Двигатель для межзвёздных перелётов

[Vavanzer]

Автофаг - аппарат использующий часть конструкции в качестве топлива/рабочего тела.

   Интересно, как это реализовать?
 Я как то размышлял над этим делом. Как переплавить конструкции тех же движков. Или там, измельчить сначала... Этож целый комбайн наверное надо тащить с собой))). Если механически все это делать.
  Ладно, допустим если часть конструкции из легко перерабатываемого материала. Вплоть до такого, что поавится при низких температурах в ~500-800К к примеру и даже ниже.  А как быть с высокопрочными и тугоплавкими матераиалами и элементами конструкции?
 Их только в ядерной печке, наверное, сжигать. Подкидывать прям в эпицентр ядерного взрыва)))

  Или какие то еще есть варианты!?)

[MenFrame]

Понятно давно уже, что это все громождкое и сомнительное в самой основе так и останется на бумаге )))

Так уж устроен технический прогресс большинство интеллектуальных усилий не приводят по тем или иным причинам к результатам. Но это не значит что усилия того не стоили.

Технологии не туда развиваются!

Технологии развиваются туда куда нужно, в соответствии с запросами общества.

и будет лишь темой для различных дискуссионных клубов!)))

Ну если вам не интересны интеллектуальные задачи, зачем вы вообще здесь(в разделе ВЖР) находитесь? Этот раздел сплошь интелектальное обсуждение вопросов В... Ж... и Р....

[Иван Моисеев]

Или какие то еще есть варианты!?)

Цандер для этой цели предлагал электроракетный двигатель.

[Vavanzer]

Технологии развиваются туда куда нужно, в соответствии с запросами общества

  Общество особо ничего и не просит. А поосто пользуется тем что доступно на рынке!
А вот то что оно просит, толком и не развивают))
 

Ну если вам не интересны интеллектуальные задачи, зачем вы вообще здесь(в разделе ВЖР) находитесь? Этот раздел сплошь интелектальное обсуждение вопросов В... Ж... и Р....

  Так перемалывают мертвечину. Хочется что то интересное обсудить, прорывное, перспективное. Иль хотяб что не абстрактно, оторвано от реальности, встиле гуманитариев местных, у которых проблемы с линейной алгеброй))

[Vavanzer]

Или какие то еще есть варианты!?)

Цандер для этой цели предлагал электроракетный двигатель.

А конструкцию то кто разбирать и перемалывать будет!?) И надо чтоб она была еще и сьедобна для электро-РД по своему составу!
  Гораздо проще и реалистичнее полный расход по типу полностью сгораемого ТРД сделать!))

[Иван Моисеев]

А конструкцию то кто разбирать и перемалывать будет!?)

Народ. Лететь долго, делать нечего...

И надо чтоб она была еще и сьедобна для электро-РД по своему составу!

ЭРД всеядны. Просто что-то деликатес, а что-то так себе...

[alex_semenov]

Что бы понять границы возможного, надо отважится на невозможное.
Второй Закон Кларка

Вот очень натянутый, предельный вариант зонда-разведчика к А-Центавре искльючительно на известных нам технологиях ионно-ядерного двигателя.



В пути 174 с половиной года. Напомню, Вояджеры с 1977 года путешествуют уже 47 лет и про них не забыли, они всё еще работают и с ними работают. А тут путешествие "всего" в 3,7 раза длиннее. Да сменятся поколения. Но учитывая что темпы получения новых научных знаний теперь будут скорей всего замедляться (из-за сложности проблем), может это будет приемлемо?

