Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

4488К - равновесная температура АЧТ на дистанции пролета?
Допустим.

А КАКОЙ СМЫСЛ?

Вы себе представляете трубу раскаленную до 4488 К? Даже если это у вас супер-пупер материал!
Есть сопло идеально подходящее под задачу. Односторонне. Открытая сторона направлена на расколенный нагреватель-солнце. Тыльная сторона - зеркальная. Допустим 4% она поглощает (и это отбитается хладогентом текущим внутри) а 96% солнечной радиации уходят назад. Это те лучи которые не поглотил водород который межу стенкой сопла и солнца. В итоге водород попадает между двух огней. С одной стороны солнце с другой -зеркало. Если ему и этого мало - подмешиваем туда еще сажу.

Моя конструкция получается менее напряженная по температуре.
Учтите. Это будет немалых размеров аппарат. Даже в моем скромном случае для 1000 тонн это будет очень большая махина.

[vsevolodson]

Вы себе представляете трубу раскаленную до 4488 К?

Я уже писал что до 4000К вообще-то

Моя конструкция получается менее напряженная по температуре.

без рассчётов сколь угодно сложная и классная конструкция получается
но думаю надо выбирать пока что решения попроще

надежда на то, что вы разогреете водород сильнее конструкции - сомнительна

[vsevolodson]

Если же вы что-то там сделаете черным - это станет светиться как поверхность Солнца. Во всех направления. И наружу и внутрь.

(4000/5780)^4 = 0,229365773327
труба, "согревающая" текущий внутри водород пусть так и светит
с мощностью 23% от солнечной поверхности
главное чтобы не расплавилась
это лучше чем всякие не рассчитанные вами "зачернители"

[Okub62]

Вы себе представляете трубу раскаленную до 4488 К?

Я уже писал что до 4000К вообще-то
...

Это всего на 305 градусов превышает температуру плавления вольфрама - самого тугоплавкого металла (3695 K). Сущая ерунда. А из чего д.б. эта труба тогда?

[Nucleosome]

графит вообще устойчив до 3900К, интресно до какого предела алмаз? делать конечно звездолёт алмазным - дороговато явно, но наверное среди общих рахсодов на него это будет не большой статьёй расходов 
чёрт! посмотрел уже - алмаз в графит превращается при высоких температурах! стало быть алмазный корабль отменяется. ну может нанотрубки какие тогда...

[vika vorobyeva]

Композитные материалы могут иметь и бОльшую температуру плавления, чем даже самый тугоплавкий металл.
Если нам надо продержаться только несколько часов, материал сопла можно сделать из тугоплавкого каркаса, заполненного каплями теплоемкой жидкости (вроде поролона, но не с пузырями, а с каплями). Пока пепелац будет лететь над Солнцем, тепловая энергия, пойманная каркасом, будет передаваться каплям и постепенно (для этого и нужна большая теплоемкость!) нагревать их. К тому моменту, как они нагреются достаточно, чтобы расплавить каркас, Солнце уже останется позади

[vsevolodson]

Пожалуйста, не делайте из этой простой и элегантной идеи уродливого монстра с композитами и алмазами  .
Не стоит забывать, что отношение массы водорода к массе прочего - более 900. Поэтому ничего кроме тонких оболочек (фольги) разной отражающей способности на водородном льду мы позволить себе не можем.

С этим возникает одна проблема - как избежать преждевременного перегрева и испарения водорода. Bедь ещё за дни и недели до достижения точки около перигелия, когда нужно будет включать двигатели, тепловая нагрузка от Солнышка будет уже очень высока. Bодород начнёт преждевременно испаряться и создавать сильное давление на тонкие оболочки баков. Можно, конечно, сделать много слоёв-окультеров, сохраняющих "разгонный блок" в относительной темноте почти до самой поверхности Солнца, но лучше покрыть разгонный блок толстым слоем снега. Снег (рыхлый кристаллический лёд) имеет высокое альбедо, высокую удельную теплоёмкость до испарения, хорошие теплоизолирующие свойства, дёшев и сердит. Можно добавить аммиака - по вкусу (теплоёмкость аммиака ещё выше, часто встречается в космосе вместе с водой). Потребуется только точно рассчитать сколько надо будет снега, чтобы весь он испарился в нужной нам точке, обнажив сам разгонный блок для солнечного излученья.

