Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Системе в целом не нужно работать 600 лет. Отработанную зону можно просто отстреливать и заменять. Там всё равно ничего ценного, зачем отработанное топливо волочь с собой?

Отработанное топливо ПРИДЁТСЯ превращать в рабочую массу. Да, это морока ещё та! Но другого выхода нет. Это в межпланетном ионнике доля горючего 0.000-дым десятых от доли рабочей массы. Можно с собой возить можно тупо выкидывать. Тут же горючее (источник энергии) будет составлять заметную или даже львиную долю от массы рабочего тела. Так что придется его рачительно утилизировать после отработки как рабочее тело тоже.
У Штерна, на ковчеге, во всяком случае, именно так. Там вообще нет никакого специально запасённого отдельного рабочего тела (потому что он перемудрил с параметрами корабля, взял слишком большую скорость истечения и взял слишком маленькое R, не оптимально).
Вы его опус читали? Там достаточно всё подробно описано. С конкретными цифрами-значениями (можно поймать на явных ляпах-ошибках, но они непринципиальны).
Ключевая идея реактора Штерна в чём?



Вы берете с двух концов в реактор (7) засовываете множество длинных (по 5 км каждый) стержней из U235.
С двух сторон друг другу на встречу. "Изюм" такого решение что в любом поперечном сечении количество перегоревшего и свежего топлива остается, как считает Штерн, одним и тем же. К концу своего движения в ректори стержни выгорают полность. Движение, кажется миллиметры в час. Надо уточнять. Когда они выгорают "в золу" (кажется в основном газ), которой и кормится некий особый "роторный электро двигатель" в виде чёрной дыры (тут он намудрил, но возможно и есть смысл, но только не в этой конструкции. Тут достаточно простых ионников) (1), который и тянет всю связку. Никакого бортового отдельно выделенного рабочего тела на ковчеге нет.
Хотя я не думаю что это разумно. Всё-таки оптимизируя ракету мы скорей всего получим, что часть рабочего тела должно быть в запасах именно как рабочее тело, а часть придется брать из продуктов деления. Да, это очень плохое рабочее тело. И придётся делать, видимо связку разных двигателей под разное рабочее тело. Но что поделать?
Я думаю, что идея встречных стержней - годная. Осталось заменить "бабочку" (энергетическую систему с классическими радиаторами ( на вашу концепцию с бреггавскими зеркалами и фотопреобразователями. Задача для "художника" как это должно выглядеть...

[MenFrame]

например, есть такая стратегия минимизировать Z конечного покрытия вакуумной камеры, и пофиг на всё остальное

Стратегия тут, в том что бы минимизировать потери на излучение, а это не только Z, но и эмиссия в плазму со стенки. Если бы углерод был таким идеальным, то использовали бы только его. Я уж молчу про то что дивертор планируют из вольфрама делать....а там Z мама не горюй.

[alex_semenov]

Стратегия тут, в том что бы минимизировать потери на излучение, а это не только Z, но и эмиссия в плазму со стенки. Если бы углерод был таким идеальным, то использовали бы только его. Я уж молчу про то что дивертор планируют из вольфрама делать....а там Z мама не горюй.

Э-э! Парни! Тема про энергетику, да еще термоядерную - на другой ветке. Тут же наклёвывается интересное решение, кажется...

[Sergey E.]

У меня при 1 киловатт на кг энергия 10 в двенадцатой и m*v*v/2 даёт скорость истечения 1400 км в сек( у вас получилось 3000 км в сек это при менее оптимальном соотношении когда газа меньше чем сухой массы - погрешности рассчёта)при оптимальном соотношении масс топлива и двигателя в равных пропорциях -импульс m*v и элементарно кинетическая энергия.

У меня не может быть ошибки. Мы тут несколько страниц назад, несколько человек более-менее независимо пришли разными путями к одним по-сути результатам при поиски отпимума абстрактной ракеты при перелёте на дистанцию L со скоростью истечения u , энерговооруженносью w и доле активного участка 0<x<1.
Можно зафиксировать u и w и искать локальный оптимум x (для данной дистанци L), как это делает Моисеев своим методом для своей термоядерной ракеты с фиксированной скоростью истечение (и это совпадает с моим расчётом).
Можно вообще найти глобальный оптимум для абстрактной ракеты при данном L и w, то есть оптимальные u и оптимальное x одновременно.
И секрета тут нет. Берите и пользуйтесь!
Время перелёта:

Тупо перебором находим экстремум, например:

Именно эти данные (из этой таблички, но подставляя в нее разные исходные данные) я вам и привожу здесь выше.
Ошибка у вас. И я не понимаю даже где. Что значит "при оптимальном соотношении масс топлива и двигателя в равных пропорциях -импульс m*v и элементарно кинетическая энергия" Это что за такой странный критерий оптимальности?
Где вы его взяли или как вывели?

