Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Я начал с того что термофотоэлектрические преобразователи добились эффективности 44% при

Что это такое? Это полупроводники? Где почитать? Я когда-то что-то видел, но... уже забыл где.

[MenFrame]

Я начал с того что термофотоэлектрические преобразователи добились эффективности 44%

Это при условии их охлаждения.

[alex_semenov]

Это при условии их охлаждения.

Меня беспокоит другое.
Хрен с ним, 44% КПД. Хай будет 30% тепловой КПД...
Засада, как мне видится, в другом. Вот такая структура...



Если ее начнёт пронизывать плотненький поток нейтронов из раскалённого реактора... Долго ли она проработает?
Интересно, а что-то подобное на ВАКУУМНЫХ "приборах" нельзя организовать?
Хотя, да... это и есть термоэмиссия. Уже испытанная и хоженная-перехоженная...
И даже канадцам на голову уроненная... Или там была еще тупо термопара?
 

[Проходящий Кот]

Холодильники у нас всенаправленные или излучение с них направленное?

[Vavanzer]

Нет там никакого расхождения луча. Расходжение луча - это отсебятина массового шумного дурака.

Это расхождение луча чуть ли не 100 лет назад обнаружили и изучили вдоль и поперёк!))) Из-за этого эффекта множество идей на корню накрылось. А оставшиеся жалкие попытки воплотить в жизнь добила нестабильная атмосфера, которая все рассеивает , тк оптически крайне неоднородна и подвижна.

И ещё прикол, то что параллельный пучок от отдаленного источника света типа звезды собирается в диск Эйри. А точечны источник обратить в параллельный пучок не удаётся.

[Vavanzer]

но последняя фраза (что легче сфокусировать свет звезды) - всё портит.

В этом вся фишка. Звезда как готовый лазер и источник энергии, бесплатный и в наличии, можно сказать, неисчерпаемый. Для разгона система зеркал-концентраторов на орбите и улавливатель  на корабле. Орбитальный комплекс концентрирует и продляет зону высокого потока энергии от звезды (от Солнца) далеко за пределы земной орбиты. "Солнечный поток" можно в десятки раз усилить и продлить на большие расстояния.
Ну а тормозить уже постепенно, принимая свет от целевой звезды на подлёте, и в близком пролёте мимо нее тем что есть на корабле (система сверхтонких зеркал)

[Vavanzer]

Даже Кип Торн (уж на кого нынче молятся, так это на него, благодаря хорошо сделанной рекламе достаточно рядового фильма) своим авторитетом подтвердил: идея годная.
Не уже ли вы думаете что вы - умней?
А так думать разве не скромно?

И где она "в железе"?))) Нет, не было и не будет никогда.
Математика все разрушает, при подробных расчетах.
Все эти " идеи" попал листские и недалекие разваливаются при детальной проработке.  Это как идеи терраформирования Марса ядерными бомбами, которые становятся фантастикой при реальном подсчете масштаба, который говорит что нет на Земле столько разведанного ядерного топлива)))

[Vavanzer]

"Цель 21 ого века -получить что то со скоростью 6000 км в сек."(что дает время 280 лет)
Ну а пока мой разгонный блок точно дает 3000 км в сек.

У вас 280 лет уйдёт только на согласование проекта и получение разрешений на его воплощение ))))

[MenFrame]

Если ее начнёт пронизывать плотненький поток нейтронов из раскалённого реактора... Долго ли она проработает?

Фотоэлементы и без нейтронного потока имеют ограниченный срок службы.

[Sergey E.]

Это при условии их охлаждения.

Меня беспокоит другое.
Хрен с ним, 44% КПД. Хай будет 30% тепловой КПД...
Засада, как мне видится, в другом. Вот такая структура...



Если ее начнёт пронизывать плотненький поток нейтронов из раскалённого реактора... Долго ли она проработает?
Интересно, а что-то подобное на ВАКУУМНЫХ "приборах" нельзя организовать?
Хотя, да... это и есть термоэмиссия. Уже испытанная и хоженная-перехоженная...
И даже канадцам на голову уроненная... Или там была еще тупо термопара?
 

