Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

На картинке десятикратный обман. Для солнечного парусника предел 0,001...0,002c. Для точности нужно очень сложно считать с учётом спектральных характеристик алюминия в зависимости от температуры и толщины, возможно с тонким дополнительным покрытием обратной стороны для излучения ИК. Чистый алюминий поглощает ИК средней области во много раз меньше солнечного излучения, а потому ИК не излучает и не охлаждается. Уже на орбите Венеры парус расплавиться. Какое-нибудь кобальтовое покрытие с обратной стороны толщиной несколько десятков нанометров смогло бы излучать ИК на уровне половины от чёрного тела, чтобы можно было начинать разгоняться при большей освещённости ближе к Солнцу. Но это лишь в пару раз увеличит скорость из-за одновременного увеличения массы.

График, где речь идет об алюминий тут взят "для примера" из этой работы.
А параметры зонда просто содраны из приложения в конце этой работы.

Ясно что зонд не будет из алюминия. Ясно что это будет некая НАНОструктура (на основе углерода? нанотрубок?) и тугоплавкая и зеркальная в нужной мере (каждый сантиметр квадратный который будет  страшно дорог), которая будет за одно нести и распределённую полезную нагрузку на себе (вычислитель фазированная пассивная и активная система датчиков, энергосистема, скорей всего изотопная, а возможно истоником энергии будет набегающий на парус поток водорода или даже и пыль). То есть у паруса нет строп и сосредоточенной где-то массы. При тех ускорениях полезная нагрузка может быть только распределённой. И ее создание - это еще один вызов.
Ещё тонкость.
Столь тонкую структуру не получится раскрыт просто так (а это надо делать быстро). Её придётся нанести на более тяжелую испаряющуюся (под ультрафиолетом?) подложку, которая быстро раскроется ( когда окультер-носитель пройдет перигелий) и плавно испарится не нарушая структуры паруса (да эта подложка может дать еще и импульс, но он будет мизерным).
Это - самое сложное.  В обшем нужен промежуточный тяжелый но крепкий парашют-парус, который быстро раскроется как парашют.

Торможение у звезды никак не зависит от способа разгона. Оно должно быть магнитным полем об звёздный ветер.

А надо ли тормозить? Ну что такая медуза в 300 грамм может там делать на орбите?
Такой зонд хорош...

1) Как символ. Запустить к дате.



2) как исследование технологии и испытание материалов.

3) как исследователь межзвездной среды. Если паутина реально пролетит (не сотрётся по пути) сквозь световые годы... Но в любом случае такой зонд  соберёт ценную информацию о межзвездной среде. Прежде чем туда полетит что-то серьезное надо запустить туда что-то подобное. Даже если оно пролетит пол дистанции это уже результат.

4) Если повезло и цель достигнута, то как пролётная миссия у А. Центавра, которая ну явно принесёт лучшие фото, чем самый лучший интерферометр тут у нас. Яркий пример - миссия "Новый горизонт" и Плутон. Это если миссия выживет. Можно же так послать несколько один за другим...




5). Я явно что-то упустил. По сути это же глаз такого размера (фазированная антенна-датчик) и такой же передатчик. То есть тут можно и гравлинзирование вспомнить на 100 а.е. И параллаксы (снятые с большей точностью) по пути... Тут можно набрать огромны пакет ценных задач, не столь броских на первый взгляд.

В чём тут цимис?
Тут нет разгонных лазеров. То есть миссия - тонкая и компактная.  И в общем-то недорогая. Будь у нас нужный материал и нано-технологии (для зеркала и распределённой аппаратуры) мы бы могли ее запустить одной ракетйо-носителем хоть сейчас.