33% ступени ксенон, 33% ступени сухая масса движка. Это оптимально так как если взять эти 66% и поделить на 13.2% газ и 53% сухая масса то получится как раз ваша скорость истечения в 3000 км в сек но часть удельного импульса передаваемая кораблю уменьшится в 2 раза(считайте это и поймёте что ошибки нет а просто скорость истечения можно значительно варьировать). Кроме того ресурс испаряющегося вольфрама, ионника и фотоэлемента ограничен где то на 30 лет а значит 5 Ти ступенчатая ракета разгон имеет только 150 лет а не весь полет, так лучше чем небольшая прибавка к скорости от более длительного разгона, и таким образом требуется больший импульс(больше тяга и меньше скорость)чем при более долгом разгоне.
1400 км в сек с десять в двенадцатой энергии(масса газа равна сухой массе как раз), элементарно m*v*v/2 и ни какой ошибки.
В синей зоне сверху справа 943 число , там скорость 1500 км в сек как раз, так что ни у кого нет ошибки)

[alex_semenov]

Быстро нарисовал пока было вдохновение:



Форма зеркал конечно же от балды. Как "художественный" глаз подсказал. Но идея ясна. Как можно более равномерно распределить отражённое излучение на два цилиндра термофотопреобразователей, которые окружают стержни с ураном, находясь в радиационной тени и торцами к направлению движения заодно. Сложность с зеркалами в том, что угол падения очень важен и тут он будет сильно меняться. В общем форма зеркала на самом деле задача на оптимизацию и недетскую. Приветствуются любые поправки.
Добавил еще и  фильтр Брегга -"колбу" вокруг реактора. То есть излучение проходит две фильтрации. На проход через "колбу" (всё что не прошло - вернулось назад) и на отражение (возможно несколько раз) от зеркала (всё что не отразилось - улетело в черноту космоса).  "Колба" нужна еще и  хотя бы для того чтобы собирать радиоактивные газообразные продукты деления.
Критика приветствуется.
 

[Проходящий Кот]

Корабль разгоняется влево?

[Sergey E.]

Корабль разгоняется влево?

Рисунок симметричный - влево или вправо.

[Проходящий Кот]

Продукты реакции идут вправо. А это уже не симметрия....

[Sergey E.]

Продукты реакции идут вправо. А это уже не симметрия....

Протоны межзвездной среды могут сносить в сторону нейтроны, но не фотоны, кстати но это нужно считать. На рисунке круглый фотоэлемент радиально симметричный(кроме стержней урана 235 а они не длинные, и повторюсь на стадии разгона можно использовать тупо уран 232) продукты реакции идут во все стороны только показано справа.

[alex_semenov]

Только сбросил и... свет вырубили.

Корабль разгоняется влево?

Вообще то в право (так привычней). Но схема симметричная поэтому может и влево и вправо.

Продукты реакции идут вправо. А это уже не симметрия....

продукты идут, по идее куда-то там к двигателям. А двигатель у ковчега Штерна - в носу (он это наверняка "спёр" у Кэмирона из "Аватара", сам Камерон спёр это у Charles Pellegrino и Jim Powell, и не только это. Но и эти не пионеры и они сперли идею у других... Первым в цепочке был вообще Годдарт. ). Тянушая схема же!
Всё, как говорит сам Штерн "на ниточках".
Вот тут корабль тоже ж летит слева на право:

Правда как он будет гигантские токи и рабочее тело подавать от энергетического блока (2) к тянущему (1) "по ниточкам"?  Там у него длина "ниточки" аж 7 км!
Но это мелочи. Я бы тяговые и энергетический блок объединил бы в один головной, ну а всё остальное как у него "на ниточках". Правда тогда 5-и километровые стержни 235-го пришлось бы толкать ... гм... надо думать.
Первая мысль. Посадить тяговый модуль на конец передних урановых стержней и пусть по мере того как стержни укорачиваются, тяговый модуль приближается к энергетическому. Тогда их соединят не ниточки, а мощная связка стержней. И между ними (по ним?) пустить и ток и провести магистрали подачи рабочего тела.
Там же на тяговом модуле надо хранить и запас чисто рабочего тела (натрия?)
Табличка из Перельмана "Двигатели галактических кораблей" 1962 год (ничего этого с тех пор не поменялось, как не странно. ):


