
В ЯРД тоже есть рабочее тело - нет никакой проблемы в том чтобы его пустить на охлаждение.

[sharp]

Да при 3000К даже у вольфрама механические свойства приближаются к свойствам свинца при норм температуре

А карбид тантала-гафния?

Насколько я понимаю, сначала подъем с малой скоростью до верхних разреженных слоев атмосферы, а затем в ней разгон до орбитальных скоростей. Невозможного тут ничего нет, все вполне реально.

Не, ионолетом взлетать нереально от слова ващще, и внешний подвод энергии тут ничего не поменяет...

[Андрей Астрофизический]

А карбид тантала-гафния?

Да ненадо это все. Читайте выше, проблемы высоких температур истекающих из сопла, "рабочих тел", давно и успешно решается другими средствами.
Хотя. В ионниках со сверхнизким расходом рабочего тела при высокой мощности, проблема возникнет заново... нужен будет теплоотвод.