Двигатель для межзвёздных перелётов

[Татарин]

Кстати о лампочках и люминофорах... Что если увеличить КПД фотоэлементов, преобразуя неким образом короткий диапазон люминесценцией в красный? Какие то фильтры, делители, отражатели и тп с разными покрытиями использовать!?
Это актуально например для отражательного парусника, в качестве той же первой ступени, для разгона вблизи Солнца.

С этим очень много игрались, но дальше лабораторий дело не пошлО. Напрямую с "обычными" СБ смысла сейчас нет: дополнительный переход сделать выгоднее. Проблема в КПД преобразования света в свет. Потери на термализацию в обычном люминофоре (или люмогене) по сути такие же, как потери на термализацию в переходе.

То есть, вся идея имеет смысл только в двух случаях:
- полупроводник или его покрытие по каким-то своим причинам очень плохо поглощает коротковолновое излучение (это вот характерно для модных в своё время "пластиковых" СБ "оксид титана+краситель или квантовые точки"),
- либо в случае ну очень большой разницы и возможности разменять "большой" квант на два "маленьких", в аккурат под ширину ЗЗ.
И это не то чтоб прям вот совсем просто и дёшево: люминофор должен иметь очень приличную оптическую толщину (как результат - и обычную толщину в десятки сотни мкм) чтобы хотя бы хорошо поглощать свет, потом он должен иметь высокий, практически идеальный квантовый выход... и даже так получается не очень (сложно заставить его излучать именно вот в сторону перехода).

Правда, была ещё серия очень интересных работ с оригинальным подходом: из оптически плотного люминофора зажатого между менее плотным стеклом делался волновод под длину волны переизлучаемого света, а на торцах стояли фотопреобразователи на эту длину волны. Идея такая - люминофор светится, но светиться ему куда-то не вдоль волновода запрещено, этот кусок к-пространства закрыт. Плёнка люминофора очень тонкая, поэтому бОльшая часть света высвечивается под углом полного отражения и больше никуда из волновода деться не может, пока не дойдёт до торцов конструкции, а там её уже встречают.
Идея была в том, чтобы забирать из стёкол полностью УФ (не короче 300нм, как натрий-силикатное оконное стекло, а короче 400, всё выше видимого света), который всё равно в комнате скорее вреден.
Но у них не сложилось (как и у многих "альтернативных" очень красивых и интересных "солнечных" технологий - в какой-то момент простые и "тупые" кремниевые СБ улучшились и подешевели настолько, что всё остальное практически вымерло; даже когда-то промышленные технологии вроде CdTe сейчас почти мертвы).

...
В космосе всё это не нужно.

Для космоса сейчас можно "не думать, а трясти" - нитрид-арсенид галлия-алюминия и много-много переходов. 4 было? Ну, можно сделать 5, сейчас вот пробуют. Плюс теплоотвод, плюс небольшая концентрация и оттачивание мелочей - ввод излучения, качественный отвод тока, низкие потери на переходах, качество структур, вот всё это.
Это практически идеальная технология для космоса - радхард, высокий КПД, офигенно малый удельный вес, надёжность, и если есть бабло, то нужно просто фигарить арсенид-галлий квадратными метрами и ни о чём не думать.
Цена-то за ватт для космоса не очень-то играет.

[Татарин]

Татарин, и вы предлагаете как Равлик повесить всё-таки нагретый реактор на нитях?
Гм...
А сами нити МЕЖДУ чем натянуть? Толстыми железными прутами работающими на сжатие?

Да, между фермами.
Теплопроводность минимальна, устойчивость максимальна. То, что нужно.

Это типа попытка поставить паруса на магнитных мачтах. Используя раздувание и расталкивание двух токовых петель.
Ну разве что так подвесить и реактор?

Так ведь магнитный подвес сам по себе неустойчив. Нужна либо активная стабилизация, либо... ну опять же нити.

[Татарин]

Геометрию конструкции можно выбрать такой, что мутность поверхности не повлияет сильно

  Мутноть , которая не влияет сильно, это вообще "высший пилотаж" инженерной мысли 21века!)))) Особенно если металлами и пр дрянью покроется...
  Таким макаром можно не мыть окна, фары, не протирать солнечные панели и люстры, не мыть телескопы, да и снег с солнечных панелей тоже можно не убирать! Да что там, в пасмурную погоду они должны выдавать столько же , сколько в ясную !))))