Рис. 14. Зависимость скорости истечения рабочего тела от величины ускоряющего напряжения и массы частиц (пунктиром очерчена область целесообразного применении ионных двигателей)
1 — водород (μ=1); 2 — натрий (μ = 23); 3 — свинец (μ = 207); 4 — цезий (μ = 133); 5 — ртуть (μ = 200); 6 — уран (μ = 238)

Но по поводу того что отводится из реактора. Оно ведь чудовищно радиоактивное по-началу. И мне кажется там должен быть какой-то промежуточный отстойник для этого. То есть морока с использованием отработанного ядерного топлива как рабочего тела (а это же определённый спектр веществ, не один тип) - отдельная морока. И потом их всё же надо как-то разделить и желательно использовать как рабочее тело в разных двигателях. То есть набор тянущих ионных двигателей должен быть  своего рода "органчиком", настроенным на разные "ноты"-рабочее тело.

[Sergey E.]

33% газ 34 % след. Ступень, 7.5% топливо уран 235( при выгорании большей части урана) так что его необязательно использовать как рабочее тело. Т.е. либо зеркала, ионник,  радиозащиту всю испарять и использовать либо просто брать с собой ксенон и использовать только его, но тогда скорость на 27% меньше будет.
На 100 кг веса , 33 кг ксенона и 330 киловатт мощности в струе ионника на миллиард секунд работы.
Водород на 100 киловольт или натрий? Не знаю, я вообще думал
 Что будет использоваться ксенон

[Татарин]

Стратегия тут, в том что бы минимизировать потери на излучение, а это не только Z, но и эмиссия в плазму со стенки. Если бы углерод был таким идеальным, то использовали бы только его. Я уж молчу про то что дивертор планируют из вольфрама делать....а там Z мама не горюй.

То есть, Вы на полном серьёзе почему-то полагаете, что литий, бериллий и вольфрам более тугоплавки и устойчивы в вакууме, чем углерод.
Это удивительный факт из жизни, но это всё-таки про Вас, а не про углерод.

[alex_semenov]

так лучше чем небольшая прибавка к скорости от более длительного разгона, и таким образом требуется больший импульс(больше тяга и меньше скорость)чем при более долгом разгоне.

Извините. Вы несёте, как по мне, полную чушь.
За счет чего ваша оптимизация окажется оптимальней моей? Что я не учёл? Сбрасываемые ступени? Бред же! На самом деле отбрасываемая (просто) масса, это теряемая по-сути часть рабочей массы. Вводите коэффициент потерь и это по-сути вносит в формулу Циолковского поправку как УМЕНЬШЕНИЕ скорости истечения (со всеми вытекающими). Да и нафик нужны ступени если у вас рабочее тело (выбрасываемая масса) составляет 4 к 1 с постоянно остающейся (сухой массой или "массой пустой ракеты")?
Если вы возьмете 20 к 1, вы только ЗАМЕДЛИТЕ свой полёт. Удельная мощность у вас одна и та же? Значит отбрасывая больше (в секунду) вы вроде как тягу создали больше и ускорение... а вот ускорение - хрен! Вы же ускоряете в 20 раз (в начале) больше!
В общем. Чего мы спорим?
Вся моя математика тут на виду. И там НЕТ ОШИБКИ. Это уже несколько разных людей проверили.
Эти ваши короткие реплики с цифрами... Нечего на язык пинять.  Штерн тоже говорит запинаясь. Но я его понимаю вполне ясно и конкретно.
Давайте так. Ваша ракета.
Масса на старте (всей ракеты) - сколько? кг
Масса рабочего тела (чисто рабочего тела, "газ" вы его называете?) - сколько? кг
Масса заправляемого в реакторы урана-топлива- сколько? кг
Сухая масса ракеты - сколько? кг
Если это у вас ступенчатая схема, давайте расписывайте теперь всё то же по каждой субракете -ступени.
Разумеется укажите массу полезной нагрузки. То есть то что прилетает к цели.
Что вы делаете с отработанным ядерным топливом?
Это тоже важно понять.
Вы так и не сказали куда вылетите, и как. У вас перелёт? Дистанция? Она ведь ВСЁ МЕНЯЕТ (в моём расчете именно так). Профиль траектории. То есть вам надо разогнаться, потом вы летите по инерции и в конце тормозите. Так?
Можете ВНЯТНО описать профиль, траекторию полёта?
Мне например надо садиться и всё это для каждого отдельно тут указанного мною  случая считать (я просто знаю что это всё хорошо чётко считается). Но все эти случаи у меня совершенно идентичны по условиям. Это перелёт одноступенчатой ракеты. Без извратов. Формула выше всё содержит!
Какая у вас пиковая скорость, например?
Какую часть дистанции у вас разгон? Какую торможение? Какую часть времени всего полёта разгон, инерционный полёт, торможение?
Как вы можете получить ситуацию лучшую, чем дает моё поле оптимизации?
Ума не приложу!
Ступенчатость добавили?
Ступенчатость не дает никаких выигрышей по сравнению с одноступенчатой ракетой, если я могу одноступенчатой ракете ОТ БАЛДЫ (пока мы играемся с сферическим конём в вакууме) назначить какое угодно совершенство конструкции. Понимаете? А я это МОГУ делать чисто теоретически при абстрактной оптимизации и именно это делаю. Но мне это и не надо делать в итоге. Потому что глобальный оптимум не в районе R=30, скажем, а в районе R=5. И не надо тянуть сову на глобус уже и придумывать ступени.
И не мельчите. Сядьте и напишите полное детальное подробное описание своей миссии. С цифрами. Не огрызками цифр.
Вы что, одним пальцем набираете? Поэтом так коротко и мутно?
А то возникает подозрение, что вы нас тут просто тролите так тонко.