Станция-окультер в несколько тонн ныряет к Сонцу. Там выпускает "парашют" на десяток килограмм, который быстро (секунды) раскрывается и плавно отпускает парус-тень... в 300 грамм, который набирает скорость 0.012с. Это рекорд, который никто долго не побъет.
И затраты на миссию вполне себе подъемные. И окупятся сторицей. Особенно если учесть возможный политический резонанс. И опыт пригодится. Это же по-сути как водится, блоху подковать...
Подобные узкие флайбаи-миссии нам нужны будут всегда и долго (как Койпер и Оорт пощупать, найди мы там что-то интересное? Да хоть Гансовых пришельцев?). Да, они сейчас станут второстепенными в космонавтике. Но они всё равно нужны.
Первые версии такого паруса могут быть потяжелее, лететь поближе. Как пробные. Разумеется. Но это очень хорошее решение для флайбая. Мы могли бы их запускать пачками сразу к самым разным ближайшим  звёздам.
И потребность в подобном инструменте никогда (подозреваю) не пропадёт. Догнать тот же ОМУМУ-БЛИН-МУ-МУ!... например и посмотреть что же это такое в упор на него.

[Vavanzer]

То есть у паруса нет строп и сосредоточенной где-то массы. При тех ускорениях полезная нагрузка может быть только распределённой. И ее создание - это еще один вызов.

  А вот это уже тема!)) Особенно с распределением микросхем и пр логики прямо в парусе!
  Запускать можно, например с жесткого каркаса. Предварительно растягивается, и сбрасывается. Вот оолько надо чтобы сам парус себя стабилизировал, не как тряпка на ветру нетел!

[alex_semenov]

Запускать можно, например с жесткого каркаса. Предварительно растягивается, и сбрасывается.

Так я так и предлагаю. Выпустить типа парашюта, котрый под давлением солнца и испарением атериала раскроется и примет форму. Ульрофиолет отстыкует паутину и она пошла сама себе... Стапел, разумеется отстанет ибо куда тяжелее и медленней ускаряется.

Вот только надо чтобы сам парус себя стабилизировал, не как тряпка на ветру нетел!

Я думаю изотопы.
Нужно включить в струткуру изотопы, которые будут постоянно заряжать парус и он сам себя расправит. Где-то такое решение предлагалось именно для придачи парусу формы. Изотопы всё равно надо включать как бортовой источник энергии.
Отдельная проблема - связь с Землёй. Но посмотрите какая огромная у нас тут антенна (фазированная решётка)! Это упростит проблему мощности передатчика.
Это не я придумал.
Это я у Форварда с его концепции "Старвисп" содрал/украл. Отличная идея была же! Не всё. Но кое-что. Любин украл больше.

[Vavanzer]

Нужно включить в струткуру изотопы, которые будут постоянно заряжать парус и он сам себя расправит. Где-то такое решение предлагалось именно для придачи парусу формы. Изотопы всё равно надо включать как бортовой источник энергии.

  Есть один момент. Это полет в невесомости. Любой внеосевой импульс приведет к вращению. Особенно если на старте будет неравномерный отрыв.
Плюс волны у мембраны.
Как то его стабилизировать надо.

Для придачи формы давно еще предлагали газонаполнение, типа системемы трубок, или кольца по периметру, под некоторым давлением.

[alex_semenov]

Для придачи формы давно еще предлагали газонаполнение, типа системемы трубок, или кольца по периметру, под некоторым давлением.

Да, хорошо бы. Но я специально для сравнения поставил парусник. 140 метров в диаметре. И это - 300 грамм! Какое газонаполнение?
Тончайщая паутинка же! Даже полупрозрачная же!
График приведён именно что бы показать что полупрозрачный парус будет ускорятся быстрей чем непрозрачный (ибо толще).
Вообще ему бы надо было бы иметь некие активные механизмы. И я полагаю что тут понадобятся электрические поля.
В общем, идея только на первый взгляд кажется простой.
А если кто ее реализует - это БОГИ! Это убер-технология.
Это будет очень красиво!
Хотя некого развития эта идея иметь не будет (пока что)... но в своей нише это будет явно бесценный инструмент.
В любом случае это лучшее что мы могли бы сделать в XXI веке.
Реально сделать.

[Vavanzer]

В общем, идея только на первый взгляд кажется простой.
А если кто ее реализует - это БОГИ! Это убер-технология.
Это будет очень красиво!