Теллурид кадмия (CdTe), селенид индия- меди-галлия (CIGS) и селенид индия-меди (CIS) у меня в тонкопленочных фотоэлементах.
Те самые сплошные сферы из бериллия замедляют нейтроны, их сечение на фотоэлементе в районе 1 барна.
Солнечные панели на мкс итак имеют облучение но работают по 30 лет все равно. Мне только и надо чтобы под нейтронами реактора проработали 30 лет.
И повторяю для первых 3 ех ступеней радиоизотоп уран 232 лучше чем реактор. А от него нейтронов нет и только немного гамма квантов оставшихся за броней из урана 238.

[Sergey E.]

Если ее начнёт пронизывать плотненький поток нейтронов из раскалённого реактора... Долго ли она проработает?

Фотоэлементы и без нейтронного потока имеют ограниченный срок службы.

Не осталось у меня расчета сечения нейтронами:
1 барн на фотоэлементе и 1 ев нейроны.
0.05 мм толщина слоя тонкопленочного элемента.
10^14 нейтронов в секунду на квадратный метр.
Считайте. Вроде просто на мкс тоже самое по облучению получается.
Должно получиться поглощение около 10 000 грей - дж/кг.

[Vavanzer]

Теллурид кадмия (CdTe), селенид индия- меди-галлия (CIGS) и селенид индия-меди (CIS) у меня в тонкопленочных фотоэлементах.

  Как вы проблему с тепловой частью спектра решать будете?
У 5600К 40℅ в ИК диапазоне, 50℅ в оптическом. При КПД фотоэлемента в 30% итоговый КПД усвоения всей солнечной энергии 15% получается.

  Теперь возьмём источник света температурой 2500К, (то же светящееся тугоплавкое ядро реактора к примеру), там в оптике 10%, остальное ИК.  С учетом КПД фотоэлемента, , останется всего 3%! ))) От радиоизотопных термоэлементов и то больше пользы!)))

[Иван Моисеев]

Через каких-нибудь 300-500 лет НТР выйдет таки на асимптоту предела возможного и человечество вернётся в стационарное состояние.

И не надейтесь.
Пытаясь определить скорость НТР, обычно берут какой-либо параметр и предполагают, что его изменение коррелирует со скорость НТР.
Так появляются прогнозы типа «Лондон к 1950 году должен погрузиться в конский навоз на девять футов» (1894 год).
На самом деле просто меняется прогноз с навоза на бензин и появляются города, утопленные в смоге, см. н-р, Энерган-22.
Сейчас рулит закон Мура, через 50 - лет пойдет какая-либо биология. И т.д.

[Татарин]

  Как вы проблему с тепловой частью спектра решать будете?

Традиционно.

Вообще, термофотовольтаика работает не так, что сначала светим как квазиАЧТ, а потом из этой мешанины пытаемся что-то делать. Это мы с каким-нить Солнцем не можем ничего сделать - уж что есть, то есть. А вот в термофольтаике мы светящийся элемент делаем сами. И искажаем его спектр так, как нам нужно.
Для чего три метода: во-первых, селективное покрытие (краска), которое излучает только в нужном нам диапазоне, во-вторых, метаструктура из этого покрытия, чтобы не излучать в полный телесный угол, а максимально (к примеру) по нормали к поверхности, а в-третьих, всё это закрывается колбой (вакуумной) с брегговским зеркалом (многослойным), где разрешённая фотонная зона только в нужном нам диапазоне. Всё остальное будет отражено обратно на излучатель.

Всё излучение, что нам неудобно, максимально подавляется, что удобно - стимулируется (собссно, материал покрытия должен иметь удобные переходы, это технологии ещё 19-го века, когда калильные колпачки газовых фонарей начали покрывать оксидом тория с редкозёмами, чтобы света было больше).

С другой стороны - на фотопреобразователе - нам не нужно, как с солнечной батареей, гиперсложной 4-переходной наноструктуры с 4 типами (и ширинами ЗЗ) полупроводников. Нам не нужно перекрывать весь тепловой спектр, а только узкую его часть, выбранную нами.
Поэтому достаточно и оптимально иметь двухпереходный/двухзонный фотопреобразователь. Причём, за счёт лучшей направленности света отпадает не только многозонность, но и куча заморок с вводом излучения в полупроводник (почти как в идеальном для солнечной батареи случае, когда прямой свет падает на СБ строго по нормали).
За счёт интенсивности света получаем выше КПД (ну или как минимум, не такую прям сверхтребовательность к качеству гетероструктур). А за счёт узкополосности получаем высокий КПД (мало кто знает, но КПД обычной, из магазина солнечной панели на её "родной" длине волны в микрон-с-чем-то-там, ну соответсвующей ЗЗ кремний+трошки на термализацию - 70-80% запросто).

