Двигатель для межзвёздных перелётов

[Иван Моисеев]

Для "электростатической вьюги" в вакууме космоса (чтобы капли или пылинки летели не по прямой, а куда попало) не важно жидкая это капля или цельная твердотельная пылинка. Важно что площадь поверхности такой пылинки к ее массе очень большая, а значит статический заряд на ней накапливается мгновенно и такая пылинка или капелька мгновенно становится игрушкой в вихре электростатических полей, даже самых незначительных.

Надо просто следить, чтобы число поглощенных протонов было равно числу поглощенных электронов - и никаких вьюг. А это достигается автоматически. Каждый лишний протон притягивает к себе лишний электрон. о этой причине электростатические поля в космосе не наблюдаются - наблюдаются слабые электромагнитные.

[Mercury127]

И что будет греться до температур выше такого теплоносителя? Чтоб нагреть его до 5500К ))) Есть материалы для этого? Еще и переносить его до места распыления! И чтоб еще годами напролет работало, не испарилось!

температура — это лишь одна из возможностей. вторая — это объёмное излучение и ненужность несущих конструкций радиаторов, трубок и пластин. но раз вы не хотите видеть в этом смысла, то и не надо.

а альтернативно-дегенеративных идей у меня и самого достаточно... один лишь гравиволновой радиатор чего стоит. местные квантовые фантазии в сравнении с ним отдыхают.

[elind]

Поворошим "далёкое прошлое".

А при гигатоннах....
Если считать тупо...

Я тут эта... (с)
В качестве разминки и возврата к правильной теме.
Выше, вроде уяснил, что у чистого жидкого дейтерия, как у термоядерного топлива, при низкой температуре зажигания в 10 кэВ, burn parameter (параметр горения) составляет 420 г/см2. Возьмем для надежности 600 г/см2
У DT (10 кэВ) ~ 6 г/см2, у DD в 100 раз хуже.
Возникает вопрос. А какого размера надо взять сферу из жидкого дейтерия, что бы она таки БЕЗ СЖАТИЯ загорелась и прогорела как следует?
Помещаем в центр такой сферы ядреную бомбу и ... В общем "Супер".
Он вообще то при каких параметрах возможен?
Все же считается просто (теперь). Радиус искомой сферы:

η - доля выгоревшего топлива (можно принять разный но для начала можно взять 0.3-0.25).
β - тот самый burn parameter 600 г/см2
χ - степень сжатия (так как у нас вариант "Супер", то она 1. Нет никакого сжатия)
ρ0 -   плотность жидкого дейтерия в нормальном состоянии 0,169 г/см3

Зная R, вычисляем массу шара m:

Ну а отсюда и мощность взрыва:

где u - калорийность сгорания дейтерия ~ 80 кт/кг. Все просто. Главное - преобразовать где надо граммы в килограммы.
Что получается?
Что бы несжатый шар дейтерия таки выгорел на 30%, ему нужен радиус 15,2 метра. То есть это сфера жидкости в 30 метром диаметром. Массой в 2500 тонн (только одного дейтерия). И когда она взорвется, то выделится без малого 60 000 мт в тротиловом эквиваленте. 1000 "кузькиных мам".
То есть, термоядерное горение любит большие размеры и мощности.  Чем больше - тем легче.
Совсем большой размер - совсем плевое дело поджечь!
В этом и смысл упражнения (так сказать).

Там дальше есть оценка выгорания для нормального супера. Я получил мегатонну (вместо 20). и вот тут есть ссылка на статью в УФН которая, вроде как не противоречит моей логике расчета...

Проблема тут возникает в том, что до 10⁸ К нужно нагреть весь объём дейтерия, который при таких температурах всё равно "не горит, а тлеет" - на прохождение реакции требуется относительно длительное время, за которое излучение успевает с гарантией термализоваться.
При этом имеем, что плотность энергии излучения будет

что при Т=10⁸ К составит 7*10¹⁶ Дж/м³, или около 16 Мегатонн на метр кубический. Если дейтерий выгорает полностью (чего, понятное дело, не будет), то для получения этой энергии требуется его плотность 200 кг/м³ (а при реалистичной глубине выгорания 0.5 - 400), т. е., жидкий дейтерий не обеспечивает самоподдержвающееся горение.
В приведёный вами тридцатиметрового диаметра шар от "запала" требуется "закачать" более двухсот гигатонн - тогда как выдаст он дополнительно всего шестдесят.