  Если не летающий, то может и относительно просто реализовать, из более толстого материала. А летающий... Он по ходу дела упирается в слабый поток ветра, своей массой!) Корочь, и тут подвох!

[alex_semenov]

Если не летающий, то может и относительно просто реализовать, из более толстого материала. А летающий... Он по ходу дела упирается в слабый поток ветра, своей массой!) Корочь, и тут подвох!

Это вы  о чём?

[Vavanzer]

Если не летающий, то может и относительно просто реализовать, из более толстого материала. А летающий... Он по ходу дела упирается в слабый поток ветра, своей массой!) Корочь, и тут подвох!

Это вы  о чём?

Парус. Который полетит если совсем легкий будет, запредельно. Из  толстого материала он едва  с места сдвинется. Даже из пленки в микроны. Поток ветра очень слабый на само деле!

[alex_semenov]

Поток ветра очень слабый на само деле!

Ага. Понятно. Ну и расчётов или цифр, всё это обосновывающих мы опять не получим?
Где ошибаются в расчётах Малов и Метлофф или Спиз и Зубрин (а так же Форвард, Фрисби, Лендис и Дрекслет, тот самый Дрекслер!) указать вы тоже не сможете, я так понял?

[Vavanzer]

Поток ветра очень слабый на само деле!

Ага. Понятно. Ну и расчётов или цифр, всё это обосновывающих мы опять не получим?
Где ошибаются в расчётах Малов и Метлофф или Спиз и Зубрин (а так же Форвард, Фрисби, Лендис и Дрекслет, тот самый Дрекслер!) указать вы тоже не сможете, я так понял?

Там уже все доказано. Просто надо найти данные. Которые и показывают, что запредельно легкий должен быть парус. Даже прочностные конструкции для поддержания его формы никакие не придумать.

[alex_semenov]

Жаль что на мои вопросы ни Татарин ни кто другой так и не дали ответа...

[Foma]

Допустим у нас есть реактор-лампа, разогретый до 3000 К.
Мощность (то есть площадь светящейся поверхности) пока не важна.
Есть ряд вопросов, которые мне как сборщику энергосистемы (для подсчёта массы и мыслимой удельной мощности) надо уточнить.

1) Какую часть (назовём ее f) спектра АЧТ через брегговский фильтр (который пропускает только нужную часть) и через брегговские зеракла мы можем перенаправить на фотопреобразователи? Какую долю исходного теплового излучения (1-f) мы должны потерять по пути?

2) Какой КПД фотопреобразователей мы можем иметь уже на отфильтрованном таким образом потоке фотонов? Обозначаем это как k. Какая часть этого отфильтрованного потока будет отсажена r? Очевидно что 1-k-r  будет превращена в паразитное тепло. Верно?

3) Какая максимальная температура T допускается для подобного фотопреобразователя? Из, этого, как я понимаю, мы можем посчитать, зная k и r, максимальную плотность фотонного потока на м² фотопреобразователя.

4) Какая масса на м² у такого "плёночного" фотопреобразователя?

Термофотовольтаика - технология ограниченная. Полистайте книжку D. Chubb Fundamentals of Thermophotovoltaic Energy Conversion, там многое расписано о тонкостях и сложностях
Некоторые малоизвестные факты
1) Не бывает TPV преобразователей с температурой излучателя 3000 К. Обычно это 1000-2000 К и скорее ближе к 1000. Причина: при больших температурах материалы испаряются, даже вольфрам при T>2500 К улетает со скоростью больше 100 мкм/год и портит всю малину. Как следствие, доступная плотность мощности невелика, порядка сотен кВт/м².
2) Фотопреобразователи достаточно требовательны к температурным режимам. Для коммерческих СБ верхней границей считается 100 С, в отдельных случаях, вроде полета к Меркурию, добиваются гарантированной работы при 300 С. Примерно то же касается фильтров. Поэтому в некоторых TPV-модулях даже делают отдельный контур охлаждения фотопреобразователя.
3) Масса на м² для фотопреобразователя явно нигде ни указана, но подозреваю обычные СБ и здесь могут служить ориентиром. Фильтры, покрытия и прочее едва ли сильно добавят, это довольно тонкопленочные структуры.
4) Общий КПД TPV преобразователя редко превышает 20%, текущий рекорд согласно Вики - 35%.