...Но что было бы, если бы мы стремились обязательно лично отправиться в межзвездный полет и хотя бы на старости лет, но таки лично принимать поздравления по возвращении на Землю? Нам кажется, что чрезвычайно распространенный, особенно в популярной и фантастической литературе, этакий ура-победоносный, лженаучный взгляд на межзвездные перелеты как на дело людей-одиночек и одного поколения наукой будет отброшен. 
Даже формирование породы какого-нибудь фокстерьера требовало труда поколений. И не лучше ли вспомнить про старика, сажающего яблоньку? А преобразование климата Земли? Ведь оно может длиться тысячелетиями. Наши отцы и деды шли на каторгу, штурмовали Зимний, строили Магнитку - и все это не для себя,  а для будущих поколений. А нас хотят убедить в том, что лететь к звездам можно лишь в том случае, если надеешься по возвращении услышать победный марш в свою честь.
Это не наш взгляд на жизнь, это принцип "после нас - хоть потоп". На самом же деле, чем более грандиозные задачи будет ставить себе человечество, тем больше времени может потребоваться для их решения.  Может случиться и так, что поколения людей будут лишь строить межзвездный корабль, а потом его уничтожит какой-нибудь метеорит. Но люди упорны, и они добьются своей цели - полет к звездам реален и он обязательно будет осуществлен!

А. П. С е н ч е н к о в. "Атомные ракеты и проблемы освоения космоса"
"Атомиздат", Москва, 1964 г.



Детки! Взрослеть пора! Дети, играющие во взрослых, куда более жизнеутверждающее явление, чем взрослые, впадающие в детство (не хочу в садик! не хочу быть мальчиком!)...



Тут я допустил три натяжки.
Самая большая 30 000 ватт/кг удельная мощность энергоустановки (она считается тут только на массу конструкции, пн не участвует). И всё равно нужен какой-то невероятный технологический прорыв в космической ядерной энергетике. Напомню, сейчас достижимо ("Нуклон") 30 ватт/кг. Нам не хватает 3 порядка. И если 300 ватт/кг - здоровый оптимизм, можно помыслить,  если 3000 ватт/кг - это уже нездоровый оптимизм но можно надеяться, то 30 000 ватт/кг - это уже совсем фантастика (нужны хотя бы предпосылки к такому порыву! Хоть какие-то обоснования!)
Вторая натяжка -  ступени-автофаги превращают в топливо уже аж 75% от сухой массы предыдущей ступени (я допускаю, что при самопожирании более 50% массы уже возникнут  сложности).
Третья натяжка (самая небольшая) - поднят процент поднята доля преобразования в электричество ядерной энергии с 0.25 до 0.3. И при этом во внутненних ступенях (которые автофаги, пожирают предыдущие) уран уже составляет 80% массы конструкции (это мыслимо, учитвая что топливо в виде лития само может быть несущей конструкцией)! То есть 30 000 ватт/кг для ионника это по-сути предел по той простой причине, что тут мы подходим к пределу калорийности урана-235 при разумно-мыслимой плате по законам термодинамики.

Елистратову. Вам отсюда задача. "Прокачать вашу любимую лампу-реактор, схему термофотопреобразователя  до 30 000 ватт/кг. И вы почти у цели! Ваша идея почти срастается!
Да, стартовая масса 20 000 тонн это очень много учитывая, что это всё надо собрать в космосе. Еще 5 000 тонн оружейного урана - не детская задача. Недавно что то такое по програме ВОУ-НОУ разбодяживали... Не на те нужды пустили, жаль....

Романтическое...

Ироническое...

[alex_semenov]

Кто такой автофаг? Часто это слово тут применяют.
И причем тут бесконечное количество ступеней!?)

Автофаг - аппарат использующий часть конструкции в качестве топлива/рабочего тела.
Бесконечное количество ступеней из-за того, что на каждую дельта-t приходится дельта-m конструкции ракеты.

Автофаг - это самопожиратель.



Кстати, шутки-шутками, но кажется были в истории случаи, когда люди отрезали себе конечности и ели... Бр-р-р...
Но в нашем случае куда уместней пример самки богомола.
При спаривании с самцом она отрывает самцу голову и съедает. Это пойдёт на пользу будущему потомству. При этом отработанная ступень самец, без головы спаривается с самкой куда активней! Последний парад же!