В итоге от тепла до электричества вполне реально получить процентов 50-70. Если конечно, нагреть достаточно, и уйти в преобразователе хотя бы в ближний ИК, а не мучаться с узкозонными ПП.

...
Что касается радиационной защиты, она должна быть реализована не "в лоб". "В лоб" полупроводники под "реакторными" потоками (порядка 1Е12-1Е14/см2) будут жить недолго и не весело, в лучшем случае часы, а куда скорее - минуты.

Поэтому фотопреобразователи должны находиться за надёжной защитой (допустим, теневой, а СБ - торцом к реактору), а свет на их плоскость должен попадать через (опять же, брегговские и селективные) зеркала.

[Sergey E.]

Можно сделать слои из вольфрама, тогда температура будет 3500 кельвинов. Что даёт малую ИК утечку.
Радиационную защиту ещё надо обдумать. Но тонкопленочный элемент на то и тонкопленочный что мало нейтронов в нем останутся. А вот в случае сфер из урана 232; тут мало нейтронов; много гамма квантов а они легко экранируются слоем в 1.2 см урана 238.

[alex_semenov]

Сейчас рулит закон Мура, через 50 - лет пойдет какая-либо биология. И т.д.

Вы  меня считаете сликшом примитивно. Вы думаете я урока про лошадиный навоз не знаю?
То что вы описали, описывается (везде) таким вот образом:



То есть "локальный прогресс" в некой области ВСЕГДА имеет форму логистической кривой. И на самом деле прогресс - это ЭВОЛЮЦИОННОЕ ДЕРЕВО. Когда мы так на него смотрим, мы видим эволюционное дерево как бы с боку. Необычно. Обычно на подобные деревья мы смотрим "сверху" (но надо его положить набок что бы корень был слева, тогда изометрия будет верной):


Но когда мы смотрим на это же "сбоку", то видим, что одна логистическая кривая - это одна ветка.  И сменяющая в гонке прогрессов технолгоия - на другой ветке.
Не важно чего это эволюция. Эволюция билогических видов? Эволюция тенологий?
Это всё один процесс. Форма существования Организованной Материи.
Я "религиозный" панэволюционист. Я даже Разум объясняю как эволюцию мемов и больше ничто.
 
Поэтому тут, в этой ДЕТАЛИ, у меня с вашей картиной (тем что вы пытаетесь мне донести) нет расхождения. Более того, я могу вашу картину дополнить своей, более богатой.

Но. Главный вопрос остаётся открытым. Хорошо. Мы имеем бесчисленное число "ступенек"- локальных веток рывков-локальных прогрессов. А если всё это теперь сложить в некую одну МЕТК-кривую? Построить ОБОБЩЕННЫЙ тренд? Кривую обобщающую все "ступеньки". Его форма какой будет?

Линейный рост?
Экспонента?
Логарифмическая кривая (почему бы и нет)?
Логистическая кривая тоже (то есть малое фрактально повторяется в большом)?

Я лично считаю последний ответ верным. И говоря о "контромотном" времени и отражённом прогрессе, я имел в виду не локальную ступеньку здесь и сейчас, а именно обобщающую общую ступеньку всего НТР прогресса включающую и изобретение каменного рубила, использование огня и, допустим использование чёрных дыр в народно-хозяйственных целях, ИИ и прочие постсингулярные чудеса типа наносаморепликаторов (допустим это возможно). То есть ВЕСЬ прогресс который мы будем иметь тоже имеет форму S-образной кривой, сигмоиды.
Если мы посмотрим биологическую эволюцию, то там именно так и было. Эволюция долго-долго "тормозила" и накапливала необходимую сумму технологий (тот же фотосинтез, эвкариоты) и потом в ней начался своего рода НТР. Кембрийский взрыв.  Квази-экспоненциальный рост числа видов. Но сейчас мы видим, что это никакая не экспонента. И в общем то потенциал развития земной биосферы тоже не бесконечен. Он постепенно выдыхается и скорей всего загибается на большую логистическую S-кривую. Хотя есть разные фантазии на этот счёт у учёных, но мало шансов, что если мы исчезнем с лика Земли (люди) то природа опять породит что-о подобное нам (разумное). Мы - единственный шанс перескочить на новую кривую (как это на самом верхнем рисунке) в мета-мета-эволюционной кривой всей вселенной. Если шанс упущен - всё. Биосфера выдохлась. Больше не сможет. Значит эта попытка провалилась продолжить мета-мета-эволюцию. У инфляционно-большой вселенной таких попыток очень много (зачем ей это? не спрашивайте. Мы видим процесс. Но цели его нам не ясны. Возможно цели и нет, но процесс - очевиден).