[Татарин]

1) Не бывает TPV преобразователей с температурой излучателя 3000 К. Обычно это 1000-2000 К и скорее ближе к 1000. Причина: при больших температурах материалы испаряются, даже вольфрам при T>2500 К улетает со скоростью больше 100 мкм/год и портит всю малину.

См. решение этого вопроса в галогенных лампах.

Реальная причина - увы, но недостаток МОЩНЫХ высокоэнтальпийных источников тепла и теплоизоляции. У которых на Земле есть единственное исключение - ядерная энергия (правда, насколько известно пробовали только изотопные источники). Но все работы по ним ВМФ США засекречены (собссно, и сам о самом факте работ можно догадаться только по косвенным данным), предположительно, они питают всемирную сеть подводных буев, включая мобильные системы наблюдения за подводной обстановкой + возможно, шпионские задачи на линиях связи.
Собсно, поэтому рекорды были поставлены в фото-термо-фото-электрических системах (с солнечным концентратором), где в теории достижимы 6кК, а на практике получали 3+кК.

А топлива при горении дают максимум 3кК чисто по химии в стехиометрии, при этом бОльшую часть тепла уносят продукты горения, увы. И задача стойкости камеры горения кислород-ацителеновой или кислород-водородной смеси куда сложнее, чем просто задача стойкости излучателя в вакууме. Это принципиально подрывает КПД на максимальных температурах и заставляет снижать температуру для отбора бОльшей доли энергии топлива и сколь-нить приелимого ресурса.

2) Фотопреобразователи достаточно требовательны к температурным режимам. Для коммерческих СБ верхней границей считается 100 С, в отдельных случаях, вроде полета к Меркурию, добиваются гарантированной работы при 300 С. Примерно то же касается фильтров. Поэтому в некоторых TPV-модулях даже делают отдельный контур охлаждения фотопреобразователя.

Да. Очень требовательны, поэтому задача формирования спектра и теплоизоляции излучателя так важна.
Верхняя граница (в смысле, работоспособности) для кремния гораздо выше, чем 100С, но при высоких температурах резко растёт электромиграция и диффузия. Плюс, конечно, Тк - по 0.4-1% на каждый кельвин снимается с КПД, и чисто по физике, чем меньше ширина зоны, тем чувствительнее к температуре фотопреобразователи.

Поэтому хороший спектр и высокий КПД принципиальны для успеха.

3) Масса на м² для фотопреобразователя явно нигде ни указана, но подозреваю обычные СБ и здесь могут служить ориентиром. Фильтры, покрытия и прочее едва ли сильно добавят, это довольно тонкопленочные структуры.

"Обычные" СБ (в смысле, кремниевые) тут не ориентир, а "обычные" "космические" - арсенид-галлия (или там теллурид кадмия, в общем прямозонные тонкие плёнки) - вполне. С той поправкой, что нам нужны 1-2 перехода, а не 2-4, как для солнечных (но эта разница мизерна).

Но тут дело в чём: масса на метр-то квадратный у них будет одинакова. А вот удельная мощность - очень даже разная. Из-за плотности мощности излучения на них.

4) Общий КПД TPV преобразователя редко превышает 20%, текущий рекорд согласно Вики - 35%.

Да.

Но они борятся с теми проблемами, которые в космосе для ядерного источника тепла практически не существуют. В космосе теплоизоляцию излучателя можно сделать практически абсолютной (кроме излучения), температуру догнать до 3-4кК, в качестве фотопреобразователей использовать "обычные" для солнечных батарей полупроводники и гетероструктуры, достигшие сейчас какого-то фантастического качества.

