Двигатель для межзвёздных перелётов

[vsevolodson]

Т.е. в дейтериде лития-6 возможна "холодная" цепная реакция, когда ядро лития выполняет роль ядра урана/плутония.

Вот кое-что о сечениях поглощения горячих нейтронов литием-6/7:
http://adsabs.harvard.edu/abs/1963PhRv..129.1771A
http://prola.aps.org/abstract/PR/v129/i4/p1771_1

Нашёл ветку на каком-то форуме, где люди чешут репу над цепной реакцией в литии:
http://boards.straightdope.com/sdmb/archive/index.php/t-150670.html

[vsevolodson]

Пока что получается, что быстрые нейтроны, производимые ураном, вполне могут вызывать цепочку делений в дейтериде лития-6. Цепочка прервётся, когда нейтроны застрянут где-нибудь не там, где надо или ядра трития откажутся реагировать с дейтерием дальше. Длина этой цепочки делений - вопрос, который я пока что не осилил. Ясно только то, что нейтроны в чистом Li⁶D приумножаться не будут, т.е. k<1. Решение этого вопроса позволит ответить на вопрос, в какой пропорции можно разбавлять уран дейтеридом лития-6, чтобы реактор всё ещё мог работать.

Второй открытый вопрос - это кинетические энергии ядра трития и нейтрона после разложения ядра лития-7 нейтроном. Т.е. будет ли примесь лития-7 увеличивать k размножения нейтронов или наоборот. Решение второго вопроса позволит ответить на вопрос - можно ли разбавлять уран ещё больше и не обогащать природный литий изотопом Li⁶.

При поглощении нейтрона литием-7 сначала образуется нестабильное ядро гелия-5 и тритий:
Li⁷ + n -> He⁵ + T³
если посчитать дефект масс
7,016004558 + 1,0086649160043 = 5,012225 + 3,0160492 + E
то получается, что реакция эндотермическая (Е = -0,0036047259957 u = -3,21323248192 Мэв)

Средняя энергия нейтронов, образующихся при разложении урана - 2 Мэв, что меньше поглощаемой в реакции с литием-7 энергии. То есть, реакция с мгновенными "урановыми" нейтронами не пойдёт. И это хорошо, так как все нейтроны с энергией менее 3,2 Мэв пойдут на поглощение ядрами лития-6. Но остаётся диапазон распределения энергии нейтронов уранового происхождения (между 3,2 Мэв и ~6 Мэв), в котором нейтроны будут поглощаться литием-7, но получающииеся ядра трития в результате будут слишком "холодными", чтобы реагировать далее с дейтерием. Это не так уж и плохо на самом деле, так как по крайней мере по одному нейтрону всё равно в результате будет образовываться в результате распада ядер гелия-5.

[L_Pt]

Т.е. в дейтериде лития-6 возможна "холодная" цепная реакция, когда ядро лития выполняет роль ядра урана/плутония.

Вот кое-что о сечениях поглощения горячих нейтронов литием-6/7:
http://adsabs.harvard.edu/abs/1963PhRv..129.1771A
http://prola.aps.org/abstract/PR/v129/i4/p1771_1

Нашёл ветку на каком-то форуме, где люди чешут репу над цепной реакцией в литии:
http://boards.straightdope.com/sdmb/archive/index.php/t-150670.html

Прикидываем цифры. Максимальное сечение реакции D+T = He + n - 5 барн.
Т.е. для прохождения реакции частицы трития должны пройти через 664 мг/см² дейтерия.
В то время как пробег протонов (и, соответственно, частиц трития) в веществе при энергии 3 МэВ 21 мг/см² http://profbeckman.narod.ru/RR0.files/L9_2_4.pdf При 3,5 МэВ не намного больше.
Вероятность реакции выходит где-то 3,1%, в реальности существенно меньше, так как далеко не при всех значениях энергии сечение ядерной реакции близко к максимальному.

Не выходит «холодная» цепная реакция и все.

[vsevolodson]

Т.е. в приведённых мной паре источников - брехня?

Прикидываем цифры. Максимальное сечение реакции D+T = He + n - 5 барн.
Т.е. для прохождения реакции частицы трития должны пройти через 664 мг/см² дейтерия.
В то время как пробег протонов (и, соответственно, частиц трития) в веществе при энергии 3 МэВ 21 мг/см² http://profbeckman.narod.ru/RR0.files/L9_2_4.pdf. При 3,5 МэВ не намного больше.
Вероятность реакции выходит где-то 3,1%, в реальности существенно меньше, так как далеко не при всех значениях энергии сечение ядерной реакции близко к максимальному.

Не выходит «холодная» цепная реакция и все.

И вправду.

Ну что ж, остаётся только возможность ещё добавить до кучи бериллия, в надежде что он улучшит ситуацию. Но тут рассчёт становится сложнее. Пошёл искать сечение реакций и прочее опять.

[L_Pt]

Т.е. в приведённых мной паре источников - брехня?

То такой же форум, как и этот

[VimanaPro]

Не встречал рассмотрения вопросов, связанных с космическими лучами и радиационной безопасностью (или что-то пропустил ?) - длительное воздействие и кратковременные всплески

[vsevolodson]

Не встречал рассмотрения вопросов, связанных с космическими лучами и радиационной безопасностью (или что-то пропустил ?) - длительное воздействие и кратковременные всплески

Защита - баки с топливом. Тут не так сложно, как с добычей энергии.