Ну, зеркала при должной геометрии дают выигрыш по сравнению с чисто белым покрытием лишь в десятки процентов.
Мутность зеркала и мутность прозрачной конструкции - суть принципиально разные вещи.

Не вижу причины ёрничать. А повод, конечно, шутом поработать всегда найти можно.

[Татарин]

А у нас полёт - столетия.

   Мне вот идея с экспериментом с печкой , которая час назад тут пришла, оч понравилась. Я давно размышлял о прямом преобразовании тепла в электричество с орошим КПД, без вращающихся генераторов и турбин. А тут готовый вариант, для бытовых и космических нужд!)
 Берём печку из тугоплавких материалов, закидываем туда дрова, или уголь, или подаем жидкое или газообразное топливо, продуваем воздухом, под давлением в камере сгорания. Ну и вокруг шатер из фотоэлементов! Мне оч нравится эта идея. Тепло лишнее утилизируем в различных целях - отопление к примеру.

Изотопную же версию можно прикинуть тоже. Хотяб на тех же обычных самораспадающихся изотопах, как в ритегах. Но, с защитными слоями , и у ядра и у фотоприемников. Авось прокатит. Но это уже надо в Росатоме изобретать, а не в гараже))))

В гараже не выйдет ничего. Не то, чтоб "выйдет плохо", а вообще ничего не будет.

Термофотопреобразование - это тяжёлый хайтек.

Начиная от селективных покрытий и зеркал, заканчивая заточеными под длинноволновый ИК фотопреобразователями.
И там куда ни ткни, везде очень много продвинутой физики, не только технология. Люди работали над этим годами. Очень умные люди с хорошей материально-технической базой.

[Vavanzer]

Не вижу причины ёрничать. А повод, конечно, шутом поработать всегда найти можно.

   Дело не в шутовстве. Я  сознательно занял противоположную позицию, чтобы как можно больше подробностей выявить, возможных проблем. Тк всяттехникп именно так и создается, через стресстесты, теоретические испытания и обоснования.
А просто мечтать без проработки проектов и верить в чудю - пустое дело

[Vavanzer]

Мутность зеркала и мутность прозрачной конструкции - суть принципиально разные вещи.

Суть одна - поглощение света и ИК. И как результат - перегрев фотоприемников и потеря драгоценного КПД...

В гараже не выйдет ничего. Не то, чтоб "выйдет плохо", а вообще ничего не будет.

  Все как раз с гаражей, сараев и подвалов начиналось. Хоть Харлей Девидсон, хоть первые шаги в ракетотехнике С.П. Королева.

Да и сейчас никому не мешает приобрести фотоэлементы, и соорудить тепловой высокотемпертурный  иточник и испытать идею. Это уже первый реальный шаг.

[Vavanzer]

Теплопроводность минимальна,

  Да, еть только одно но...
Нити держат светящийся обьект, излучающий большую плотность светового и теплового потока. Т.е фактор теплопроводности на большей части нити вообще ничего не решает.
Во вторых, полно материалов  с очень низкой теплопроводностью. В тч и пористых решений из них, и различных форм самого крепежного элемента...
В третьих, в точках непосредственного контакта можно сокращать площадь до минимума, использовть прокладки и пр варианты. Вплоть до того, то сама контрукция упоров может быть частью силовой схемы реактора и орабля, а не паразитной массой.

[alex_semenov]

Это практически идеальная технология для космоса - радхард, высокий КПД, офигенно малый удельный вес,

Какую бы энерговооруженность инонику вы бы допустили при данной технологии?
Ну аппараты типа "Нуклон", это ~ 30 ватт/кг, электрических ватт на массу собственно "голого" буксира (без полезной нагрузки).
Во сколько раз у такой системы, что мы тут пытаемся вообразить, по вашему может быть лучше удельный вес (или наоборот удельная мощность)?
В разы? 10 раз? 100 раз?

[Sergey E.]

А черт с ним с испарением карбонитрида гафния, пусть без всякого ксенона улетает в космос) так вредные примеси не будут оседать на самих фотоэлементах,  а зеркала заменим на другие если они затуманятся им, к тому же на одну установку на 300 квадратных метров фотоэлементов испарятся за 30 лет не более 30 грамм, хотя повторюсь точной инфы по скорости испарения карбонитрида гафния у меня нет.