На 100 кг веса , 33 кг ксенона и 330 киловатт мощности в струе ионника на миллиард секунд работы.

То есть рабочее тело лишь 33% от стартовой массы? 66% - это сухая масса ракеты?

Водород на 100 киловольт или натрий? Не знаю, я вообще думал
 Что будет использоваться ксенон

Ксенон - ТЯЖЕЛЫЙ газ. И его используют на МЕЖПЛАНЕТНЫХ и маневровых орбитальных ионниках, потому что там нет необходимости иметь предельно большую скорость истечения. Там идеал 30-50 км/с. Они примерно это там и имеют 50-70. Холовские ионники например. То есть, для межпланетного ионника проблема не повысить скорость истечения (как у термических ракет) а именно ПОНИЗИТЬ. Тогда они улучшают и без того мизерную тягу при имеющейся мощности тока.
Поэтому ищется подходящий тяжелый газ, который хорошо ионизируется и хранится.
Но если вы переходите к скоростям истечения за 500 км/с за 1000 км/с, то вам лучше взять рабочее тело с молекулярной массой полегче, потому что у вас сильно растут напряжения на сетках. И для предельной скорости истечения в 10 000 км/с вам вообще лучше бы водород. Хотя это очень дрянная, в смысле хранения, рабочая масса. Хуже не придумать. Поэтому, лучше натрий или там литий. Можно бор попробовать.
Плохая ионизация (морока с ионизацией) имеет мало значения, потому что в сравнении с разгоняющими токами у межзвездных ионников, затраты на ионизацию отступают на задний план. Хотя да, это - дополнительные трудности.

[Sergey E.]

Ну какой троллинг когда я уже 3 года пытаюсь разработать межзвёздный движок. Пробовал парусник на америции 242м - медленный и нет ещё в таблице Менделеева нужного элемента заменяющего амереций более мощно. Пробовал косм. Инфраструктуру лазерного парусника - лёгкий парусник и огромная конструкция. Пробовал виверн джет - запутался в физике плазмы+ огромное механическое напряжение от электромагнитного поля+ третий том Ландау так и лежит не осиленный мною(а вот главную мысль первого тома что симметрии пространства времени рождают законы сохранения импульса момента импульса и энергии я усвоил . Гравитация Уиллера Торна мне только доказала что Гравитация есть=) на практике тензоры не использую((.)Пробовал affre - понял что идея шизанутая практически ее не реализоватт. Бомболет - дорого и взрывоопасно. Я на работе с телефона пишу. Вечером все изложу. Скорость истечения все же будет не меньше 2000 км в сек. Но вот по поводу переплавки и испарения конструкции у меня явно вопрос. Похоже больше на фантастику. Получаются разные атомные массы газа при испарении - в разные по вольтажу ионники их что ли пихать? По тому я и пришло к конструкции с 5 ю ступенями в которых часть веса - источник света переходит в следующую ступень.