Однако, при повышении плотности дейтерия такая конструкция становиться не просто возможной, но и практичной:

Термоядерный заряд «Классический Супер» представляет собой сферу из углерод-углеродного композита, содержащего урановую пыль на одну шестую его объёма, заполненную дейтерием под давлением 80 000 атм. (плотностью 3 200 кг/м³). Внешний радиус сферы 25 см, внутренний – 20 см, масса композита 50 кг, масса урана 100 кг, масса дейтерия – 100 кг. В центре расположен полый плутониевый пит, массой 2.5 кг, в самосжимаемой конфигурации (внешняя и внутренняя поверхности покрыты гадолиниевым напылением толщиной 5 микрометров, так что пит околокритичен на тепловых нейтронах, и при повышении критичности тепловой приповерхностный взрыв сожмёт его до критичности на быстрых нейтронах). При начале реакции из-за сахаризации 100 грамм дейтерия в центре пита сжимается и разогревается до температуры горения, и сгенерированные нейтроны делят остальной плутоний, выделяя в общей сложности 40 килотонн.
Вокруг пита расположена тонкая сфера из урана радиусом 9 см, так что выделившаяся энергия преимущественно в виде излучения обеспечивает в ней температуру 10⁸ К. Согласно формуле
(где η – доля выгоревшего топлива, β – тот самый burn parameter 4200 кг/м³ при Т=10⁸ К, ρ – плотность дейтерия – 3200 кг/м³)
глубина выгорания для этой сферы составит 0.065 – что выделит ещё 40 килотонн, так что процесс является самоподдерживающимся. При этом из-за поступления дополнительной энергии температура дейтерия повышается (в пределе до 1.7*10⁸ К), понижая burn parameter вплоть до 1050 кг/м³ для всего объёма. Так же оболочка служит инерционным демпфером, увеличивая эффективный радиус в корень из отношения суммы масс оболочки и топлива к массе одного топлива. Тогда для всего заряда имеем глубину выгорания 0.5, и полную выделившуюся мощность 4 Мегатонны (удельная калорийность 16 кт/кг). Поскольку световое излучение остаётся запертым внутри заряда на всём протяжении последующего расширения, а так же отсутствует столкновение расширяющейся оболочки с внешними неподвижными препятствиями, в виде мягкого рентгена теряется всего 1-2% энергии, а средняя скорость разлёта продуктов взрыва составляет 11 Мм/с.
Является минимальным по размеру зарядом подобного типа. При увеличении размера увеличивается и глубина выгорания дейтерия, так что, в пределе, удельная калорийность зарядов такого типа может достигать от 30 кт/кг при сохранении пропорции масс, и доходить до 50 кт/кг, при уменьшении содержания тяжёлого металла в оболочке. Средняя скорость разлёта продуктов взрыва, соответственно, 14.5 Мм/с и 17 Мм/с.
Поскольку заряд подобного типа имеет чрезвычайно малый уровень паразитного излучения, то возможно использовать бомбу гораздо большего эквивалента при тех же тепловых нагрузках на окружающую арматуру.

Заряд с осевым разлётом плазмы представляет собой модификацию «Классического Супера» в виде вытянутого цилиндра. Внешний радиус цилиндра 37.5 см, внутренний – 25 см, масса композита 1200 кг, масса урана 1200 кг, масса дейтерия – 1600 кг. Глубина выгорания для данной конфигурации составит 0.64, и выделившаяся мощность будет 84 Мт. А средняя скорость разлёта плазмы составит 13 Мм/с. Из-за вытянутости цилиндра радиальная скорость разлёта в пять раз выше диапазона осевых скоростей. Зажигательный стержень выполнен в виде тонкостенной трубы из тяжёлого металла, по оси которой, через регулярные промежутки, расположены плутониевые питы массой по 2.5 кг. При детонации центрального образовавшееся излучение обожмёт ближайшие к нему, те – следующие, и так далее.
Использование такой конструкции заряда позволяет упростить конструкцию магнитного сопла, и использовать подобие такой системы

[alex_semenov]

Поворошим "далёкое прошлое".