Одна из "техническо-экономических" (не физических и не технических) проблем "земных" TPV в том, что их создатели вынужденно работают на низких температурах. Откуда автоматически следует необходимость изобретать почти что свои велосипеды в области фотопреобразователей. Нет, технология-то ПОЧТИ та же, и структуры ПОЧТИ те же, но - другие полупроводники. И сразу лавиной идут трудности, начиная с самой что ни на есть банальной: изготовлением таких структур занимаются в лабораторно-кустарных условиях несколько человек. В то время как солнечные батареи - продукт огромных лабораторий с бешеными бюджетами и лучшим оборудованием + мелкосерийные производства, которые не имеют особых проблем ни с персоналом, ни с деньгами.

Одно цепляет за другое... и получается, закономерно, фигня.

Термофотопреобразование в космосе парадоксально лишено множества земных проблем.

[Татарин]

Допустим у нас есть реактор-лампа, разогретый до 3000 К.
Мощность (то есть площадь светящейся поверхности) пока не важна.

То есть, это как это вот "не важна"?

1) Какую часть (назовём ее f) спектра АЧТ через брегговский фильтр (который пропускает только нужную часть) и через брегговские зеракла мы можем перенаправить на фотопреобразователи? Какую долю исходного теплового излучения (1-f) мы должны потерять по пути?

Это зависит от количества и качества брегговских фильтров (и не только брегговских, самую длинноволновую часть мы будем вынуждены отсекать каким-нить просто проводящим покрытием, просто потому что брегговский фильтр не работает, если лямбда >> характерных размеров структур), метаструктур на поверхности и вот всего такого.
Без понятия. На 90% можно расчитывать, наверное.

2) Какой КПД фотопреобразователей мы можем иметь уже на отфильтрованном таким образом потоке фотонов?

Наверняка на 70-90% можно рассчитывать. Почему такой разброс? Очень много зависимостей от той же температуры фотопреобразователей (они же вынуждены сами скидывать тепло излучением в космос. А тут всё зависит от конструкции теплоотвода.

3) Какая максимальная температура T допускается для подобного фотопреобразователя? Из, этого, как я понимаю, мы можем посчитать, зная k и r, максимальную плотность фотонного потока на м² фотопреобразователя.

Это зависит от желаемого ресурса, КПД, и вот тут начинаются непростые расклады с теплоотводом. Не знаю, это нужно считать, навскидку оптимизация всех этих свободных параметров мне совершенно не очевидна.

4) Какая масса на м² у такого "плёночного" фотопреобразователя?

Порядка десятков кг: 15-20 можно рассчитывать. Есть рекорды - 6кг-8кг, но это без конструкций и от рекорда по КПД там было далеко. Правильно ориентироваться на серийные космические солнечные батареи - 12-15 кг на саму батарею + несколько сот г-единицы кг на конструкции.

5) какой срок работы (время деградации) подобных преобразователей? Можно ли каким-то образом их способность восстанавливать? (я когда-то читал что для СЭС на коолоземной орбите рассматривалась некая возможность и восстанавливать прямо там в космосе. некий робот парит над бескрайними полями фотоэлементов и чи лазером, чи каким-то потоком электронов в вакууме что-то с этими панелями делает, что они становятся ну почти как новые. Тут это мыслимо?)

Десятки лет. БОльшее не подтверждено, увы, как бы ни хотелось сказать что-то иное.
Отжигать СБ можно, но... Но когда это было актуально, главной проблемой были дефекты, создаваемые излучением в кремниевых батареях. Уже сейчас, НЯЗ, основная проблема - диффузия, электромиграция и деградация гетероструктур у арсенида галлия. Арсенид галлия - прямозонный ПП, поэтому он поглощает свет в сотни раз эффективнее, поэтому поглощённая доза в его плёнке сильно меньше: значительная часть энергии просто проскакивает сквозь и выскакивает из него, кремний же вынужденно поглощает больше (и он же сильно более "ломуч").

Отжигать арсенид-галлиевые гетероструктуры, КМК, - только портить.

6) Брегговский фильтр, окружающий реактор. Это что? Это колба из кварца? Какая у нее примерная масса на м²? Хотя, я думаю, что самам масса баллона-колбы (внутри же газ) будет настолько подавляющей, что масса нанесённого фильтрва будет незаметна.