Крайняя идея, но в природе работает! В нашем напряженном случае - тоже должна. Хотя я сделал так что бы легко было сравнивать варианты  (автофаг включен, автофаг выкючен). Да, прирост есть, но не бог весть какой. Вот то же решение что и раньше, но опция авотфага выключена. То есть без каннибализма. Время полёта увеличилось до 205 лет вместо 174.



То есть автофагия - выжимание уже последнего. После введения 8 ступеней. Главное же что надо прокачивать - энерговооружённость. "Как и было сказано..." (с) 
Без этого - никак!

[MenFrame]

Общество особо ничего и не просит. А поосто пользуется тем что доступно на рынке!

Ну так рынок и есть тот самый механизм который удовлетворяет желаемое  исходя из возможного.

А вот то что оно просит, толком и не развивают))

Вы кажется путаете общество с толпой.

Так перемалывают мертвечину.

Лучше уж мертвечину, но логичную, которая мозги развивает....чем полную ахинею.

Хочется что то интересное обсудить, прорывное, перспективное. Иль хотяб что не абстрактно, оторвано от реальности, встиле гуманитариев местных, у которых проблемы с линейной алгеброй))

Так в чем проблема то обсуждайте...для этого тема и создана. Нам очень интересно как человек не осиливший школьное образование это будет делать.

[Ulkolainen]

Любой параметр имеет свою задачу.
Если вы рассчитываете старт с небесного тела - делите на местное g, чтобы улететь.

Естественно.
Вес так и считается: по месту, т.е. "g" местное (но выражаемое иногда не в абс. величине, а в долях земного - опять же для удобства и наглядности)

Есть пропорция между количеством энергии на ракете и количеством рабочего тела для наибольшей эффективности, когда скорость истечения пропорциональна скорости ракеты. Если энергии больше, то выгоднее увеличить скорость истечения.

Про эффективности был ваш разговор с Семеновым, у меня пока про другое.
Скорость истечения стабильна (представьте, что ограничена конструктивно).
Другая конечная скорость тоже нам не нужна (установлена полетным заданием).
Масса РТ - "сколько дали".
Сухая масса ракеты - "какую построили".
Летим.
По пути Vavanzer добыл из параллельных миров Дополнительную Энергию и на этом самоустранился от решения основной задачи: сократить срок разгона, не меняя ни одного значения в формуле Циолковского (перечислены выше).
Можем?

[alex_semenov]

Семенов MenFrame Татарин!

Ну и где вы теперь, мой друг?
Ну я понимаю все разбежались почему. А вы куда делись?
Кстати, в ВК я не очень могу. Собственно и на этот форум мне нельзя. Я сюда через ВПН хожу пока не закрыли...
Так что лучше - здесь.
Хотя я бы давно эту тему "распустил" бы на ОТДЕЛЬНЫЕ узкие под-темы (лазеный парус так отсюда потихоньку и линяет в собственную тему).
Зонд Елистратова тоже достоин  своей отдельной темы (это совершенно отдельная "историческая реальность" скажем от "лазерного паруса"), чтобы никто не отвлекал своими "свежими идеями" (мол, нудно у вас тут братцы, формулы какие-то, глубинные реакторые проблемы! Не тем вы занимаетесь вообще, совсем, во как надо!!!!... и дальше бред мало-научный и даже мало-осмысленный).

[alex_semenov]

Ядерный реактор, нагретый до 2000 Кельвинов, может генерировать большое количество фотонов, которые затем могут быть использованы для питания фотоэлементов.

Посчитайте сколько энергии выделяет реактор нагретый до 2000 Кельвинов и сколько весит реактор + фотоэлементы + двигатель.
Попросите А.Семенова прокомментировать результат.

А вопросец, очень даже не-праздный, батеньки!