Пасибо!
Давно готов покаяться.
Не поверите, но вы достали мои заблуждения, которые я сам уже признал заблуждениями и искал повода как-то в этом признаться.
Кстати, знаете кто меня заставил  усомниться в моих надеждах на простую сверхбомбу?
Сам Кери Сабблет.
И его аргументация именно точь-в-точ ваша. Если не сжать вещество, то между его частицами будет слишком много ВАКУУМА который в равновесии заполнится фотонным газом и значит для поджигания такой бомбы потребуется подвести слишком много энергии.
Кстати 200 кг/м3 это не так уж и далеко от обычного жидкого дейтерия, его плотность 0.169 г/мс3, то есть 169 кг/м3.
Кстати в дейтерид-литии плотность дейтерия будет даже больше чем в жидком состоянии.
Но да.
Просто так поджечь даже очень  большую сферу не получится.
На Реддите, где обсуждаются секреты ядерного оружия (и где обитает Кэрри Саблет) постоянно возвращаются к загадке "Солнечных часов" и "Гномона". Слышали о таком?
Эдвард Теллор в середине 50х носился с идеей сверх-сверхбомбы. Тема обсуждалась в высоких кругах несколько раз. Предполагалось два проекта. "Солнечные часы" это бомба на 10 Гигатонн, то есть 10 000 Мегатонн. Считалось, что это ОДНОСТУПЕНЧАТОЕ (да, да! понимайте как хотите, но из рассекреченых расшифровок речь идёт именно о таком! Обронена фраза что устройство одноступенчатое) бомба, устроенная достаточно просто. Моё предположение, что это действтиельно несжатый шар дейтерия соответствующей массы. НО! В центре этого чудовища должна была быть не обычная бомба на 1 мегатонну (как я наивно предполагал), ее бы не хватило для сколько-нибудь заметного выгорания внешней оболочки, а именно устройство "Гномон" на 1 гигатонну  (1000 мегатонн).
Гномон - это тот самый штырь в солнечных часах, который отбрасывает тень. Сама суть конструкции солнечных часов.
Тэллор считал, что если идея "Гномона" сработает, то сделать "Солнечные часы" уже нет проблемы. Что как бы подсказывает, что по-сути Солнечные часы были некой версией "Классического Супера" очень большой версией. Но вот что за устройство должно было быть "Гномон"?
1000 мт. Очень мощная бомба совершенно не той конструкции что схема Теллера-Улама. И опять таки "одноступенчатое". Есть неточные намёки что это чем-то напоминало "аларм-клок",  одноступенчатый "будильник". Всё.
Теллер собирался даже проводить испытания ЭЛЕМЕНТА конструкции "Гномона" (ясно что полномасштабный взрыв на 1000 мт ему бы никто не дал сделать). Но его переключили на проект для флота. На разработку компактной и злой W-47 для "Поларисов".
Так идея супер-пупер-бомбы осталась лишь в мутных расшифровках (хоя под шум вокруг "Кузькиной Мамы" Теллер опять рвался сделать бобу на 100 мт и это не был проект Ripple).
И вот на РЕДДИТЕ постоянно всплывают разные догадки, что же это было за устройства такие?
Ваше устройство (хотя не столь и масштабное) но напоминает мне эту историю. Да, никакого чудо-композита тогда не было. И я тоже ломаю голову над проблемой. Так что же задумал Теллер?
Обычно разговоры о "Солнечных часах" и "Гномоне" сводятся к тому какой безумец был Эдвард Теллор. Но это всё  разговоры профанов. Теллера конечно же интересовала сама физика устройства. Физика процесса. Вряд ли он собирался это ставить на вооружение. Говорят он был до конца жизни чокнут на идее своего "Супера", неограниченной термоядерной детонации (это же он первый высказал идею, что взрыв Тринити может поджечть атмосферу Земли) и хотел зажечь таки бомбу с неограниченной мощность.
Не скро. Мне бы (моим фантазиям) проект "солнечных часов" пригодился бы для питания "гравицапы Семёнова" в поясе Койпера для запуска релятивистских звездолётов. В очень отдалённом будущем, разумеется. То есть у меня есть уже мирное применение для бомбы в 10 Гигатонн.
 