Наверняка первым слоем колба. Просто из желания сохранить вольфрам, если там вольфрам
Массой фильтра наверняка можно пренебречь.

7) Брегговские зеркала. А вот это уже важно. Из чего? Какая толщина по-идее? Опять же какая масса на м²?

Без понятия. Зависит от основы и конструктива же. А и то, и то в удельном выражении зависит от абсолютных размеров структуры (чем она больше, тем тяжелее на квадратный метр).

[Vavanzer]

Термофотопреобразование в космосе парадоксально лишено множества земных проблем.

  Пока космонавтика топчится на околоземной орбите, где полно солнечного света, вся эта система нетактуальна. Но стоит начать массовые перемещения в более холодные области, типа Марс и дальше, тогда источники энергии с тепловыделением станут очень актуальны.

[Vavanzer]

Наверняка первым слоем колба. Просто из желания сохранить вольфрам, если там вольфрам
Массой фильтра наверняка можно пренебречь.

   Поглощение стеклом учитываете? И его перегрев, т.е перевод части энергии в длинный тепловой ИК !? И размер этой колбы и массу...
 Плюс крепеж, подвесы и пр.
Ну ,и , одноразовость этой лампочки. Невозможность заправлять, перезаряжать. Точнее, сложности с перезарядкой.

[alex_semenov]

Порядка десятков кг: 15-20 можно рассчитывать. Есть рекорды - 6кг-8кг, но это без конструкций и от рекорда по КПД там было далеко. Правильно ориентироваться на серийные космические солнечные батареи - 12-15 кг на саму батарею + несколько сот г-единицы кг на конструкции.

Это минимум на порядок ХУЖЕ чем я бы хотел рассчитывать.
 

Ну просто смотрите.
Пусть рабочая температура нашего фотопреобразователя 470 К (как говорит Сергей ). Это значит что при такой температуре каждый м² нашего фотопреобразователя способен в вакууме сбрасывать (пусть коэффициент черноты 0.9, а излучающая поверхность - только одна сторона):



W_q/S = 5.67E-8*0.9*470^4= 2,49E+03 Ватт

Это и есть та часть всего падающего на фотопреобразователь светового потока, которая окажется паразитной, то есть поглощённой (отражённой мы пренебрежём) и не превращённой в ток. Если КПД фотопреобразователя будет даже 0.9, то  весь МАКСИМАЛЬНЫЙ поток на м²:

2,49E+03/(1-0.9) =   24 901 вт/м²

А полезная (электрическая мощность):

2,49E+03* 0,9/(1-0.9) =22 411 вт/м²

Если масса самой панели будет 10 кг/м² (даже не 15!), то удельная мощность только самих термофотопреобразователей оказывается "всего" 2.24 квт/кг.
А ведь это только часть системы (без реактора, фильтров, зеркал)! То есть, даже в лучшем случае (если остальные элементы потянут всего лишь столько же сколько и термофотопреобразователы) мы получаем ~ 1 квт/кг.
А вообще мы вроде как рвёмся к ~ 10 квт/кг для всей конструкции (то есть по-сути  пустой ракете, то есть и конструкции и двигателей и...).
Да, понятно, в итоге бы получить хотя бы 5 квт/кг. Но стремиться надо к большему...
И так.
У наших фотопреобразователей масса оказываться НУ ЯВНО на порядок больше чем хотелось бы.
И тут вопрос. А что нам мешает их облегчить?
Я просто прикинул.
Наша панель - это кремний (в основном). Плотность кремния это 2330 кт/м³. Тогда панель метр на метр и массой в 10 кг имеет толщину... 4.3 мм.
Зачем нам такой толстый фотопреобразователь?
Про несущую конструкцию - показ забыли.
Как мне кажется, уменьшить массу фотопанели на порядок - вполне реально! Нет?