Я тут прикинул... конечно, кое что пришлось взять с потолка, например доля всего урана, одновременно находящаяся в реакторе при старте 1/4 (хотя Сергей Елистратов хочет поместить в реактор сразу всё). И я начал прикидывать для 30 000 ватт/кг (я хочу чудо-реактор) при 2500 К и электрическом КПД всей системы 30%... Так вот я получаю, что уран как поверхность-излучатель придётся раскатать в ... фольгу толщиной не более 0,23 мм (как это сделать критичным - вопрос частный и пока неясный)! При этом я беру за излучающую поверхность только одну сторону этой "фольги", предполагая что обратная будет направлена внутрь пустотелого абсолютно чёрного тела раскалённого до 2500 К...
Я тут хочу конечно же "странного". Как мы знаем, хотеть не вредно, вредно не хотеть... да...
Но конструкция реактора вырисовывается очень необычная! Хотя за основу я беру Штерновские "стержни".
Но даже если урезать осетра...
Опуститься на 3000 ватт/кг и поместить в реактор сразу весь уран, то толщина получается... 9 миллиметров (кг придётся раскатан в пластину 8 на 8 на 1 см)  ... Если Елистратов хочет использовать реакторы-излучатели в виде шаров, то они должны быть интересно устроены ибо такой шар должны быть в существенной мере... ПОЛЫМИ.

Кстати, если весь уран сразу помещать в реактор, то с точки зрения излучающей поверхности это лучше чем решение Штерна, но в этом случае вы должны в него же поместить очень много поглотителя нейтронов (это всё масс! лишняя!), который ПОТОМ как-то надо постепенно из реактора убирать что бы сохранять k=1 по мере выгорания топлива и отравления реактора. Хотя..., наверное, можно было бы попробовать механизм авторегулирования,  "выгорания" поглотителя в замедлитель (бора-10 например, поймав нейтрон превращается в литий-замедлитель и гелий)... Гм... а ведь замечательная идея если посмотреть, батеньки!

Гладко было на бумане... (надо считать скорость выгорания, она может сильно не совпадать со скорость выгорания урана и бора-10. Процессы друг друга сами по себе не будут поддерживать). Красиво но стрёмно... Хотя... Если допилить, то где-то и пригодится? Сам Бор-10 при поглащнии нейтрона выделяет дополнительную энергию, кстати... Это тут очень кстати!

Сергей Елистратов, @cryon (жалко Равлик ушёл отсюда!), у вас в ваших реакторах-шарах как предполагается? Уточните, любезнейший!

[Иван Моисеев]

Я тут прикинул... конечно, кое что пришлось взять с потолка, например доля всего урана, одновременно находящаяся в реакторе при старте 1/4 (хотя Сергей Елистратов хочет поместить в реактор сразу всё). И я начал прикидывать для 30 000 ватт/кг (я хочу чудо-реактор) при 2500 К и электрическом КПД всей системы 30%... Так вот я получаю, что уран как поверхность-излучатель придётся раскатать в ... фольгу толщиной не более 0,23 мм (как это сделать критичным - вопрос частный и пока неясный)! При этом я беру за излучающую поверхность только одну сторону этой "фольги", предполагая что обратная будет направлена внутрь пустотелого абсолютно чёрного тела раскалённого до 2500 К...

Смотрите на жизнь проще. Без КПД.
Перед вами печка системы "По щучьему веленью".
Автор отказался сообщить массу и габариты реактора, но дал температуру - 2000 гр.К.
Массу и габариты космического реактора берем отсюда:

(лля оценки габаритов берите окно, а не Буран слева).
Пока задумчиво смотрел на окно нашел в Инете - Габариты реактора: высота — 800 мм, диаметр — 550 мм.
пи эр2*высоту - это будет ... 0,76 м2.
Танцуем дальше. Какую мощность выделяет этот реактор?
По жизни - 196 МВт.
Но у нас система "По щучьему веленью". Реактор выделяет ту мощность, которое выделяет черное тело с температурой 2000 К.
А это площадь*4-ю степень температуры*постоянную Стефана-Больцмана.
0,76 м2 *1,60E+13* 5,67E-08= 690 кВт.
Сколько весит реактор? Весь двигатель - 2000 кг.
Смотрим на картинку и делим пополам. 1000 кг.
Удельная мощность сего комического реактора получается - 690 Вт/кг.
И это - потолок для описанного реактора.