[VimanaPro]

Поэтому ничего кроме тонких оболочек (фольги) разной отражающей способности на водородном льду мы позволить себе не можем.

А с ветром (солнечным) как ?

[L_Pt]

С этим возникает одна проблема - как избежать преждевременного перегрева и испарения водорода. Bедь ещё за дни и недели до достижения точки около перигелия, когда нужно будет включать двигатели, тепловая нагрузка от Солнышка будет уже очень высока. Bодород начнёт преждевременно испаряться и создавать сильное давление на тонкие оболочки баков. Можно, конечно, сделать много слоёв-окультеров, сохраняющих "разгонный блок" в относительной темноте почти до самой поверхности Солнца, но лучше покрыть разгонный блок толстым слоем снега. Снег (рыхлый кристаллический лёд) имеет высокое альбедо, высокую удельную теплоёмкость до испарения, хорошие теплоизолирующие свойства, дёшев и сердит. Можно добавить аммиака - по вкусу (теплоёмкость аммиака ещё выше, часто встречается в космосе вместе с водой). Потребуется только точно рассчитать сколько надо будет снега, чтобы весь он испарился в нужной нам точке, обнажив сам разгонный блок для солнечного излученья.

Включить двигательную установку, т.е. поставить радиаторы между баками и Солнцем, задолго до приближения к последнему. Соответственно, начинать понемногу разгонятся еще до подлета.


VimanaPro

А с ветром (солнечным) как ?

У нас там весьма компактный для своей массы объект. Он солнечный ветер и не заметит.

[vsevolodson]

К вопросу об изменении плотности атмосферы Солнышка с высотой. Думаю пролетать не ниже 8 Мм над поверхностью Солнца, т.е. не менее 1,012 радиусов от центра. На самом деле получается хороший запас для снижения. Скорость на этой высоте составит 614,5 км/с. А температура неохлаждаемого АЧТ составит 4831K. То, что нужно

[vsevolodson]

Включить двигательную установку, т.е. поставить радиаторы между баками и Солнцем, задолго до приближения к последнему. Соответственно, начинать понемногу разгонятся еще до подлета.

B том-то и дело, что не стоит расходовать водород раньше времени. Уйдёт впустую ваш разгон вдали от перигелия. Посему лучше тупо испарять снежок. Это дёшево.

По формуле
 
коэффициент умножения скорости получается 6,1+/-0,1. Bы хотите потерять часть этого ещё на пути к Солнцу?

[gans2]

Хосподи, чо творится.
Есть же кометы  царапающие Солнце. Подберите нужную и внутрь закопайтесь. (кто скажет разогнать комету - сам себе бредоносец). Когда комета в перигелии будет - стартуйте. А чтобы не перегреть  стартующий корабль - разверните экран с абляцией и в его тени упражняйтесь. Вот половина проблем решена - со сближением и с охлаждением переложена на природное явление - комету Кройца.

[alex_semenov]

B том-то и дело, что не стоит расходовать водород раньше времени.

vsevolodson, ну вы и жмот!

Мало того, что вы так и остались глухи к моим воплям не гнать массовое число до неразумных величин, вы и тут ни грамма не отдадите?

По поводу расчетов - вы меня уели. Моим же аргументом. Уйду в монастырь! Поплачу!
Но (моя мстя! О! …. ) не забудьте для своей махины в миллионы тонн пересчитать площадь коллектора солнечного тепла.
Напомню вот отсюда:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,82348.msg1864064.html#msg1864064

Это круг радиусом 47,6 м. Соответственно, и газовое сопло должно быть соразмерным.
Повторяю, это на 1 кт запускаемой массы.