[Татарин]

Наша панель - это кремний (в основном). Плотность кремния это 2330 кт/м³. Тогда панель метр на метр и массой в 10 кг имеет толщину... 4.3 мм.
Зачем нам такой толстый фотопреобразователь?
Про несущую конструкцию - показ забыли.
Как мне кажется, уменьшить массу фотопанели на порядок - вполне реально! Нет?

Во-первых, если уж брать кремний, то 4.3мм - это не толщина кремния, конечно. Кремния там - от 0.18 до 0.5мм (и 0.5мм - это уже разумный максимум, дальше никаких плюшек не видится уже даже теоретически при всех возможных вводных). Его толщину стараются уменьшить и на земле, чисто из соображенией экономии дорогого чистого кремния, и сейчас дошли до толщины 0.18мм, и эта толщина сейчас лимитируется, НЯЗ, хрупкостью пластины, так можно было бы уменьшить ещё на 30-50%.

Во-вторых, кремний в космосе не нужен. Это очень плохой для фотопреобразователей полупроводник, чьи главные достоинства - дешевизна и доступность при более-менее вписанности в солнечный спектр. Он непрямозонный. У него нет прямых переходов для поглощения солнечного света, они запрещены. Нужны сотни микрон(!), чтобы такой крайне маловероятный переход с участием фонона случился. Это такая беда, что проблема даже для земной солнечной энергетики (расход материала в тысячи раз больше, чем нужно в слечае прямозонного полупроводника, а толщина слоя - это ещё и потери на путешествиях уже получившихся пар, и высокие требования к качеству решётки, чтобы не было рекомбинаций, и вообще, проблемы, куда ни ткни).
Ко всему прочему, кремний ещё очень плох под облучением.

Нужно что-то нормальное. Арсенид галлия или теллурид кадмия - прямозонные ПП, толщина слоя которых для поглощения 99.999% света - сотни нм. Это даже на земле играет: при всей дороговизне теллуридов CdTe вполне успешно конкурировали с кремнием, пока китайцы не задавили все альтернативы своим мегатонным демпингом.
Арсенид галлия - A3B5, прямозонный, радхард.
Требуемая толщина всей структуры - микрон с лишком или даже меньше микрона, так что удельная масса определяется исключительно основой и её требуемой прочностью.

А итоговые числа я беру из реально имеющихся космических СБ. Сори, но других пока нет.

[Татарин]

Наверняка первым слоем колба. Просто из желания сохранить вольфрам, если там вольфрам
Массой фильтра наверняка можно пренебречь.

   Поглощение стеклом учитываете? И его перегрев, т.е перевод части энергии в длинный тепловой ИК !? И размер этой колбы и массу...
 Плюс крепеж, подвесы и пр.
Ну ,и , одноразовость этой лампочки. Невозможность заправлять, перезаряжать. Точнее, сложности с перезарядкой.

Я ничего пока не учитываю. Но, конечно, колба сильно полегче любых альтернатив с любым другим преобразователем.
Перезаряжать (то есть, выкидывать отработавшие или использовать их каким-то магическим образом в качестве рабочего тела), конечно, нужно лампочки целиком.

[Vavanzer]

Я ничего пока не учитываю.  Но, конечно, колба сильно полегче любых альтернатив с любым другим преобразователем.
Перезаряжать (то есть, выкидывать отработавшие или использовать их каким-то магическим образом в качестве рабочего тела), конечно, нужно лампочки целиком.

   Т.е пока расчет больше в плане  техпроцесса получения энергии, а не самой конструкции... Знач не буду докапываться сильно!
   Кстати, реально ли приобрести панели из теллурита кадмия и арсенида галлия? Для личного пользования и баловства!)

 По счет перезарядки, изотопная лампа всеж будет иметь большой удельный вес, если считать и не сгоревшее топливо, и радиационную и вольфрамовую защиту, и колбу.
Но для межпланетных скоростей и полетов ее будет предостаточно, в сотни км/с. Главное чтобы управляемая и отключаемая была!)
 Скорее всего на выброс и окружающая ее сфера фотоэлементов отправится. Т.е генератор целиком!
Отправлять их в какие нибудь невозвратные миссии в пояс Койпера!)