В реале - много меньше.
"Высокотемперату́рный реа́ктор (ВТР), ядерный реактор, у которого рабочая температура в активной зоне свыше 750–800 °C. "- Большая российская энциклопедия.
При 1000 К - 40 Вт/кг.
И это только реактор. А там еще и фотоэлементы и двигатель -автофаг...
Конечно, интересен еще вопрос, как из ионного движка вытянуть скорость истечения 10000000 м/с...

[alex_semenov]

0,76 м2 *1,60E+13* 5,67E-08= 690 кВт.

Зрите в корень, батенька, Иван Михайлович!
И это при том, что полная тепловая мощность РД-0410 была 196 000 кВт!
А, кстати, полезная мощность?  Тяга 35 280 Н, скорость истечения 8927 м/с, То есть полезная мощность 35 280*8927/2=157 472 280 Ватт!
Вай! Шайтан-машина. Этож какой был термический КПД?  157 472 280/196 000 =0,80.. 80%!!!
Ну да, водород... почти идеальный газ...
То есть, если вы не прокачиваете через этот "бочёнок" ПОЛОЖЕННЫЙ поток водорода (ну вдруг кончился, а вы не заметили) то у вас будет...



Это был плановый тест KIWI TNT. Американцы хотели посмотреть что будет. Посмотрели и задокументировали. СССР заявил, что США нарушили только-только подписанный договор об прекращении ядерных взрывов в атмосфере...
Кстати, это, видимо, основная причина почему на этих двигателях никто так и не захотел летать. Да ну его нафик!
И самое смешное в том, что у "Ориона" ситуация абсолютно противоположная. Он в этом смысле абсолюно безопасный двигатель! Взорваться как-то нештатно "Орион" не может в принципе. Ядерные взрывы - это штатный режим его работы. А аварийная ситуация  - отсутствие взрыва. Ну да бог с ним, с "Орионом"...
Возвращаемся к реакторам.
Вот я об этом и говорю.
Если вы хотите сливать всю энергию как лампочка Ильича, через тепловое излучение, вам нужна большая поверхность. Так взяв за основы тепловую мощность РД-0410 и температуру 2000 К, я получаю площадь излучающий поверхности для этой теплевой мощности... 196000000/5.67E8/2000⁴=216 м². То есть, если это поверхность шара, то шар будет диаметром  2*(216/пи())^1/3= 8,2 м
Что это значит?
Я не поленился сделать картинку что бы все кто берут физику "чутьём" почуяли...



У нас теперь тут и реактор должен быть "консистенцией мыльного пузыря"
Понимаете о чём я?


Кстати это не так уж и плохо... гм... Если только найти способ как в нём поддерживать критичность.
 

Кстати, если мы хотим добраться до А Центавра за <180 лет, то (см. таблицу выше фиолетовый столбец) то у самой лёгкой, последней ступени электрическая мощность должна быть 64 МВт. Значит тепловая 64/0.3 = 214, даже больше чем тепловая у РД 0410. И масса  этой ступени у нас уже меньше 5 тонн, а конструкция (то есть собственно реактор и всё к нему) чуть больше 2 тонн.
Блин... Только заметил. Это случай без автофага. Полёт за 205 лет. Автофаг потребует еще большего "шара"!

Кстати, а какая масса была у РД-0410? В вики указана лишь масса радиационной защиты. 2 тонны. А сам двигатель? Учитывая что тяга 3,59 Тонн-силы, он сам себя поднимал?

[Иван Моисеев]

У нас теперь тут и реактор должен быть "консистенцией мыльного пузыря"
Понимаете о чём я?