Ну что ж, остаётся только возможность ещё добавить до кучи бериллия, в надежде что он улучшит ситуацию. Но тут рассчёт становится сложнее. Пошёл искать сечение реакций и прочее опять.

Ничего интересного это тоже не даёт. Разбавлять уран не выйдет. Иначе бы это уже сделали на Земле давно Всё больше убеждаюсь, что законы физики так подло устроены, что не видать нам колоний дальше снежной линии, как своих ушей. "Щука" усугубляется.

[Dem]

Один нюанс. Сразу. Квадратный метр радиатора на Церере ЯВНО дешевле квадратного метра любого солнечного коллектора. Потому что это обычный лед (снег, фирн) в котором проложены трубки с теплоносителем.

Только одноразовый он. Скинул туда некое количество тепла, лёд расплавился и испарился в вакуум. Всё.
Аналог той же нефти.

где энергия нейтрона 14,1 МэВ. Этот нейтрон либо уйдёт в толстую оболочку из природного урана, и вызовет там реакции, описанные ранее, либо вступит в реакцию с литием-6, либо вернётся в зону деления урана-235. 

Оболочку необязательно делать из урана - энергичные нейтроны делят любой тяжёлый элемент. А уран запихнуть в бридер.

Всё больше убеждаюсь, что законы физики так подло устроены, что не видать нам колоний дальше снежной линии, как своих ушей. "Щука" усугубляется.

А просто не нужно фигнёй страдать. Обычный реактор, обычный ионник... Медленно, но неотвратимо....

[alex_semenov]

Александр, обратите внимание, что в вашем приведённом выше рассуждении, говоря "удельная мощность", вы подразумеваете отношение мощности двигателя к массе полезной нагрузки (разгоняемой до скорости v).
Тогда как физически ограниченным, по видимому, является отношение мощности двигателя к массе двигателя. То есть мы имеем дело с двумя совершенно разными удельными мощностями.

Я использовал такой термин как "полезная нагрузка"? Вообще говоря я пытался избегать этого зная что кто-то на эту ГРАБЛЮ наступит. То есть не разберутся о какой удельной мощности я говорю. Хотя из формул (и множественных примеров) и так ясно.
Я говорю о Ваттах разгоняющей установки на килограммы разгоняемой массы.
Все пределно ясно.
Но я привел примеры. Что бы не дай бог не заблудились!
Мощность двигателя автомобиля к массе ВСЕГО автомобиля
Мощность двигателя самолета к массе ВСЕГО самолета
Мощность двигателей ракеты (тяга на скорость истечения) к массе ПУСТОЙ ракеты (ракета плюс полезная нагрузка минус масса топлива).

Обычно, в технике удельная мощность считается для двигателей как отношение мощности двигателя к массе САМОГО двигателя. Им там так удобней. Но у нас совершенно другой случай.
У нас может так случится что двигатель остается на месте и тогда его собственная масс нас совсем не волнует. НО! Если двигатель оказывается на борту (скажем ракета) то тогда его масса входит в разгоняемую массу ПОЛНОСТЬЮ. Какова доля этой массы? Это сложный вопрос. Но  в любом таком случае  та удельная мощность о которой вы говорите (мощность деленная на массу самого двигателя) должна быть ВЫШЕ чем та, что считаю по формулам я. То есть мое уравнение тогда можно рассматривать как неравенство. Эта ваша удельная мощность голого двигателя должна быть НЕ МЕНЬШЕ чем удельная мощность которую считаю я. Если она равна, то вы разгоняете голый двигатель.
Уловили?

И кстати, отношение мощности двигателя к массе полезной нагрузки увеличивается довольно просто. Посредством установки дополнительных двигателей. И всё. Правда при этом будет снижаться отношение массы полезной нагрузки к стартовой массе. Но это - отдельный разговор. Главное явных ФИЗИЧЕСКИХ ограничений в этом случае нет.

Давайте не будем обманывать себя играя терминами как нам удобно. Если вы под полезной нагрузкой понимаете то, что прячется под обтекателем ракеты-носителя то возможно эта мутка вам что-то и даст. Но я имею в виду совсем другут массу. Если вам угодно то это масса пустой ракеты плюс ваша полезная нагрузка. Одноступенчатеой ракеты. Если мы начнем мутить со ступенями то все запутается. Но ясно что в случае ракеты масса двигателся ВХОДИТ в разгоняемую массу и увеличение числа двигателей желаемого вами результата не даст.
Для ракетного звездолета закон кубическоро роста мощности НЕПРЕОДОЛИМ.
Точка. Еще рай посмотрите формулы. Это ведь операция в три действия с формулами из школьного учебника физики!

И ещё. Ранее вы писали про кубический рост мощности двигателя и квадратический рост его массы в зависимости от линейных размеров. То есть про лёгкость наращивания удельной мощности двигателя (отношение мощности двигателя к массе двигателя) при увеличении его размеров.

Да писал. Хотя это не строгое правило и не всех масштабах и скорей всего не во всех случаях. То есть этим можно пользоваться как эвристикой не более. Как прогнозом, который часто верен, но требует проверки более точным расчетом.

