Ракетный двигатель с внешним нагревом

[vsevolodson]

была где-то тема "тактика космической экспансии" по-моему, где всё это обсуждалось и обсчитывалось
почитайте, чтобы не говорить "паровая машина", а то это тоже за троллинг можно счесть

[armadillo]

Тепловая машина должна сбрасывать куда-то тепло. В вакууме это затруднительно, поэтому используют несколько другие варианты.  В любой ветке могут быть адепты паровых машин, искать их где-то еще мне неинтересно. Я и тут рассчитывал на другой уровень.

[Грехов Михаил]

Бред.

1. Затраты на сооружение лазерной/СВЧ установки, которая может работать примерно 10 минут в режиме мощности  несколько гигаватт будут колоссальными. С учётом систем наведения, занимаемой площади резервированием и т.п.

2. Ракету не запустишь при плохой погоде (когда облачно, дождливо) поскольку вода, пар сильно поглощают как лазерное так и СВЧ излучение.

3. Водород не самое лучшее топливо в этом случае. Лучше тяжёлый газ типа криптона.

4. Основное. Ракета должна разгоняться на довольно значительном участке. Тогда, когда отстыковывается третья ступень, то ПГ летит уже в тысячах км от точки старта (за горизонтом). Это значит, что по всем азимутам пуска и по всей траектории должны быть поставлены перехватывающие станции облучения. (соответственно там не должны летать самолёты в это время)

5. Лазер такого класса мощности способен при фокусировании расплавить любое тело... даже если оно будет зеркальным. А даже в теории навестись будет сложно. Надо попасть в точку примерно полсекунды диаметром. А расколбас в атмосфере может быть несколько секунд.   

5. Чтобы газ вылетал из сопла со значительной скоростью его мало просто нагреть. Его надо подать в КС под большим давлением. в ЖРД это обеспечивает ТНА. а здесь что?

6. Радиатор должен быть из тугоплавкого сплава. даже если сделать его из вольфрама, то это получится очень тяжело (вольфрам тяжёлый металл) и очень дорого. Максимум температуры, который может выдержать - 3000 градусов. По УИ выйграем совсем немного. И вообще возможно ли создание компактного теплообменника скажем диаметром 4 метра и высотой 4-ре, который сможет принять на себя гигантскую тепловую нагрузку. Требуется скажем нагревать, испарять и ещё дальше нагревать до 3000 градусов примерно тонну жидкого газа в секунду. Мы в теории не сможем создать такого теплового напора. Да, есть скажем энергетические котлы , которые могут производить гигават тепла,  Но он сам по себе весит тысячи тонн и высотой метров 60-70.   

7. Траектория полёта РН по ходу полёта контролируется НИПами. и контролируются параметры работы самой РН. РН может управлять мощностью двигателей и отклонением сопел (включением сопел руления). А тут как быть?   

[armadillo]

В общем согласен со всей критикой кроме водорода.  Который в Дельте 4 таки применяется на первой ступени.
Но утверждать что "конструкторы что-нибудь не придумают" не берусь.

Вариант с солнечной абляцией мне кажется более перспективным.

[vsevolodson]

1. Затраты на сооружение лазерной/СВЧ установки, которая может работать примерно 10 минут в режиме мощности  несколько гигаватт будут колоссальными. С учётом систем наведения, занимаемой площади и т.п.

не установки, а сети многих лазеров, будьте внимательнее

2. Ракету не запустишь при плохой погоде (когда облачно, дождливо) поскольку вода, пар сильно поглощают как лазерное так и СВЧ излучение.

Тибет - множество высоких горных вершин, на которых может расположиться множество установок
погода перестаёт быть помехой

3. Водород не самое лучшее топливо в этом случае. Лучше тяжёлый газ типа криптона.