Надо мыслить ширее.
Окружить реактор сферой Дайсона и получит собственную звезду. Красного карлика, но собственную.
Реактор можно сделать больше, бытовые реакторы на АЭС существенно больше. Но масса реактора растет быстрее... А если данный космический реактор "раздувать" - то вы точно отметили - критичность исчезнет тут же, она жестко связана с плотностью.

[alex_semenov]

Надо мыслить ширее.
Окружить реактор сферой Дайсона...

Иван Михайлович, вы только проснулись?  Проект Сергея Елистратова по-сути к этому же и сводится!
Поставьте тут фильтр только на сообщения @cryon и убедитесь.
Их тут всего 8 странци
 
Рисует он конечно хреново...



Но мысль понять можно, если захотеть. И мне кажется у него стрелка направления полёта наоборот. Это направление набегающего потока пыли и межзвеёздного газа по-идее.
Это в духе Штерна. Двигатель тянет всю конструкцию, а полезная нагрузка далеко сзади на "длинной тоненькой верёвочке". 

[Ulkolainen]

Пока задумчиво смотрел на окно нашел в Инете - Габариты реактора: высота — 800 мм, диаметр — 550 мм.
пи эр2*высоту - это будет ... 0,76 м2.

м3
Площадь основания на высоту это объем, а излучает площадь поверхности:
2 пи эр2 + 2 пи эр_*высота
Итого 1,86 м²

(кликните для показа/скрытия)

Кстати, у Вас и для объема диаметр был подставлен на место радиуса. Настоящий будет 0,19 - практически 200 литровая бочка, по габаритам примерно она и есть.

Далее по тексту с поправкой на.

[Иван Моисеев]

Пока задумчиво смотрел на окно нашел в Инете - Габариты реактора: высота — 800 мм, диаметр — 550 мм.
пи эр2*высоту - это будет ... 0,76 м2.

м3
Площадь основания на высоту это объем, а излучает площадь поверхности:
2 пи эр2 + 2 пи эр_*высота
Итого 1,86 м²

(кликните для показа/скрытия)

Кстати, у Вас и для объема диаметр был подставлен на место радиуса. Настоящий будет 0,19 - практически 200 литровая бочка, по габаритам примерно она и есть.

Далее по тексту с поправкой на.

Да, виноват, вы правы.

[alex_semenov]

Итого 1,86 м2

А нужно 216 м²... Да и то... Всё равно эбанит, не целулоид... В общем. Задача еще та! За что я и люблю тему межзвездных перелётов...  Ставит постоянно в тупик и заставляет мыслить нетривиально.


Забыл ответить:

Конечно, интересен еще вопрос, как из ионного движка вытянуть скорость истечения 10 000 000 м/с...

А зачем нам нужна такая дурная скорость истечения? Я же вам показал таблицы с оптимальным вариантом. Даже в случае самого быстрого автофага в 8 ступеней нам нужна скорость истечения в 3 825 315 м/с. Это не я придумал. Это Excel такую оптимальную скорость истечения мне нашёл! Именно при такой скорости истечения Зонд-автофаг Елистратова (можно Елистратова-Семёнова, будет совсем красиво звучать ) окажется у цели через 174,6 лет (при соблюдении прочих условий). А скорость истечения больше или меньше указанной приведёт к тому, что лететь мы будем дольше. Зачем же нам дурная скорость истечения в 10 000 км/с? Не! Мы - умные уже!

[Иван Моисеев]

А зачем нам нужна такая дурная скорость истечения? Я же вам показал таблицы с оптимальным вариантом.

Чем больше скорость истечения - тем лучше.
Но.
Бесплатный сыр бывает только в мышеловке.
Увеличение скорости истечения может потребовать (а может и не потребовать) увеличения стартовой массы или уменьшения расхода массы,
Но два последних параметра под логарифмом, их не очень жалко.