Так что вы уж определитесь легко или сложно наращивать удельную мощность. И какую именно удельную мощность.

Я со всем определился. Вы сами себя запутали. У меня оба принципа верны и друг другу никак не противоречат. Если вы говорите о ракетах (а тут все только и хотят говорит о ракетах, я так понял!) то ваша скорость перелета ОДНОЗНАЧНО ограничена удельной мощностью. То есть полезными ваттами ракетной струи к массе пустого корабля (двигатель, баки, конструкция и вся так называемая  ПН, то есть командный, оранжерея, танцзал, библиотека… и вся флотилия ударных флаеров).
И если у вас ракета, то вам поднять удельную мощность двигателя (и скорость перелета) возможно получится (но не факт!) увеличив размеры корабля.

Вот смотрите. Яркий пример. На НК рассматривался термоядерный двигатель на гелии-3. Виверн-джет. Это по сути легкая труба диаметр 2 метра и длиной 100 метров. Тепловая мощность двигателя автором была рассчитана под 3 Гвт (кажется). Какая мощность уходит в струю? Допустим 2/3 (это очень оптимистично). Автор кстати тут намудрил. Я его поправлял. Так вот. Пускай у двигателя полезная удельная мощность 2 Гвт. А масса двигателя (голого двигателя) по расчетам автора 40 тонн.
Вот и давайте прикинем. Пускай двигатель составляет 2/3 массы звездолета (со звездолетами так бывает. И не так бывает! Еще худе бывает!) То есть пустой звездолет (двигатель, пустые баки, фермы, научное оборудование) - 60 тонн. Считаем удельную мощность.

2 000 000 000 / 60 000 =  33 333 Вт/кг

33 Квт/кг (у восхода в десять раз больше). Из моей формулы (при k=0.2, n=0.64 S=10 св. лет) мы получаем для такого двигателя характеристическую скорость 0,031 с Делим пополам (разгон-торомжение) и получаем крейсерскую скорость перелета между звездами.
Мало?
Давайте поиграем с размерами. Давайте увеличим размеры в 10 раз. То есть длину двигателя сделаем 1 км, а диаметр 20 м. Предположим, что чудо случилось. Нам повезло (мы гении!) и масса нашего двигателя возросла пропорционально росту поверхности "трубы" (которая на самом деле тонкие фермы из космических пеноматериалос скрепляющие еще более чудесные сверхпроводящие кольца амбиполярной ловушки). То есть в 100 раз. И масса нашего двигателя теперь не 40 тонн а 4 000 тонн. Корабль тоже пускай стал 6 000 тонн (2 000 тонн остальные девайсы). Но объем "трубы" возрос в кубе, то есть в 1000 раз. И ГРУБО  в 1000 раз возрастает и мощность двигателя (если выделяемая в кубическом метре плазмы мощность сохранилась). И теперь наша удельная мощность:

2 000 000 000 000 / 6 000 000 = 333 333 Вт/кг

Это уже сравнимо с удельной мощностью ракеты-носителя "восток" на старте. Подставляем в мою формулу эту мощность. Получаем 0,067 c
Чувствуете прирост?
Все равно мало?
Нифига! Как раз самый раз. Это уже СРЕДНИЙ звездолет. Делить пополам это дельта-вэ - варварство. Согласен. Надо применять магнитный парашют. Но это опять масса мороки… Но зато это уже похоже на РЕАЛЬНОСТЬ.

И поверьте мне. То, что я вам сейчас описал - это по сути ВЕРХНИЙ ПРЕДЕЛ для чистых ракет (у которых масса двигателя входит в разгоняемую массу).
Предел здравых мечтаний. Это счастье случится, если природа к нам будет очень благосклонна и если все звезды на небе для нас сойдутся…
Все что сверх того что я насчитал - маниловщина.
Улавливаете?
Я не решаю тут уравнений. Я решаю неравенства. Я показываю границы через которые никогда не переступить в том или ином случае.

[alex_semenov]

Квадратный метр радиатора на Церере ЯВНО дешевле квадратного метра любого солнечного коллектора. Потому что это обычный лед (снег, фирн) в котором проложены трубки с теплоносителем.

Только одноразовый он. Скинул туда некое количество тепла, лёд расплавился и испарился в вакуум. Всё.
Аналог той же нефти.

Нет-нет! Все зависит как интенсивно использовать. В проекте "одуванчик" я  считал температуру этого радиатора как -10 С. То есть лед в моем случае еще не плавится (хотя можно было бы для пиковой мощности пойти и на это). Но газы, разумеется всплыву и могут создать даже некоторое подобие атмосферы над Церерой (или скажем, Вестой или Кваваром).
Кстати, коэффициент черноты снега по некоторым справочникам 0.8-0.9 (очень высокий). По сути как у графита. Хотя "на вид" снег очень белый. Удивлен до сих пор.

[alex_semenov]

А нельзя ли использовать сильноточный ускоритель тяжёлых ионов непосредственно в качестве двигателя?