[alex_semenov]

Однако, при повышении плотности дейтерия такая конструкция становиться не просто возможной, но и практичной:

Послушайте Элинд. Этот ваш углерод-углеродный компазит... Это РЕАЛЬНО? Это действительно не шутка? Вы можете сделать практичный баллон на давление в 80 000 атм? Насколько я знаю, сейчас из композитов делаются баллоны лишь на 400 (ну может 1000) атм....
Что надо что бы подобный баллон был уже сегодня?
Это... нанотрубки, что ли? Наноматериалы? Нанотехнология?
Ну просто не верится в такое счастье. Да, если бы мы могли делать такие вот бомбы в 50 кт/кг... Это было бы очень круто. 11000-15000  км/с...  Даже при изотропном разлёте... Это очень круто! Это по-сути предел мечтаний.

[elind]

Послушайте Элинд. Этот ваш углерод-углеродный компазит... Это РЕАЛЬНО? Это действительно не шутка? Вы можете сделать практичный баллон на давление в 80 000 атм? Насколько я знаю, сейчас из композитов делаются баллоны лишь на 400 (ну может 1000) атм....
Что надо что бы подобный баллон был уже сегодня?
Это... нанотрубки, что ли? Наноматериалы? Нанотехнология?

Нитевидные кристаллы. Оно уже есть как бы не с семидесятых - но в "лабораторных количествах", и с "ручной сортировкой" годных-негодных. Так что можно изготовить, но стоимость там будет всё ещё заоблачная. Из "обычного" углеволокна можно изготовить ёмкость под давление до 10 000 атм.
50 кт/кг, кстати, только для действительно больших зарядов - мультигигатонного класса.

Кстати в дейтерид-литии плотность дейтерия будет даже больше чем в жидком состоянии.

Немного, 205 кг/м³, так что до критического порога для чистого дейтерия как раз дотягивает. Но лучше - твёрдый аммиак (плотность 817 кг/м³), для которого плотность дейтерия составит 290 кг/м³ или гидрид алюминия - те же 290 кг/м³, но без возни с крионикой.

[Vavanzer]

"нам ваших звездолётов

  Так у вас и других то нет, и не будет))) Уже сколь десятков лет назад все эти архаичные проекты забраковали и отбросили! Тк в лабораториях и конструктторских бюро и в НИИ вдоль и поперек эти проекты пресчитали и поняли что заведомо безнадежная эпопея. Остатки же идей реальная жизнь раскидала. Все эти и паруса и прочую лабудень!

[Vavanzer]

баллон на давление в 80 000 атм? Насколько я знаю, сейчас из композитов делаются баллоны лишь на 400 (ну может 1000) атм....
Что надо что бы подобный баллон был уже сегодня?
Это... нанотрубки, что ли? Наноматериалы? Нанотехнология?
Ну просто не верится в такое счастье. Да, если бы мы могли делать такие вот бомбы в 50 кт/кг... Это было бы очень круто. 11000-15000  км/с...  Даже при изотропном разлёте... Это очень круто! Это по-сути предел мечтаний.

И что оно даст!?))) Да ничего!
 Даже пиар-менеджер по фамилии Маск догадался тупо переохлаждать топливо, и прилично экономить на массе баллонов за счет этого!))) Тк давление существенно меньше, и стенки баллонов соответственно, намного тоньше нужны!

 До этого вообще обсудили момент, что можно заморозить в лед, и чехлом накрыть, чтоб звезды не нагревали)))) Никаких сверхдавлений не надо!

[Vavanzer]

Теллер собирался даже проводить испытания ЭЛЕМЕНТА конструкции "Гномона" (ясно что полномасштабный взрыв на 1000 мт ему бы никто не дал сделать). Но его переключили на проект для флота. На разработку компактной и злой W-47 для "Поларисов".