[Татарин]

Суть одна - поглощение света и ИК. И как результат - перегрев фотоприемников и потеря драгоценного КПД...

Нифига. Нарушение поверхности зеркала даёт не поглощение, а рассеяние. Потеря света и КПД, конечно, неизбежна, но это разных порядков проблемы.

  Все как раз с гаражей, сараев и подвалов начиналось. Хоть Харлей Девидсон, хоть первые шаги в ракетотехнике С.П. Королева.

Да и сейчас никому не мешает приобрести фотоэлементы, и соорудить тепловой высокотемпертурный  иточник и испытать идею. Это уже первый реальный шаг.

Ну, тут надо как бы понимать, что именно начинается. Светодиод Лосева сейчас, наверное, можно сделать и в гараже, но кому сейчас нужен светодиод Лосева? Он уже сделан 100 лет назад. Если сейчас кто-то захочет улучшить светодиоды, ему придётся иметь дело с современным уровнем, отталкиваться от него чтобы идти дальше. А это требует негаражных знаний, технологий, оборудования и т.п.

В гараже можно сделать только то, что можно сделать в гараже. Фотопреобразователь на узкозонном полупроводнике в гараже можно сделать только если превратить гараз в лабораторию, утыканую недешёвым оборудованием так, что пройти будет негде. Самый простой вакуумный пост - на 20-30 тысяч нерублей потянет. Ну или можно уложиться в полмиллиона рублей, если найти советский со свалки и восстановить.

И "проверять идею" незачем. Всё проверили, есть масса публикаций, идея не самая популярная, но люди над этим работают.
Принципиально идея работоспособна, вопрос в деталях и конечных параметрах, которые можно из идеи выжать.

[Татарин]

Это практически идеальная технология для космоса - радхард, высокий КПД, офигенно малый удельный вес,

Какую бы энерговооруженность инонику вы бы допустили при данной технологии?

Но я тут писал о арсенид-галлиевых солнечных батареях. Вы точно меня верно поняли?

Рекорд сейчас порядка 12кг на киловатт при КПД 44%.

[alex_semenov]

Рекорд сейчас порядка 12кг на киловатт при КПД 44%.

Гм.. Ну это ~80 ватт/кг
Да, это в разы лучше чем то что РОСАТОМ еще только планирует на ТЭМ (~30 ватт/кг) но это по-сути на 2 порядка хуже чем то что мы хотели бы получить для нашего межзвёздного зонда ( ~8 000 ватт/кг)

Уточняющий вопрос. А рекордные 12 кг/кВт были получены при какой мощности самой установки?
Суть ведь в чем? Размер (абсолютная мощность) имеет значение. В чём плюс больших установок еще по сравнению с множеством маленьких?
Чем выше мощность самой энергоустановки тем выше ее удельная мощность (ватт/кг) или ниже удельная масса (кг/квт).
Вот например:



Цикл Ренкина (как не странно) теряет удельную массу с ростом мощности лучше всего. И согласно этому графику при 1 мегаватте электрической мощности он пересекает границу в 10 кг/кВт. То есть для него вроде как достижима удельной мощности в 100 Вт/кг.
Если про экстраполировать этот график, то при  мощности  установки в 1 ГВт мы можем даже помечтать о ~500-1000 ватт на кг.
Я рассчитывал, что избавившись от массивного теплоносителя, используя в тепловом цикле лишь фотоны мы можем (скажем при том же ГВт) и кпд ~50% на термофотопреобразователях получить ну на порядок большую удельную мощность.
Ясно что это "логарифмический оптимизм"
Но мечтать не вредно. Вредно не мечтать.
Зря? Дурные надежды?

[Vavanzer]

Нифига. Нарушение поверхности зеркала даёт не поглощение, а рассеяние. Потеря света и КПД, конечно, неизбежна, но это разных порядков проблемы.

Мда... Без коментариев.  Даже обьяснять не хочется...
Речь не о нарушениях, а о затемняющих напылениях, которые усилят поглощение тепла и света...

Светодиод Лосева сейчас, наверное, можно сделать и в гараже, но кому сейчас нужен светодиод Лосева? Он уже сделан 100 лет назад. Если сейчас кто-то захочет улучшить

Начните хотябы со "светодиода Лосева".: И тогда множество фантазий отвалится автоматически!)

В гараже можно сделать только то, что можно сделать в гараже.