Это на килотонну пустого корабля! "Жаровое окно" двигателя обращенное к солнцу где-то 90 на 90 метров для тысячетонного "летательного аппарата". Это по массе две загруженных "Мрии". А у нее длина 80 и размах где-то такой же.  То есть ваш аппарат должен буквально РАСПЛАСТАТЬСЯ к Солнцу своей камерой сгорания.  Как самолет на крыльях. Даже больше.

[Dem]

а теперь посчитайте, сколько дельта-v нужно, чтобы столкнуть на Солнце массу с орбиты в 0,1 АЕ

Дык точку опоры надо. Астероид какой или Меркурий на худой конец. Оттолкнулись и полетели.

А что если в  струю водорода (уже отработанного на охлаждении кожуха и попавшего в камеру наружного сгорания)  впрыснуть что-нибудь типа графитовой пыли?

Доводим идею до логического конца - берём цистерну метана. При нагреве он разлагается на углерод и водород...

[Инопланетянин]

Недоверие к высокоимпульсным ионникам - это типично космооперное мышление. Мол, раз в термических двигателях (ЖРД, ЯРД) тяжело поднять скорость истечения, то и в ионных та же проблема.  В ионных проблема строго обратная. И в них снизить скорость истечения ниже 50 км/с очень сложно.

В ионниках проблема увеличить количество прогоняемого рабочего тела. Интересно, почему это сложно?

Доводим идею до логического конца - берём цистерну метана. При нагреве он разлагается на углерод и водород...

А у него будет нужный чёрный цвет?

[alex_semenov]

Мое видение аппарата в первом приближении (без всяких расчетов! Голая идея)



S - это и есть те самое жаровое окно в нужные квадратные метры обращенные к Солнцу. В очень консервативной версии это окно должно быть прозрачным. Из чего? Кварц? А масса? А прочность?
Размером ведь с армейский плац (100 м )!
И прозрачность не может быть идеальной. Значит будет поглощать и греться. А значит надо само окно охлаждать. Поэтому идеальней было бы обойтись без такого вот окна.

Говорю сразу. Замелить окно АЧТ - маразм. Как вы эту раскаленную часть такого гигантского сопла будете удерживать?

Задняя стенка сопла - ЗЕРКАЛО. И с ее охлаждением, прочностью и т.д. вроде как особых проблем нет.
Испарившийся водород врывается в носовую часть этого гигантского сопла и продолжная разогтеваться расширяется. И сама форма сопла говорит сама за себя - куда этот водород движется. Получим ли мы 12 км/с?
Гм… не уверен.
Тут будет очень хитрая газодинамика.
Обратите внимание. Обычно рабочее тело сначала нагревается а потом АДИАБАТИЧЕСКИ (без обмена энергией с соплом) расширяется ускоряясь. В нашем же случае сопло и камера сгорания совмещены. Расширение и нагревание идут параллельно. И что мы в итоге получим? Тут нужны зубры от ракетной газодинамики.

[vsevolodson]

Немножко матмодели.
 
 Фазы нагрева, через которые проходит водород в двигателе:
 1) нагрев твёрдого водорода;
 2) плавление водорода;
 3) нагрев жидкого водорода;
 4) испарение водорода;
 5) нагрев газообразного молекулярного водорода;
 6) диссоциация молекул водорода;
 7) нагрев газообразного атомарного водорода;
  ионизация водорода;
 9) нагрев водородной плазмы;
 
\[
Q = m\cdot \sum c_{i}\cdot\Delta T_{i}
 \]
 
 В то же время, рабочему телу можно передать ровно столько же тепла,
 сколько оболочка сможет поглотить:
 
\[
Q = \frac{\Delta t\cdot N\cdot S}{2}
 \]
 