Можно но глупо. Бессмысленно.
В общем "нельзя".
Уже, кажется, сто раз этот вопрос задавали и сто раз на него отвечали на том же НК. Но кто-то (может и вы?) упорно с ним носится и никак не может понять глубину повальности идеи.
Можно ли дать простой, краткий и честный ответ почему это - бред?
Гм…
По-сути вы получаете фотонную ракету. По энергетике. По скорости истечения. Ничего лучшего (по эффективности ракетного движителя) чем фотонная ракета у вас не получится. Это сложно понять. Но надо. И у вас в итоге получается фотонная ракета, в которой фотоны рождаются из… тока. Понимаете?
Сама по себе фотонная ракета - вещь специфическая. Она годится только для субсветовых скоростей. Там у нее появляется какой-то смысл.
Но в случае вашей идеи все еще хуже.
Вы  настолько наивны с этим своим вопросом, что вообще выносите ключевой для любых таких систем вопрос об источнике энергии за скобки. Это говорит о том что вы совершенно "не в теме".
Где ток для ускорителя брать? Реактор? А реактору радиаторы? А удельная мощность о которой я ору  тут как дракону в ж…? Мои формулы-"откровения" носят общефизический характер. То есть они касаются всех видов приводов (даже не ракет). Околосветовые скорости полета вы никогда не получите используя ионную энергоустановку.
Значит околосветовые скорости истечения вам НЕ НУЖНЫ.
И мутки с истечением близким к свету - тем более.
Ну почему это так тяжело понять?

Поймите. Ионные двигатели совершенствуются именно в направлении СНИЖЕНИЯ скорости истечения и увеличения ТОКА. Типичная скорость самых совершенных ионных двигателей сейчас 70-50 км/с. И это действительно ИДЕАЛЬНАЯ скорость истечения для межпланетных кораблей потому что такова характеристическая скорость полета межпланетной ракеты в солнечной системе. А если вам нужен звездолет то вам нужны скорости истечения ионов сравнимые со скоростью полена. Если 3 000 км/с то нужна и скорость истечении 3 000 . Примерно. И кстати, такую скорость получить в ионнике (простом ионнике) - раз плюнуть. То есть там вообще совершенствовать нечего. Все и так получается ИДЕАЛЬНО. Ионник с истечением в 100 км/с дает КПД 98%! А большие скорости истечения - можно получить еще выше КПД. Даже выбрасывая через двигатель не ксенон какой-нибудь а даже такую плохо ионизирующуюся дрянь как водород!
Почему?
ПОСЧИТАЙТЕ!  (Затрачиваемая мощность) = (тяга двигателя) X (скорость истечения).
Если у вас скорость истечения возросла в 100 раз, у вас упал ток через камеру в 100 раз (при той же тяге и затратах энергии!!!). Всякие там проблемы с объемным зарядом, утечкам резко снизились.
Более того. Неустранимые потери в ионнике - затраты на ИОНИЗАЦИЮ рабочего тела. Они фиксированы. Поэтому и испольуют экзотические виды топлива. Да, но это при 50 км/с истечения! При 5 000 км/с затраты энергии на разгон возрастают в 10 000 раз. Энергия ионизации становится ноль-ноль дым от этих затрат! То есть можно через ионник гнать любую удобную вам дрянь!

То есть. Ионный двигатель в нашем случае -НЕ ПРОБЛЕМА. Мы тут это даже не обсуждаем. Потому что сам двигатель (легкий, компактный, эффективный) считай у нас давно в кармане.
Но ну нас нет для него источника энергии. И вот вокруг него тут и происходят пляски с бубном. Радиаторы, реакторы…
Все наше внимание было на них. Дым столбом!

И тут вы. Весь такой красивый врываетесь с гениальной идеей!

Осознали?

В общем забудьте об этой бредовой идее раз и на всегда.

Таким изобретениям пора давать какое-то обидное прозвище. Как они появляются? Люди играются словами, комбинирую их как кубики и когда у них что-то забавное выходит (не читали о таком) они бегут с воплями "эврика!".  Хотя эта игра слов к реальности никакого отношения не имеет.
Моя попытка поставить заслон подобному горе-изобретательству в виде максимы "нет расчета- нет идее" всеми игнорируется начисто!
Люди уверены, что расчеты - это так, рутина. Вспомогательность. Когда есть идея. Главное - придумать что-то качественно. Что можно (и достаточно) описать на словах…
При том считать самим что-то не считается необходимым.
С чего это?
Не потому что считать что-то считается рутинным занятием для идиотов? А гении - они же гуманитарии, художники!
Я сам - художник. Но… нет расчета - нет идеи! Художник? Рисуй свой гениальный расчет!

Кстати. Очень злит что не могу "познать числом" этот дурацкий урановый парсу... Благо идея не моя.

[AlexOrex]

Давайте поиграем с размерами. Давайте увеличим размеры в 10 раз. То есть длину двигателя сделаем 1 км, а диаметр 20 м.

Когда недавно я решил, пользуясь этим термоядерным движком как аналогом, прикинуть свой "Толиман", пока автоматический (о пилотируемом не мечтал), то выпал в жесткий осадок от того, что разгон до крейсерской скорости (1,6 скорости истечения, которую я взял 5000 км/с) потребует на порядок-два больше времени, чем сам перелет на крейсерской до Альфы. Только введя вот этот самый коэффициент масштабирования, удалось упихать разгон-торможение в 30 лет (у меня была полная ракета, без парашютов). Но с масштабированием тоже проблема - поверхностная плотность паразитного излучения будет расти пропорционально размерам реактора - т.е. надо делать элементы магнитной ловушки тоньше и Уже, а радиаторы к ним больше. 