быстро разогревать криптон тоже будет сложно, лучше твёрдое топливо, эффективно поглощающее излучение

4. Основное. Ракета должна разгоняться на довольно значительном участке. Тогда, когда отстыковывается третья ступень, то ПГ летит уже в тысячах км от точки старта (за горизонтом). Это значит, что по всем азимутам пуска и по всей траектории должны быть поставлены перехватывающие станции облучения. (соответственно там не должны летать самолёты в это время)

бОльшую часть разгона можно выполнять даже подсветкой с орбиты...
где проблема-то?

5. Лазер такого класса мощности способен при фокусировании расплавить любое тело... даже если оно будет зеркальным. А даже в теории навестись будет сложно. Надо попасть в точку примерно полсекунды диаметром. А расколбас в атмосфере может быть несколько секунд.   

ну что ж, будут погодные "окна запуска"; выигрыш-то не в этом

с чем хочу согласиться - вместо лазеров действительно можно использовать зеркала, фокусирующие солнечные лучи на хвостовой части ракеты
во-первых, ограничения по мощности ослабевают, режим подсветки становится непрерывным;
во-вторых, конструкция зеркал намного проще лазеров;
в-третьих, энергия для вывода на орбиту становится "бесплатной";
в-четвёртых, думаю, зеркалами можно добиться более точной и подвижной фокусировки...

[Грехов Михаил]

В общем согласен со всей критикой кроме водорода.  Который в Дельте 4 таки применяется на первой ступени.

Водород там используется как высокоэнергетичное топливо. а так в остальных свойствах (если оно не сгорает) чрезвычайно неудобное. так как сжижение-отдельная песня. отдельная песня-взрыво и пожароопасность и литр его весит 70 грамм. Много в ракету по отношению к её массе не запихаешь.

не установки, а сети многих лазеров, будьте внимательнее

Да какая разница. ну скажем 10 лазеров по 100 мегаватт излучения уже нехилая проблема. или 100 лазеров по 10 мегаватт.

Тибет - множество высоких горных вершин, на которых может расположиться множество установок
погода перестаёт быть помехой

Ну ну... останется протащить там ЛЭП (в горах это не хухры-мухры), построить электростанции и обучить тибетских монахов работе на лазерной установке повышенной мощности. Погода там тоже далеко не идеал. Поймите... малейшее облачко, недогрев и падение мощности-невывод на орбиту.

бОльшую часть разгона можно выполнять даже подсветкой с орбиты...
где проблема-то?

Аааа  ясно. ну тогда стройте 100 МВт лазер прямо на орбите. скока надо кв. километров солнечных панелей... реактор... топливо... это ещё круче.  Промахнётесь по ракете - что-нибудь пожгёте на Земле.

с чем хочу согласиться - вместо лазеров действительно можно использовать зеркала, фокусирующие солнечные лучи на хвостовой части ракеты

Погода, ночной запуск, обслуживание, занимаемые площади зеркал, стоимость создания и т.п. Не так уж это бесплатно и беспроблемно будет.  Зы... Солнышко имеет диаметр в полградуса. Сфокусировать его зеркалом под углом меньше полградуса не удасться.  а надо уложиться в полсекунды. Значит надо в тысячи раз больше площадь. Но спалим ракету, космодром на старте. Наверное для создания такой установки придётся всё, до самого горизонта утыкивать зеркалами.  в общем даже чисто оптически задача-бред. Кстати... а как будет осущесвляться фокусировка когда РН стоит на стартовом столе и радиатор вообще ниже уровня земли?   

[vsevolodson]

Тепловая машина должна сбрасывать куда-то тепло. В вакууме это затруднительно, поэтому используют несколько другие варианты.  В любой ветке могут быть адепты паровых машин, искать их где-то еще мне неинтересно. Я и тут рассчитывал на другой уровень.

1) не обязательно паровых, то есть рабочим телом не обязательна должна быть вода
2) вы не прочитали тему, там всё объяснено, в том числе и то, почему вы не правы
3) здесь обсуждение схемы "солнечный коллектор-рабоче тело-турбина-ионник" лучше не стоит развивать
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Поймите... малейшее облачко, недогрев и падение мощности-невывод на орбиту.