И какой может быть троллинг когда все просто- машины переходят с механики на электричество(Тесла мобиль) и косм. Двигатели с реактора нуклон- Зевс -- механика на фотоэлементы - электричество. Просто доказательство по аналогии хоть это и слабый тип доказательства.
Да топливо видимо литий.

[Sergey E.]

Стратегия тут, в том что бы минимизировать потери на излучение, а это не только Z, но и эмиссия в плазму со стенки. Если бы углерод был таким идеальным, то использовали бы только его. Я уж молчу про то что дивертор планируют из вольфрама делать....а там Z мама не горюй.

То есть, Вы на полном серьёзе почему-то полагаете, что литий, бериллий и вольфрам более тугоплавки и устойчивы в вакууме, чем углерод.
Это удивительный факт из жизни, но это всё-таки про Вас, а не про углерод.

В качестве замедлителя и отвода тепла с реактора здесь нужен берилий так как у него теплопроводность 200 а у углерода 1.59. или ещё большая температура и алмаз либо графен так как они имеют предельную теплопроводность в 6000 ватт на м*к.
Если реактор маленький то можно обойтись и берилием. А для крупного нужен углерод в нестандартной форме.

[MenFrame]

То есть, Вы на полном серьёзе почему-то полагаете, что литий, бериллий и вольфрам более тугоплавки и устойчивы в вакууме, чем углерод.

Я не чего не полагаю, так пологают термоядерщики, планируя берилий в первой стенке, вольфрам в диверторе, а литий иследуют как перспективный материал для первой стенки.

Это удивительный факт из жизни, но это всё-таки про Вас, а не про углерод.

Это скорей факт о вас, раз вы решили что я что то пологаю.

либо графен так как они имеют предельную теплопроводность в 6000 ватт на м*к.

Ну так графит и есть графен.

[Sergey E.]

либо графен так как они имеют предельную теплопроводность в 6000 ватт на м*к.

Ну так графит и есть графен.

Точно.

[alex_semenov]

Первое что  беспокоит - сама "нить накаливания"
Вот тут сказано про карбид урана. Лучший показатель у UC₂. Температура плавления 2500 °С, кипения  4370 °C.
У оксида урана UO₂ ситуация лучше всего. 2875 °C - температура плавления.
В общем то оксид даже почти попадает в идеал. Плавится при 3148 К. То есть 2500 -3000 К по идее должен держать!
У чистого, металлического урана температура плавления всего 1405,5 K
У Оксида урана кислород составляет 12% массы соединения, у карбида 9%. В принципе терпимо. Можно потом эти газы использовать как рабочее тело тоже.
Собственно...

То есть. С нитью накаливания по-идее всё должно быть в порядке.

Что интересно?
Паразитным светом является, я так понял... видимый свет, так?
То есть в какой-нибудь космической колонии такой вот реактор может быть просто "лампочкой" всеобщего освещения. Тепловое излучение вырезается для перекачки в ток, а видимый спектр весь оказывается тоже утилизированный.
Конечно гамму и нейтроны от реактора надо будет как-то гасить. Что есть большая  ложка дёгтя в этой бочке мёда.  Но опять же, можно воспользоваться зеркалами (направляя видимый свет куда надо).
Особенно ценно это могло быть для корабля поколений.... Нет?
Смотрите.
Тут так и напрашивается этакая "гантель" километровой-двухкилометровой длинны. Она вращается вокруг центра массы, создавая маленькую исскуственную планетную систему. На  одном конце -  исскуственная "планета" - жилой модуль, на другом - реактор - искусственный "красный карлик", который светит (через зеркала) на планету, обильно поливая ее "паразитным" светом из реактора.
Цвета каления стали:

Но это, скорей всего не совсем точно.
В общем красный карлик спектрального класса M4-M5. Недавно Вика нас на другой ветке убеждала что мы в общем то такое освещение будем считать даже более комфортным чем солнечное. И это может снять кучу проблем с организацией замкнутой биосферы на борту.

[Проходящий Кот]

Так и до бублика Курилова  дойдете, с чего начинался данный топик.

[alex_semenov]

Так и до бублика Курилова  дойдете, с чего начинался данный топик.

Бублик был не Курилова. Бублик был мой.

У Курилова было похитрей. И у него вообще был корабль-мир. Корабли-миры это совсем другой класс кораблей.