Ионный двигатель в нашем случае -НЕ ПРОБЛЕМА. Мы тут это даже не обсуждаем. Потому что сам двигатель (легкий, компактный, эффективный) считай у нас давно в кармане.
Но ну нас нет для него источника энергии. И вот вокруг него тут и происходят пляски с бубном. Радиаторы, реакторы…

Питать ионники по лучу, как парус? Энергии понадобится меньше (скорость меньше), но циклопические стартовые апертуры неминуемы.
В полете парус приемная антенна сворачивается, пленка (если есть) с неё сбрасывается, а каркас потом служит магнитным парашютом... Ой-ё, куда-то меня понесло!..

[Проходящий Кот]

Давайте поиграем с размерами. Давайте увеличим размеры в 10 раз. То есть длину двигателя сделаем 1 км, а диаметр 20 м.

Когда недавно я решил, пользуясь этим термоядерным движком как аналогом, прикинуть свой "Толиман", пока автоматический (о пилотируемом не мечтал), то выпал в жесткий осадок от того, что разгон до крейсерской скорости (1,6 скорости истечения, которую я взял 5000 км/с) потребует на порядок-два больше времени, чем сам перелет на крейсерской до Альфы. Только введя вот этот самый коэффициент масштабирования, удалось упихать разгон-торможение в 30 лет (у меня была полная ракета, без парашютов). Но с масштабированием тоже проблема - поверхностная плотность паразитного излучения будет расти пропорционально размерам реактора - т.е. надо делать элементы магнитной ловушки тоньше и Уже, а радиаторы к ним больше. 

Ионный двигатель в нашем случае -НЕ ПРОБЛЕМА. Мы тут это даже не обсуждаем. Потому что сам двигатель (легкий, компактный, эффективный) считай у нас давно в кармане.
Но ну нас нет для него источника энергии. И вот вокруг него тут и происходят пляски с бубном. Радиаторы, реакторы…

Питать ионники по лучу, как парус? Энергии понадобится меньше (скорость меньше), но циклопические стартовые апертуры неминуемы.
В полете парус приемная антенна сворачивается, пленка (если есть) с неё сбрасывается, а каркас потом служит магнитным парашютом... Ой-ё, куда-то меня понесло!..

А если от исходного проекта лишнее отсечь, тоесть полный разгон и полное торможение -- по пол пути, то сколько будет весить ваш корабль на старте?

[PathFinder]

А нельзя ли использовать сильноточный ускоритель тяжёлых ионов непосредственно в качестве двигателя?

Можно но глупо. Бессмысленно.
В общем "нельзя".
...
...
Значит околосветовые скорости истечения вам НЕ НУЖНЫ.
И мутки с истечением близким к свету - тем более.
Ну почему это так тяжело понять?

Так я про околосветовые скорости истечения и не говорю. Даже близко.    Я сначала подумал, что неправильно использовал термин "сильноточный ускоритель" и вы, соответственно, меня не правильно поняли. Я подумал, что "сильноточный ускоритель" - это ускоритель частиц до околосветовых скоростей. Но - нет. Читаем в Википедии. "Сильноточный импульсный ускоритель ионов. Основная задача — формирование и ускорение пучков ионов высокой плотности."
Короче, вне зависимости от терминологии, высокую плотность потока ионов я и имел ввиду. То есть количество ионов, пролетающих через поперечное сечение ускорителя в единицу времени.
Что касается скорости потока ионов, то я прекрасно понимаю, что она должна составлять 0,6 от скорости до которой разгоняется звездолёт. И не более. На форуме НК мы вместе с вами это и обуждали.

Уже, кажется, сто раз этот вопрос задавали и сто раз на него отвечали на том же НК. Но кто-то (может и вы?) упорно с ним носится и никак не может понять глубину повальности идеи.

Нет, не я. Не нужно мне приписывать чужие глупости. Впрочем чуть выше я уже ответил на это.

То есть. Ионный двигатель в нашем случае -НЕ ПРОБЛЕМА. Мы тут это даже не обсуждаем. Потому что сам двигатель (легкий, компактный, эффективный) считай у нас давно в кармане.

Это точно? Мы можем получить ионник со скоростью истечения порядка нескольких тысяч км/с с плотностью потока ионов достаточной для получения приемлимой тяги? Если да, то мой вопрос снимается.
Однако почему во всех источниках по ионным двигателям, которые мне попадались, скорость истечения составляла десятки км/с, а VASIMR с его 300 км/с преподносится как большое достижение?

Кстати, говоря об ускорителе в качестве двигателя мне виделся линейный резонансный ускоритель (http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1956.html)

Схема ускорителя Видероэ с дрейфовыми трубками: 1 - дрейфовые трубки; 2 - источник переменного напряжения; 3 - область действия электрического поля В; 4 - пучок.

Но это, конечно, на тот случай, если у ионников со скоростью истечения будут проблемы.

И тут вы. Весь такой красивый врываетесь с гениальной идеей!