сеть из подсвечивающих установок решает и эту проблему тоже, она может функционировать не на полную мощь, чтобы был резерв для компенсации

Погода, ночной запуск, обслуживание, занимаемые площади зеркал, стоимость создания и т.п. Не так уж это бесплатно и беспроблемно будет.  Зы... Солнышко имеет диаметр в полградуса. Сфокусировать его зеркалом под углом меньше полградуса не удасться.  а надо уложиться в полсекунды. Значит надо в тысячи раз больше площадь. Но спалим ракету, космодром на старте. Наверное для создания такой установки придётся всё, до самого горизонта утыкивать зеркалами.  в общем даже чисто оптически задача-бред. Кстати... а как будет осущесвляться фокусировка когда РН стоит на стартовом столе и радиатор вообще ниже уровня земли?   

здесь можно поспорить, но отвечу на это позже
и, кстати, какой нафиг радиатор? абляция же!

[Грехов Михаил]

здесь можно поспорить, но отвечу на это позже
и, кстати, какой нафиг радиатор? абляция же!

  Позже... а что не сейчас?  Ээээ  А что даст абляция? Ну обложите ракету абляционным материалом... Подадите на неё поток света гигансткой мощности. откуда реактивная тяга то возникнет? Где струя газа из сопла, разогнанная до высокой скорости?

сеть из подсвечивающих установок решает и эту проблему тоже, она может функционировать не на полную мощь, чтобы был резерв для компенсации

Может быть и так, что полстраны будет накрыто облаками (посмотрите как нибудь на досуге спутниковую карту облачности) или фото планеты и КК "Апполон" для понимания масштаба явления. Придётся обеспечить многократное дублирование в несколько раз... Занять такой сетью несколько государств. Это ещё непросто и дороже.  А если скажем поссоримся с государством. или там чего-ещё из-за нефти, газа, пошлин. А они скажут... а отключим ваши установки и не сможете ракеты запускать...

[alex_semenov]

коллекторы с нагреванием воды и турбиной, а в качестве привода - ионник

 

нет, только паровая машина.
ужас.
В космосе используют другие методы.

Какие?
Вообще-то что-то используются. Но вы можете предложить что-то ЛУЧШЕ чем "паровая машина" для преобразования хаоса в порядок? То есть нетепловая машина с 40% кпд и выше?
Термоэмиссия? С рекордным КПД 12%? У нее кстати те же ограничения (формула Карно)
Фотоэлементы? Они преобразовывают только свет. Но не тепло. И они лучше? Дешевле? Компактней? Легче? Надежней?
"Паровозу" (тепловому циклу) даже в космосе НЕТ ЗАМЕНЫ.
Ему негде нет замены.
Мы и к звездам, скорей всего полетим только запрягши миллионы "паровозов" (турбин).  А как вы легко надежно и дешево получите 1000-5000 ТВт чистой энергии в течение года-двух?

[vsevolodson]

Подадите на неё поток света гигансткой мощности. откуда реактивная тяга то возникнет? Где струя газа из сопла, разогнанная до высокой скорости?

Михаил, ну почитай хоть тему сначала. Я даже картинку выкладывал. Ну вроде бы не глупый же человек.эхх

Может быть и так, что полстраны будет накрыто облаками (посмотрите как нибудь на досуге спутниковую карту облачности) или фото планеты и КК "Апполон" для понимания масштаба явления.Придётся обеспечить многократное дублирование в несколько раз... Занять такой сетью несколько государств. Это ещё непросто и дороже.  А если скажем поссоримся с государством. или там чего-ещё из-за нефти, газа, пошлин. А они скажут... а отключим ваши установки и не сможете ракеты запускать...

горные вершины
политические аспекты вне рассмотрения

надо подумать над фокусировкой солнечного света пока что

[vsevolodson]

Мы и к звездам, скорей всего полетим только запрягши миллионы "паровозов" (турбин).  А как вы легко надежно и дешево получите 1000-5000 ТВт чистой энергии в течение года-двух?