 где N - поглощаяемая оболочкой удельная (на ед. площади) мощность:
 
\[
N = \left ( \frac{r}{R_{sol}} \right )^{2}\cdot\sigma\cdot\epsilon\cdot T_{sol}^{4}
 \]
      Δt - время работы двигателя с внешним нагревом;
      R/R_сол - расстояние от центра Солнца в его радиусах;
      σ - постоянная Больцмана;
      ε - степень черноты оболочки бака;
      T_сол - эффективная температура Солнца;
 
Получается уравнение, что связывает габариты эффективной оболочки двигателя/бака, время работы и массу водородного рабочего тела. Фиксируя время работы (Δt, например 1сек) получаем соотношение необходимой минимальной площади к массе водорода:
\[
k = \frac{S}{m} = 2\frac{\sum c_{i}\cdot \Delta T_{i}}{\left ( \frac{r}{R_{sol}} \right )^{2}\cdot \sigma \cdot \epsilon \cdot T_{sol}^{4}}
 \]

[alex_semenov]

В ионниках проблема увеличить количество прогоняемого рабочего тела. Интересно, почему это сложно?

Мощность. Электриеская мощность.
Плотность тока через двигатель сильно ограничена. Но несложно сделать двигатель БОЛЬШЕГО сечения. Но вся проблема в мощности. Этлектрической мощности. Генератор тока ограничивает расход  ионника (и тягу) ВСЕЦЕЛО.

[alex_semenov]

Q = m⋅∑с_iΔT_i

А нельзя ли это написать по-людски?
http://www.codecogs.com/latex/eqneditor.php

[vsevolodson]

Дык точку опоры надо. Астероид какой или Меркурий на худой конец. Оттолкнулись и полетели.

Надеюсь вы пошутили насчёт Меркурия. Или вылазить из его гравиямы и гасить угловой момент относительно Солнца магией неведомой будете?

жаровое окно

выплюньте каку
там в секунды будет пробегать много тонн водорода
в виде газа он нагреваться до 4000К излучением точно не будет, даже если свет будет 100 раз туда и обратно через него проходить
водород намного быстрее будет отдавать тепло стенке вашего окна, температура плавления которого будет никак не более 2000..2500K - это предельная температура вашего водорода
добавите сажи? да она налипнет на ваше окно и расплавит его раньше, чем водород успеет нагреться хотя бы на 100 градусов

способ нагрева только один - прямой теплопередачей в длинной горячей трубке
посмотрите на мои уравнения выше
возможно чтобы трубка нагревалась хотя бы до 4000К с такими объёмами протекающего через него холодного водорода придётся сделать её совсем чёрной, даже если почти нырять в атмосферу Солнца
проблема не с перегревом, а скорее будет с недостаточным прогревом прямо в хромосфере (!)

эта проблема может возникнуть ещё и потому, что время пребывания в перигелии очень мало
сейчас это ~3400 сек при разгоне на 34 км/с
но за это время разгонный блок пройдёт расстояние, примерно втрое больше радиуса Солнца
полагаю что получаемая мощность из-за этого будет сильно разной (и как минимум слегка не такой в среднем, что в перигелии)

а мои уравнения верны для пиковой нагрузки

Говорю сразу. Замелить окно АЧТ - маразм.

Окно - это маразм.

Как вы эту раскаленную часть такого гигантского сопла будете удерживать?

Блин, да без проблем. Из термоса торчит чёрная трубка. Термос внешне зеркальный и куда более холодный даже у самого Солнца. Трубка горячая - но неравномерно! Чем ближе к концу - тем горячее, так как в этот отрезок поступают уже всё более горячие порции водорода. По мере продвижения в трубке водород всё больше нагревается, давление ускоряет его до вожделенных 10км/с (и, соответственно давит на предыдущие порции водорода в трубке и термосе, ускоряя разгонный блок).