Вы не поверите, но подобное мне несколько раз удавалось. Причём перед лицом опытных профессионалов с многолетним опытом работы и обременённых учёными степенями.  Так что надежды я не теряю.

[alex_semenov]

Давайте поиграем с размерами. Давайте увеличим размеры в 10 раз. То есть длину двигателя сделаем 1 км, а диаметр 20 м.

Когда недавно я решил, пользуясь этим термоядерным движком как аналогом, прикинуть свой "Толиман", пока автоматический (о пилотируемом не мечтал), то выпал в жесткий осадок от того, что разгон до крейсерской скорости (1,6 скорости истечения, которую я взял 5000 км/с) потребует на порядок-два больше времени, чем сам перелет на крейсерской до Альфы.

О! Вот верю же!!! Верю что человек мучился! Считал идею!
Наш человек!
 
Ото ж! Поэтому я и делаю оценку нижней границы удельной мощности для любого звездолета в обратную сторону. Беру всю дистанцию перелета  S, беру от нее 10-20%  на разгон-торможение (как я это обосновываю - я тут опускаю. Это не столь важно хотя интересно). Полученная дистанция -  тот интервал, в который должна вложится наш разгон. Масса есть, конечная скорость есть (энергия есть), дистанция - есть. Значит мощность - вынь да полож! Не важно что ты используешь для разгона или торможения.
Разумеется формула приблизительная. У реальной ракеты, например ускорение будет переменным (по мере расхода массы) и дистанция получается не точная. Но я не даю точную цифру. Я провожу границу, отсекая возможное от невозможного.

Обратите внимание. Если у вас задана скорость v, то на большей дистанции S (скажем 10 св. лет) ее легче набрать чем на меньшей. При том же v к А-Центавре (4.5) вам уже понадобиться бОльшая удельная мощность разгонной системы (что бы она не представляла). Поэтому более близкая цель может вам преподнести более неприятный сюрприз при сведении концов с концами в расчетах.
 

Только введя вот этот самый коэффициент масштабирования, удалось упихать разгон-торможение в 30 лет (у меня была полная ракета, без парашютов).

А время мисси хотим впихнуть в интервал, когда-то заданный Аленом Бондом…
Так?

"Чтобы наиболее молодые участники проекта, принимавшие участие в запуске, дождались результатов"
Признайтесь!

"Эх, молодежь!" (с)

Но с масштабированием тоже проблема - поверхностная плотность паразитного излучения будет расти пропорционально размерам реактора - т.е. надо делать элементы магнитной ловушки тоньше и Уже, а радиаторы к ним больше. 

Разумеется.  Скажем, у меня мощность возросла в 1000 а поверхность цилиндра плазмы всего в 100 раз. Значит плотность нейтронов  рентгена, СВЧ возрастет в 10 раз.  Особенно хреново с нейтронами.
Так что удельная мощность двигателя возрастет разумеется не в 10 раз, а скажем в 9-8. И это если нам повезет свести все концы с концами.

Питать ионники по лучу, как парус? Энергии понадобится меньше (скорость меньше), но циклопические стартовые апертуры неминуемы.

Ну, если речь идет о быстром-среднем корабле (0.05-0.075с) то можно попробовать именно так. Для зонда или легкой пилотируемой колонии (хотя последнее - фантастика) вполне  вменяемое решение для разгона.

В полете парус приемная антенна сворачивается, пленка (если есть) с неё сбрасывается, а каркас потом служит магнитным парашютом... Ой-ё, куда-то меня понесло!..

Вообще магнитный (или полевой парашют) по оценкам Зубрина (возможно слишком оптимистичным) при использовании самых передовых сверхпроводников может составлять по массе 10%  от тормозимой нагрузки. То есть. Его вполне можно иметь "в отдельной сумке". Скорей всего так и будет. Не надо из двух хороших вещей делать одну плохую. Дороже выйдет.. .
Но тут есть морока посложней.
Парашют не может тормозить до конца. До выхода на орбиту звезды. Уже на скорости 3000-1000 км/с  даже очень мощный парашют становится НЕЭФФЕКТИВНЫМ. Это как при посадке на Марс. Атмосфера там слишком разряжена и парашют работает только в начале. А посадка на ракетном столбе.
Так и здесь. Если у вас тысячные света - парашют уже не поможет. Надо иметь движек дотормаживания. Я называю его бустер дотормаживания.
То есть без ракет НИКАК не обойтись.
Другое дело что 3000 км/с это 30 000 … В 100 раз легче задача.
Вы думаете я почему так  вцепился в урановый парус? Потому что для бустера дотормаживания у меня за душей лишь одно решение. И то на грани… Взрыволет по схеме "медуза"…

Так что у меня любая "троллейбусная" схема (не важно световой парус, ионник питаемый по лучу) пока не замыкаются на полноценную концепцию.

[alex_semenov]

Так я про околосветовые скорости истечения и не говорю. Даже близко.    Я сначала подумал, что неправильно использовал термин "сильноточный ускоритель" и вы, соответственно, меня не правильно поняли.

Извините. Я действительно налетел не разобравшись.

Это точно? Мы можем получить ионник со скоростью истечения порядка нескольких тысяч км/с с плотностью потока ионов достаточной для получения приемлимой тяги? Если да, то мой вопрос снимается.
Однако почему во всех источниках по ионным двигателям, которые мне попадались, скорость истечения составляла десятки км/с, а VASIMR с его 300 км/с преподносится как большое достижение?