То есть. Вы (а так делают очень многие) ушли от ответа, рассмотрев ЧАСТНЫЙ, локальный случай.
Но вопрос был о прогрессе "на все времена".
Кронечно, можно спрятать голову в асфальт и сказать что движение небесных планид нам смертным неведомо, мол, мы так далеко не загадываем, мол, дурное занятие. Определённая мудрость в этом есть. Но на самом деле это хитрость простака, который сам себя пытается обмануть. Нет?
Образ будущено есть у каждого человека. Не может не быть. Это онтологическая константа без которой мировоззрение любого мыслящего существа не собирается (не работает).
Просто иные "простаки" его не вытаскиваю на поверхность.
Потому что если взглянуть на это интуитивно-скрытое даже от себя убожество ЧЕСТНО... будет жалкое зрелище! С этим ни в баню не сходишь ни детям не покажешь...
 

[Sergey E.]

  Как вы проблему с тепловой частью спектра решать будете?

Традиционно.

Вообще, термофотовольтаика работает не так, что сначала светим как квазиАЧТ, а потом из этой мешанины пытаемся что-то делать. Это мы с каким-нить Солнцем не можем ничего сделать - уж что есть, то есть. А вот в термофольтаике мы светящийся элемент делаем сами. И искажаем его спектр так, как нам нужно.
Для чего три метода: во-первых, селективное покрытие (краска), которое излучает только в нужном нам диапазоне, во-вторых, метаструктура из этого покрытия, чтобы не излучать в полный телесный угол, а максимально (к примеру) по нормали к поверхности, а в-третьих, всё это закрывается колбой (вакуумной) с брегговским зеркалом (многослойным), где разрешённая фотонная зона только в нужном нам диапазоне. Всё остальное будет отражено обратно на излучатель.

Всё излучение, что нам неудобно, максимально подавляется, что удобно - стимулируется (собссно, материал покрытия должен иметь удобные переходы, это технологии ещё 19-го века, когда калильные колпачки газовых фонарей начали покрывать оксидом тория с редкозёмами, чтобы света было больше).

С другой стороны - на фотопреобразователе - нам не нужно, как с солнечной батареей, гиперсложной 4-переходной наноструктуры с 4 типами (и ширинами ЗЗ) полупроводников. Нам не нужно перекрывать весь тепловой спектр, а только узкую его часть, выбранную нами.
Поэтому достаточно и оптимально иметь двухпереходный/двухзонный фотопреобразователь. Причём, за счёт лучшей направленности света отпадает не только многозонность, но и куча заморок с вводом излучения в полупроводник (почти как в идеальном для солнечной батареи случае, когда прямой свет падает на СБ строго по нормали).
За счёт интенсивности света получаем выше КПД (ну или как минимум, не такую прям сверхтребовательность к качеству гетероструктур). А за счёт узкополосности получаем высокий КПД (мало кто знает, но КПД обычной, из магазина солнечной панели на её "родной" длине волны в микрон-с-чем-то-там, ну соответсвующей ЗЗ кремний+трошки на термализацию - 70-80% запросто).

В итоге от тепла до электричества вполне реально получить процентов 50-70. Если конечно, нагреть достаточно, и уйти в преобразователе хотя бы в ближний ИК, а не мучаться с узкозонными ПП.

...
Что касается радиационной защиты, она должна быть реализована не "в лоб". "В лоб" полупроводники под "реакторными" потоками (порядка 1Е12-1Е14/см2) будут жить недолго и не весело, в лучшем случае часы, а куда скорее - минуты.