Хотя бы в гараже. Но действующую модель, дажетааию примитивную.  Даже на это почти никто не решается... Сколько я уже встречал всяких смелых решений, ноу хау и тп, но дальше теорий и мечтаний не продвинувшихся, на протяжении 20 лет... При  том что вложения микроскопические требовались...

Фотопреобразователь на узкозонном полупроводнике в гараже можно сделать только если превратить гараз в лабораторию, утыканую недешёвым оборудованием так, что пройти будет негде.

  И чем вы будете ее утыкивать!?)  Для начала достаточно небольшое количество вполне доступных датчиков. Компьютер и немножко мозгов, чтобы правильно обобщить данные, и от них дальше " плясать"!)))

Об узкозонном фотоприемнике пока речь не идет. Речь именно о широкополосном, охватывающем максимально возможный ИК диапазон, излучаемый центральным источником энергии. Кстати, доступный стоковым панелям.
Про защиту от радиации речь пока не идет, тк источник для начала вполне обычный.

[Vavanzer]

Суть ведь в чем? Размер (абсолютная мощность) имеет значение. В чём плюс больших установок еще по сравнению с множеством маленьких?

Суть во многом.
Хотя бы в оом, что в куче маленьких установок, тетчоотвнутри этого скопища, будут перегреваться неусвоенным теплом, в отличие от внешних.
Много контролеров, вспомогатешьных устройств
Плюс только в том, что внешний обьем будет меньше (всей совокупности установок по српвнению с одной сферой). Эффект микро пористого материала, имеющего большую площадь.

[Vavanzer]

Я рассчитывал, что избавившись от массивного теплоносителя, используя в тепловом цикле лишь фотоны мы можем (скажем при том же ГВт) и кпд ~50% на термофотопреобразователях получить ну на порядок большую удельную мощность.
Ясно что это "логарифмический оптимизм"
Но мечтать не вредно. Вредно не мечтать.
Зря? Дурные надежды?

Все это надо испытывать в реальных экспериментах. Достаточно примитивных по своей сути.
Надо всего лишь осветить солнечную панель потоком, в разы-десятки раз превышающем обычный солнечный поток в ясный день. Любым источником света. Хоть зеркалами от солнца, хоть пожекторами, хоть костром))) И измерить температуру и выдаваемую мощность на единицу площади и массы)))

[Vavanzer]

Я рассчитывал, что избавившись от массивного теплоносителя, используя в тепловом цикле лишь фотоны мы можем (скажем при том же ГВт) и кпд ~50% на термофотопреобразователях получить ну на порядок большую удельную мощность.
Ясно что это "логарифмический оптимизм"
Но мечтать не вредно. Вредно не мечтать.
Зря? Дурные надежды?

  Так и получится. Вместо теплоносителя и турбины - лучевой перенос. Вместо генератора - фотоэлемент. Система просто обязана жить!
Избыточное тепло можно пустить на испарение и предварительный нагрев рабочих газов. Т.е охлаждать фотоприемники  тем самым, еще больше увеличивая КПД системы. Добавить  еще тонкие термо элементы в некоторые места с большим контрастом температур.

[Татарин]

Уточняющий вопрос. А рекордные 12 кг/кВт были получены при какой мощности самой установки?
Суть ведь в чем? Размер (абсолютная мощность) имеет значение. В чём плюс больших установок еще по сравнению с множеством маленьких?
Чем выше мощность самой энергоустановки тем выше ее удельная мощность (ватт/кг) или ниже удельная масса (кг/квт).

Это для киловатт.

И, к сожалению, для солнечных батарей зависимость обратная - чем больше мощность солнечной батареи на космическом аппарате, тем больше масса удерживающих конструкций и систем развёртывания. Чем мощнее солнечная установка - тем хуже удельные характеристики.
По меньшей мере пока это так.


Вот например:



Цикл Ренкина (как не странно) теряет удельную массу с ростом мощности лучше всего. И согласно этому графику при 1 мегаватте электрической мощности он пересекает границу в 10 кг/кВт. То есть для него вроде как достижима удельной мощности в 100 Вт/кг.
Если про экстраполировать этот график, то при  мощности  установки в 1 ГВт мы можем даже помечтать о ~500-1000 ватт на кг.
Я рассчитывал, что избавившись от массивного теплоносителя, используя в тепловом цикле лишь фотоны мы можем (скажем при том же ГВт) и кпд ~50% на термофотопреобразователях получить ну на порядок большую удельную мощность.
Ясно что это "логарифмический оптимизм"
Но мечтать не вредно. Вредно не мечтать.
Зря? Дурные надежды?
[/quote]

[Татарин]

Начните хотябы со "светодиода Лосева".: И тогда множество фантазий отвалится автоматически!)