Честно говоря, не интересуюсь успехами VASIMR, потому что даже на пушечном выстреле от него я не увидел в этой шайтан-трубе НИЧЕГО для меня принципиально нового и интересного.
Говорите 300 км/с? Странно. Разве это достижение? Напротив! Это провал!
VASIMR, насколько я понимаю, позиционируется как МЕЖПЛАНЕТНАЯ лошадка.
Верно?
А межпланетному кораблю такие скорости истечения не нужны. 300 км/с это почти на порядок больше идеала! Смотрите.
У вас два двигателя с одинаковой тягой 10 Н (например). Первый, ионник дающий 30 км/с (какой-нибудь коллоидный… допустим)
То есть потребляемая им мощность:

W=F*u=10* 30 000 = 300 Квт.

Второй ваш чудо- VASIRM с той же тягой но со скоростью истечения 300 км/с. Он потребляет уже 3 Мвт. В десять раз больше. Он, разумеется экономит рабочее тело. Отбрасывая его в 10 раз меньше за секунду. Но размен не имеет ни малейшего смысла.
Вам нужно за это заплатить энергоустановкой в 10 раз большей.
Не проще ли заправить в баки в 10 раз больше топлива?
Проще!

Что же касается просто ионных двигателей, то все они совершенствуются именно в сторону уменьшения скорости истечения и увеличения тока через камеру (отбрасываемой массы за секунду). Для этого и используются всякого рода хитрые металлы. С одной стороны ионизирующиеся легко (затраты на ионизацию - растраченная энергия) с другой имеющие массу иона побольше к заряду. Но и это все не помогает. Приходится мудрить с токами в камере. В общем. Все что предпринимается для совершенствования ионников с 60-х- это ПОНИЖЕНИЕ скорости истечения и увеличение тока с см2 площади двигателя.
Чем меньше у вас скорость истечения тем меньше вы тратите энергии на килограмм тяги.

Если же вы хоите иметь большие скорости истечения - у вас почти нет проблем.
А вы сами посчитайте! Давайте вдвоем считать. Опять берем учебник школьной физики (удивительно как много чудных откровений в нем можно отыскать!)



Энергия заряженной частицы - ее заряд на разность потенциалов. И эта же энергия - кинетическая энергия частицы. Отсюда получаем главную формулу для ионного двигателя:



Если вы хотите увеличить скорость истечения вы должны пытаться увеличить q (но это вряд ли) уменьшить m (скажем, использовать водород). Например, водород по сравнению с ксеноном легче в 100 раз (в 131 раз). Значит заменив ксенон на водород вы уже поднимите скорость истечения ионника (при том же напряжении) с 70-100 км/с   в 10 раз 700-1000 км/с.
Нужно еще? Увеличивайте разность потенциалов U на СЕТКАХ анода и катода. Нужно поднять скорость истечения ионов до 3000 км/с в 3 раза? Надо поднять напряжение в 9 раз.
Вообще говоря, у современных ионников (я имею в виду классический ионник, примитивный) напряжения и так предельны. Слыхали? Двигатель всегда машина на грани всех возможностей.
Почему? Потому что анод с катодом должны быть как можно ближе придвинуты друг к другу. Зазор должен быть минимальным. Ведь в этом зазоре - заряд. Запирающий. И чем меньше частиц находится в зазоре тем низе заряд. В общем … 
НО!
Мы ведь подняли скорость истечения в… во сколько? В 30 раз. А это что значит? Это значит что при сохранении ТЯГИ мы можем пропускать за секунду через камеру сгорания в 30 раз меньше ионов.
Тяга - это:



Улавливаете? Увеличели скорость в 30 раз уменьшили расход массы за секунду в 30 раз. Тяга осталась та же.
То есть. Объемный заряд в зазоре можно в 30 раз увеличить. Дистанцию между анодом и катодом - тоже. Нет пробоя. Меньше статическая сила рвет конструкцию.
В общем…
Честно скажу. Я не делал детальных расчетов пока. Нагребся материалов в сети. Методик. Есть толковый курсовой от студента ХАИ по ионнику. Именно простому ионнику. Есть все чтобы посчитать детали.
Но главное - я вижу что здесь для конструкторской мысли просторно как на море.

Кстати, говоря об ускорителе в качестве двигателя мне виделся линейный резонансный ускоритель (http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1956.html)

Схема ускорителя Видероэ с дрейфовыми трубками: 1 - дрейфовые трубки; 2 - источник переменного напряжения; 3 - область действия электрического поля В; 4 - пучок.

Но это, конечно, на тот случай, если у ионников со скоростью истечения будут проблемы.