Поэтому фотопреобразователи должны находиться за надёжной защитой (допустим, теневой, а СБ - торцом к реактору), а свет на их плоскость должен попадать через (опять же, брегговские и селективные) зеркала.

Да, точно! Повернуть с помощью брегговских зеркал плоский лист фотоэлемента торцом к излучателю тепла. И торцом к межзвездной пыли. Вот и нет радиации нейтронов и фотонов.

[alex_semenov]

В итоге от тепла до электричества вполне реально получить процентов 50-70. Если конечно, нагреть достаточно, и уйти в преобразователе хотя бы в ближний ИК, а не мучаться с узкозонными ПП.

...
Что касается радиационной защиты, она должна быть реализована не "в лоб". "В лоб" полупроводники под "реакторными" потоками (порядка 1Е12-1Е14/см2) будут жить недолго и не весело, в лучшем случае часы, а куда скорее - минуты.

Поэтому фотопреобразователи должны находиться за надёжной защитой (допустим, теневой, а СБ - торцом к реактору), а свет на их плоскость должен попадать через (опять же, брегговские и селективные) зеркала.

Да... интересно девки пляшут...
Первая мысль как у того крестьянина перед паровозом: а лошадь куда запрягается?
То есть, в чем  термодинамический  весовой (роста энерговооруженности) потенциальный выигрыш?
Ведь как ни крути, тепловая машина есть тепловая машина. Лошадь она и есть лошадь! Хоть и сферический конь в вакууме...
То есть температура холодильника:



Пусть пик излучателя - ближний инфракрасный, пусть это 900 нм. Тогда согласно смещению Вина...



...температура нагревателя... гм.. 3220 K.   Не многовато для системы работающей столетиями?
Ладно. Идем дальше.
То есть, чисто теоренически, допустив общий кпд системы 50-70% температура холодильника у нас получается... 1600 - 960 K или 1330-690 С.
С одной стороны, смещение диапазона температуры нагреватель-холодильник резко улучшает надежду на повышение удельной мощности системы. Площадь радиаторов падает с четвертой степенью их температуры.
Но тут, казалось бы другая засада. Конечно, никакие полупроводники это не выдержат. Но заманчивая прелесть именно в брегговских зеркалах... Холодильником тут может служить по-сути зеркало (на самом деле и не оно тут холодильник). И ему на самом деле не надо даже так нагреваться. Зеркало часть пропускает, часть отражает, часть поглощает.Скажем 10%.  Только на то что поглотило и будет нагреваться. Хотя отразить 50-70%... Но почему бы и нет?
И это реальный ШАНС (а не получка не аванс...) на повышения удельной мощности (квт/кг).
Гм...
А ведь действительно интересно!
Одно плохо - температура реактора уж больно большая. Все-таки даже при 10 ктв/кг перелёт ионного звездолёта  к ближайшим звёздам займёт сотни лет (мы все эти извраты со "ступенями", "прилепить нос от Иван Иваныча, губы о Филип Филипыча", откидаваем как незрелый юношеский максимализм).

[Sergey E.]

3200 к нагреватель, 460 к радиатор, так как больше тонкопленочный панели не выдерживают. КПД в районе 17% в струе ионника. На сухую массу без учета веса ксенона равного весу ступени, 1 киловатт на кг. 370 лет без торможения, на радиоизотопах. 600 лет до системы Центавра с торможением реакторами.

[Vavanzer]

Для чего три метода: во-первых, селективное покрытие (краска), которое излучает только в нужном нам диапазоне, во-вторых, метаструктура из этого покрытия, чтобы не излучать в полный телесный угол, а максимально (к примеру) по нормали к поверхности, а в-третьих, всё это закрывается колбой (вакуумной) с брегговским зеркалом (многослойным), где разрешённая фотонная зона только в нужном нам диапазоне. Всё остальное будет отражено обратно на излучатель.

Интересно, что то подобное уже создано? Хотя бы в отдельных элементах и составляющих?
  Понятное дело, можно сферическим сфетофильтром с внутренним отражением "ядерную лампу" закрыть.

  Есть ещё подвох. На температурах 2000+ , и тем более за 3000К материал очень активно испаряется. Плюс радиоизотопная деградация структуры как самого "ядра", так и всего обвеса.
   Сильно сомневаюсь что такая система не точто 600лет,   Даже 60 и 6 лет в автономном режиме не отработает)))