что там у вас? пробкотрон-вивернджет чтоль? я готов поспорить насчёт необходимости турбин для достижения звёзд, но это оффтоп. но лично я за термоядерный импульсный движок

[Грехов Михаил]

Михаил, ну почитай хоть тему сначала. Я даже картинку выкладывал. Ну вроде бы не глупый же человек.эхх

Это вот в ответе нумер 8 что ли?  Вы шутите?

Вы предлагаете РН делать из стекла? Гы... малейшая гряз на котором от топлива, и внешняя будет вести к его разореву... и это... оно же склонно лопаться от напряжений и разницы температур. Придётся делать из монокристалла кварца или корунда... иначе не выдержит выскоких температур.  А где давление в камере сгорания? Где сопло Лаваля, позволяющее получить сверхзвуковую струю газа? Оно тоже из стекла?

В общем убейте себя об стену с таким прожектом. Даже никаких теоретических обоснований на него нет.
 

[alex_semenov]

что там у вас? пробкотрон-вивернджет чтоль? я готов поспорить насчёт необходимости турбин для достижения звёзд, но это оффтоп. но лично я за термоядерный импульсный движок

Да причем здесь это? Зведы - это пример.  Я просто про то что у нас кроме старой доброй турбины ничего лучше для преобразования высокоэнтропийной энергии (тепла) в низкоэнтропийную (электричество, кинетическая энергия тела) НЕТ.
Ведь нет же!
И не предвидится даже. Не через 100 лет ни через 1000!
Термодинамика - она до конца света будет неизменной...
 

[alex_semenov]

По поводу обсуждаемой идеи.
Бредятина. Неновая и бессмысленная.
Хотя писана переписана уже тысячу раз.
Денег съела американских – немеренно...

Лазеры имеют неприятно-низкий КПД. Где-то 10%.
Питаются уже очищенной электроэнергией. Это тоже 30-40% КПД.
И это опять превращать в тепло чтобы опять через тепловой цикл (сопло ЖРД имеет КПД 50-70%) превращалась в кинетическую энергию?
Тогда уж лучше СВЧ (~60%) передавать на приемную рейтину летательного аппарата (до 90%) и там ток превращать в кинетическую энергию топлива (электроракета). Но тоже КПД будет небольшой (при большой теге, которая нам нужна). Не думаю что выше 50% (хотя мало ли?)

Вообще говоря, ват лазерной мощности стоит просто сумасшедшие деньги. Мазеры тоже недешевы. Все эти игрища с альтернативным выводом на орбиту – попил бабла и пенсионное обеспечение наукообразам-неудачникам. Не более.

Вообще над альтернативной ракете-носителю так давно бьются, что возникает ощущение что все мы "неординарно мыслящие" давно и хором стучимся башкой в ГРАНИТНУЮ скалу....
Полистайте, посмотрите картинки: http://www.projectrho.com/rocket/surfaceorbit.php
Результат всегда один: ТАК НИЧЕГО НЕ ВЫЙДЕТ...
Возникает сильное подозрение...
Решение не просто нетривиальное.
Оно гениально простое.
Решения нет вообще.
 

[Грехов Михаил]

Да, кстати... о птичках. А чем в случае абляции обычный РДТТ хуже? 

[vsevolodson]

ладно, убедил, Михаил
не срастается схема с абляцией твёрдого рабочего тела никак

[Dem]

Да причем здесь это? Зведы - это пример.  Я просто про то что у нас кроме старой доброй турбины ничего лучше для преобразования высокоэнтропийной энергии (тепла) в низкоэнтропийную (электричество, кинетическая энергия тела) НЕТ.

А не нужно предварительно превращать низкоэнтропийное излучение в высокоэнтропийное тепло
Кроме того, в солнечной энергетике (пока сферу Дайсона не построим ) важен не КПД, а сколько энергии мы с килограмма установки снять можем.
К тому же в ближнем космосе с рабочим веществом для турбин напряг (а вот с кремнием - наоборот)

[Kweni]

Я как-то видел следующее рассуждение в пользу абляционного двигателя. Не знаю, правда, верно ли оно.