Пока мне кажется все это ИЗЛИШНИМ. Вернее там и используется на самом деле НЕСКОЛЬКО сеток. Но разгонного зазора достаточно ОДНОГО. В такой вот пушечной схеме вы  все равно сильных (именно тех самых что надо) токов вы не получите. Но самое главное - а какой смысл? Обыкновенный анод-катод прекрасно разгоняет до сантисветовых скоростей ионы того же водорода.
Ну посудите сами.
Масса протона 1,67E-27 кг. На скорости 3 000 км/с он имеет энергию… 7,52E-15 Дж. Если это перевести в электрон-вольты (1,6E-19 Дж) то получаем  47 КэВ…
Даже не мега!
Для разгона протона до таких энергий вам нужна разность потенциалов, как сами догадываетесь, всего 47 КВ (киловольт).
Для 30 000 км/с (в 10 раз большей скорости) вам понадобится, разумеется 4,7 миллиона вольт. Я не знаю много ли это?
Надо посчитать конкретный двигатель под такие скорости истечения.
Но суть в чем? Ионый корабль на 30 000 км/с с бортовым источником энергии  в виде реактора не доберется ну никак!
крылья-радиаторы и не дадут ему "взлететь"  "выше".
Да и ректена будет вся светиться. Если и получится что-то собрать, то будет все на пределе.

Вы не поверите, но подобное мне несколько раз удавалось. Причём перед лицом опытных профессионалов с многолетним опытом работы и обременённых учёными степенями.  Так что надежды я не теряю.

Поверю. Дело в том что профессионал это тот кто знает все больше и больше о все меньшем и меньшем. В том же ХАИ был в 88-м удивительный случай. Перестройка в разгаре. В институт (как мощную исследовательскую базу) спустили приказ- поднять автожирную тематику для с\х страны. Что это такое - вес отцы института уже давно забыли. Но быстро выясняют что на первом курсе учится самодельшик, который собрал буквально из металлолома автожир. Фанатик с крыльями… На слете СЛА (только-только они возобновились в СССР) его самоделка не полетел, как и все остальные автожиры. Но у него единственного при разбеге авторотировал винт!  В результате - первая премия. И вот стоит этот гений, надежда советской авиации, который сейчас вылетит из института так как у него полный завал по математике у мадам Еленевич (страшный зверь была!) перед внушительной комиссией из столпов науки и… читает ей доклад по автожирма. Все что знает. Всю теорию.
Я слушал его рассказ в столовой об этом  через несколько часов после. По горячим следам. Он был в шоке и недоумении. Его доклад был принят на ура. Ему отцы института только что пожимали руки и договариваются об открытии тематики (кажется на 10 миллионов советских рублей!), а у него одна мысль - как быть с недопуском к экзамену по математике?
 
И таких историй везде  -пруд пруди. По сути весь этот мир на таких историях и возник.
Во всяком случае когда-то так и было.
Да… уж… А теперь у нас появились новые ценности. Сссучились мы... И так быстро что глазом не успели моргнуь. Это из грязи в князи надо было 300 лет, а назад...
 
В общем... Не боги… Не боги горшки обжигают!
И не горшки- тоже далеко не боги.
 

[vsevolodson]

Не мог ответить так как котэ рыгнуло на клавиатуру. Освоение галактики пришлось отложить.

Т.е. для прохождения реакции частицы трития должны пройти через 664 мг/см2 дейтерия.
В то время как пробег протонов (и, соответственно, частиц трития) в веществе при энергии 3 МэВ 21 мг/см2 http://profbeckman.narod.ru/RR0.files/L9_2_4.pdf При 3,5 МэВ не намного больше.

Bы заместо пробега ядра трития в дейтериде лития подсунули мне пробег протона в алюминии. Нехорошо. По моей ссылке там на samlib у автора получается пробег 0,4 мм, насколько я помню, т.e. более чем в 5 раз больше. Правда это не очень сильно спасает ситуацию.

Так, взрыволётам пора дать спокойно умереть, а эту тему - разбить. У меня созрела новая идея реактора (ускоритель тритиев + LiD мишень) и я создам отдельную тему, посвящённую силовой установке. Просьба любителям парусов и ионников отпочковаться тоже.

PS
ссыль на мою новую тему:
Реактор расщепления лития.

[Проходящий Кот]

.....
Так, взрыволётам пора дать спокойно умереть, а эту тему - разбить. У меня созрела новая идея реактора (ускоритель тритиев + LiD мишень) и я создам отдельную тему, посвящённую силовой установке. Просьба любителям парусов и ионников отпочковаться тоже.

Так что взрыволеты остаются только планетолетами?

[vsevolodson]

Так что взрыволеты остаются только планетолетами?

Для скоростей в 10-100 км/с есть ЯРД с водородным охлаждением. Орионы тоже работать не будут - авторы не учли паразитного рентгена. Так что для взрыволётов и вовсе не остаётся ниши.

Для межзвёздных же путешествий роль двигателя и вовсе остаётся вакантной. И это спустя месяцы (в сумме) коллективного мозгового штурма.

[Проходящий Кот]

Так что взрыволеты остаются только планетолетами?

Для скоростей в 10-100 км/с есть ЯРД с водородным охлаждением. Орионы тоже работать не будут - авторы не учли паразитного рентгена. Так что для взрыволётов и вовсе не остаётся ниши.

Для межзвёздных же путешествий роль двигателя и вовсе остаётся вакантной. И это спустя месяцы (в сумме) коллективного мозгового штурма.

Но бомбы есть и отработаны уже десятилетиями.
Что касается этого мозгового штурма, то у нас пока нет всей этой концепции до кучи.
Есть только отдельные, хотя и важнейшие точки...