Мне кажется, вас с подобными идеями отправят в психушку раньше, чем взорвется какая нибудь новогодняя питарда))))
  Да никто не даст уже этой фигней заниматься, открытые ядерные взрывы проводить! Похоронили уже эти идеи глубоко ! Смысл сотрясать воздух???

[Vavanzer]

температура — это лишь одна из возможностей

   Есть правило термодинамики. От более горячего к более холодному.
  Накие нафик 5500К, когда любая конструкция испарится при такой температуре!?))))
 

вторая — это объёмное излучение и ненужность несущих конструкций радиаторов, трубок и пластин. но раз вы не хотите видеть в этом смысла, то и не надо.

  Я уже написал 2 варианта, прикоторых оно возможно. Или прозрачность к этим излучениям, или максимально полное отражение его от поверхностей мелких кучных элементов радиатора, которые перекрывают прямой выход в открытое пространство!
 Больше вариантов нет! Кроме там квантовых всяких... Или перевода низкочастотного тепла в более высокочастотные или высокоэнергетические процессы (которые кстати выгодно заново задействовать и преобразовать в энергию).

[Mercury127]

Больше вариантов нет!

а если еще раз подумать...

(подсказка №1, для умных - даже угольная пыль может быть "прозрачной" для собственного излучения, если...)

[Vavanzer]

А раз у вас нет конфузора за камерой сгорания НИКАКОГО ДАВЛЕНИЯ НА ДНО КАМЕРЫ СГОРАНИЯ выходящие в сверхзвуковое сопло газы ОКАЗЫВАТЬ НЕ МОГУТ.

  Вспомнил тут один эпизод из детства...
 Жгли мы как то с товарищем костер, у него за домом. Нашли баллон, крупный такой, от какого то дихлофоса для травли тараканов. И положили в костер. Весело же.
Положили специально "головой вверх", под углом в надежде что ее оторвет и баллон не улетит.
   Разбежались. Подождали. Приличный хлопок, пламя метров на 5 вокруг костра, костер разбросало, баллон полетел градусов под 40 вверх и врезался в деревья, на высоте 10-15 метров...
 Побежали искать. У него, как потом выяснилось, оторвало полностью нижнее дно. Тупо цилиндр лишившись дна за счет вырвавшихся газов  без всяких там "конфузоров" полетел по баллистической траектории, и летел бы метров 100, прямо на дорогу, если б не деревья))) Полетело же))) И обязано было полететь, тк степень свободы у молекул появилась для выхода, в то время когда другие продолжали упорно толкать противоположную стенку!! Хоть и неоптимальная для достижения максимального КПД!
  Да, были времена, чудили, физику вживую познавали... Еще толком не начали ее в школе изучать... Иногда и химию, "неправильную" еще познавали, карбид с водой в полторашке, газеты с селитрой дымящиеся, пугачи из медной трубки и гвоздя, заряженые спичечными головками)))) Чего только не было в арсенале настоящих "шалопаев"))) Впоследствии обьясненное формулами из книжек и учебников!))

 И тут мне какуюто "физику" впаривают!))) Что не будет работать цилиндрический двиг! Еще как работает. Только может работать еще лучше, со всеми этими правильно подобранными соплами... 

[alex_semenov]

У него, как потом выяснилось, оторвало полностью нижнее дно. Тупо цилиндр лишившись дна за счет вырвавшихся газов  без всяких там "конфузоров"

Вы действительно настолько не понимаете свой пример? В вашем балончике закрытом со всех сторон СНАЧАЛА поднялось давление, а ПОТОМ одна стенка исчезла (вырвало дно). А в ЖРД это происходит постоянно и непрерывно.  Глухого дна (условно) нет. Но давление (до 400 атм) в верхней части камеры сгорания поддерживается именно тем, что газ постоянно ускоряется через конфузор и диффузор.
Еще раз посмотрите на этот рисунок-график.