Величиной, в наибольшей степени тормозящей прогресс космонавтики, является низкая температура плавления конструкционных материалов. Действительно, величина тяги, создаваемой реактивной струей, зависит от скорости и массы истекающего вещества.  Современные ракетные двигатели разделились на два типа: у одних, например у ионных, скорость истечения велика, но истекающая за единицу времени масса мала; у других, например у ЖРД, велика истекающая масса продуктов сгорания, но их скорость сравнительно мала. А ведь если бы сделать двигатель со скоростью истечения, как у ионника, и расходом топлива в секунду, как у ЖРД первых ступеней ракет, то даже обычной современной одноступенчатой ракеты, которая едва способна на вывод спутника на орбиту, хватило бы, чтобы исколесить всю солнечную систему. Что же мешает создать двигатель, извергающий струю, обладающую одновременно и  большой массой, и большой скоростью? Конструкционный материал сопла и двигателя. Высокая скорость истечения - это высокая температура (десятки или сотни тысяч, а то и миллионы градусов), а высокий расход топлива – это высокая плотность вещества. Вместе обе эти величины дают высокий тепловой поток, который неминуемо расплавит и испарит сопло, а может даже и сам двигатель. (способы удержания высокотемпературной плазмы магнитным или электрическим полем здесь не помогают, так как мы не умеем удерживать плазму такой высокой плотности).

Этого недостатка лишен абляционный двигатель. Здесь в топливо превращен сам материал сопла и его испарение представляет собой нормальный рабочий процесс. Представим себе цилиндр из прозрачного твердого материала, в центр которого помещен черный непрозрачный стержень. В нижнем торце цилиндра имеется углубление в форме сопла. Лучи мощных лазеров проходят сбоку сквозь цилиндр и фокусируются на нижнем конце стержня, который нагревается до высокой температуры, например 100 000 градусов и испаряется, в свою очередь нагревая и испаряя материал цилиндра. Образующаяся раскаленная сжатая плазма, расширяясь, истекает через соплообразное углубление и толкает ракету в противоположную сторону. Сопло здесь – динамическое образование и представляет собой непрерывно смещающуюся границу высокотемпературной плазмы и холодного твердого вещества.

Следует особо отметить, что наличие лазера в схеме и сочетание прозрачных и поглощающих участков не является принципиальной особенностью. Если удастся создать в нужной точке двигателя высокую температуру каким–либо другим способом, это способ тоже можно будет рассмотреть.

[armadillo]

В теории да. На практике такой лазер будет весить больше ВАЗИМИРа равной тяги имхо.
А от стационарного оно очень быстро улетит.
Нужно искать способы реализации.

Мне на первом этапе интересны два.
1) "Лазером" является Солнце, свет от которого линзой и зеркалом-тарелкой фокусируется на нагревательном элементе двигателя. Так же, как школьник на муравье. Варианты ограничены схемой двигателя и применяемыми материалами, конструкцию можно для первого приближения взять из проектов ядерных ракетных двигателей, где все похоже, только нагрев от другого источника.
То есть твердофазный зеркальный и газофазный зеркальный.
2) Обычный ЖРД первой ступени РН, сопло которого подсвечивается лазером снизу-сбоку. Надо подобрать диапазон излучения, для которого будет обеспечена максимальная непрозрачность рабочего тела - результатов работы ЖРД,

[Прохожий]

Мы и к звездам, скорей всего полетим только запрягши миллионы "паровозов" (турбин).  А как вы легко надежно и дешево получите 1000-5000 ТВт чистой энергии в течение года-двух?

что там у вас? пробкотрон-вивернджет чтоль? я готов поспорить насчёт необходимости турбин для достижения звёзд, но это оффтоп. но лично я за термоядерный импульсный движок

Так уже и от него отказались.....