Каких фантазий? У меня их и не было.

Хотя бы в гараже. Но действующую модель, дажетааию примитивную.  Даже на это почти никто не решается...

? Давно сделано. Зачем делать то же самое (только хуже) у себя в гараже? Нужно делать то, что лучше имеющегося.
А на этом направлении совершенствование уже требует серьёзных усилий и оборудования.

  И чем вы будете ее утыкивать!?)  Для начала достаточно небольшое количество вполне доступных датчиков. Компьютер и немножко мозгов, чтобы правильно обобщить данные, и от них дальше " плясать"!)))

Чтобы ЧТО?
Данные можно обобщить из общедоступных публикаций по термофотовольтаике. Это не некая абсолютно новая идея, тут уже копали, и даже местами толкались на раскопках. Вообще - Гугл в помощь, но если интересно, могу показать.

Об узкозонном фотоприемнике пока речь не идет. Речь именно о широкополосном, охватывающем максимально возможный ИК диапазон, излучаемый центральным источником энергии. Кстати, доступный стоковым панелям.
Про защиту от радиации речь пока не идет, тк источник для начала вполне обычный.

? Не говорите чуши, пожалуйста. Посмотрите достижимые температуры, посмотрите спектр АЧТ для них. С бытовыми источниками тепла и с кремнием (~1.2эВ ЗЗ) не о чем говорить вообще. Аналогично CdTe или другая массовая технология: они все же заточены именно на наше конкретное Солнце.

Для Солнца - да, кремний почти идеален. У Солнца квантовый максимум (по количеству квантов, а не по полной энергии полосы) - около 1мкм. Но даже для ацителеновой горелки квантовый максимум будет уже вдвое ниже.

Кремнию тут ловить почти нечего даже с ацителеновой или водородной горелкой.

[Татарин]

Все это надо испытывать в реальных экспериментах. Достаточно примитивных по своей сути.
Надо всего лишь осветить солнечную панель потоком, в разы-десятки раз превышающем обычный солнечный поток в ясный день. Любым источником света. Хоть зеркалами от солнца, хоть пожекторами, хоть костром))) И измерить температуру и выдаваемую мощность на единицу площади и массы)))

Вот это как раз совершенно дурное экспериментирование.

Эксперимент должен ставиться в двух случаях:
- либо чтобы задать Природе конкретный вопрос, ответ на который неизвестен,
- либо задать вопрос, ответ на который нужно уточнить до абсолютной уверенности, чтобы двигаться дальше. В общем, апробация некой по расчётам рабочей фиговины.

Смысла ставить эксперимент с заведомо нерабочей фиговиной, причём, ещё и в условиях далёких от рабочих, нету совсем.
Я и так скажу, что с кремнием и костром всё будет плохо: у костра видимого света и полезного спектра - крохи, а дальнего ИК, который будет прилично поглощаться на ITO-покрытии - дофига. Если кто хочет проверить, отговаривать, конечно, не буду...
...но смысла нет.

[Татарин]

Свинец тут был просто как пример скорости внедрения чего-то нового в атомной отрасли. Хоть чего-то.
Вот - просто переход на другой металл. А он занял десятилетия и десятки миллиардов рублей (уже! а никакого гражданского реактора ещё не построено).

  Таких разработок нынче море. Не внедряемых, а так же просто вяло продвигаемых ради финансовых спекуляций и хайпов.

Свинец - очень активно разрабатываемая технология. Затраты на неё по миру (не только в России) исчисляются уже миллиардами.

Просто атомная отрасль сейчас - очень сложная.
Это примерно как с медициной: сделать коляску с моторчиком, в которой может ездить человек, сейчас может школьник на деньги, сэкономленые на завтраках.
А вот сделать инвалидную коляску и провести её через сертификаци (ну, по меньшей мере, в ЕС), чтобы её можно было продавать и именно как инвалидную коляску, может только серьёзный завод, и затраты там будут многомиллионные.