[viesis]

У него, как потом выяснилось, оторвало полностью нижнее дно. Тупо цилиндр лишившись дна за счет вырвавшихся газов  без всяких там "конфузоров"

Вы действительно настолько не понимаете свой пример? В вашем балончике закрытом со всех сторон СНАЧАЛА поднялось давление, а ПОТОМ одна стенка исчезла (вырвало дно). А в ЖРД это происходит постоянно и непрерывно.  Глухого дна (условно) нет. Но давление (до 400 атм) в верхней части камеры сгорания поддерживается именно тем, что газ постоянно ускоряется через конфузор и диффузор.
Еще раз посмотрите на этот рисунок-график.

Простая труба тоже вполне могла бы работать, только чтобы поддерживать такое высокое давление требовалось бы более качественное, интенсивное , сосредоточенное в меньшем объеме, смесеобразование, и  усложнение форсунок.

[Vavanzer]

Простая труба тоже вполне могла бы работать, только чтобы поддерживать такое высокое давление требовалось бы более качественное, интенсивное , сосредоточенное в меньшем объеме, смесеобразование, и  усложнение форсунок.

Он утверждал что вообще никакого давления не будет)))
 Хотя давно известный "энциклопедический" факт, что даже напротив дырки в бочке, из которой выливается вода, давление чуть больше, чем на все остальные части стенок.
  А речь вообще изначально не шла о рекордах скорости истечения! Так же как и о сверхзвуке. Там про принцип потери кинетической энергии газом за счет излучения, на дозвуковых скоростях...

 А так, к слову, и на сверхзвуке взаимодействие не заканчивается. Молекулы имеют неравную скорость и направление не параллельное. Поперек оси движений норм себе образуются ударные волны. Которые, в частности, делают невозможным создание особо гигантских ЖРД. Тк там разгул стихии набирает такие обороты...

[alex_semenov]

Простая труба тоже вполне могла бы работать, только чтобы поддерживать такое высокое давление требовалось бы более качественное, интенсивное , сосредоточенное в меньшем объеме, смесеобразование, и  усложнение форсунок.

"Простая трубка" может рабоать как "исчезающая стенка" или КЛАПОН в ПуВРД



В любой работающем ЖРД камере сгорания есть конфузор и диффузор (сопло Лаваля). Не бывает ДРУГИХ.
В ТТРД тоже это есть. В любом ВРД есть сопло (обычно переменного сечения с центральным телом и при этом если у вас двухконтурный ВРД споло будет только из конфузора, сужающееся, так как истекающий поток - дозвуковой). Никаких "просто дырок" в эффективных реактивных двигателях непрерывного действия НЕТ И БЫТЬ НЕ МОЖЕТ.

[Vavanzer]

В существующей парадигме молекулы - это те же самые ядра, только очень маленькие. С ядрами не работает, так почему может работать с молекулами?

  Кстати, о ядрах.
 Если из 2х пушек выстрелить по ядру с одинаковой скоростью, врезать их в 2 наклонных поверхности по 45°, направленных друг на друга, то ядра отскочат от них, полетят под углом 90° к первоначальной оси и столкнутся лоб в лоб, и погасят свой импульс, тк знаки векторов разные)))
  Получается что при отскоке о 45° плоскость импульс "назад" будет меньше, чем "вперед", который система приобрела при выстреле из пушки.
  Тож вариант, безопорного двигателя))) Энергия столкновений уйдет в тепло и рассеется...

 Осталось поискать где может крыться очередной подвох!

[viesis]

  Получается что при отскоке о 45° плоскость импульс "назад" будет меньше, чем "вперед", который система приобрела при выстреле из пушки.

Да вроде не будет меньше, это можно рассматривать как абсолютно неупругий удар, неважно под каким углом.

[Mercury127]

полетят под углом 90° к первоначальной оси

да, конечно. при одном условии... КАКОМ?

[Лунный заяц]

Если из 2х пушек выстрелить по ядру с одинаковой скоростью, врезать их в 2 наклонных поверхности по 45°, направленных друг на друга, то ядра отскочат от них, полетят под углом 90° к первоначальной оси и столкнутся лоб в лоб, и погасят свой импульс, тк знаки векторов разные)))
  Получается что при отскоке о 45° плоскость импульс "назад" будет меньше, чем "вперед", который система приобрела при выстреле из пушки.

Импульс передастся наклонным поверхностям, и если они составляют одну конструкцию с пушками, то система никуда не полетит.