Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Слишком большая масса на единицу тяги. На требуемое время (<500 лет) ни при каком оптимизме не вытягивает.

Тогда вам надо показать где конкретно в концепции Виверна он заложил слишком оптимистические массовые параметры (у него там все распальцовки всех узлов сделаны, хотя, если я не ошибаюсь, где-то он пропустил массу радиаторов для какой-то подсистемы, но это не принципиально, это еще 10 тонн, например). Значит на 60 тонн для 3 ГВт тепловой мощности он ну никак не сможет выйти.
Ибо если он все же выйдет то для 100 тонного корабля мы получаем 15 квт/кг и 374 года полета (а если  эффективность предположить 0.75, как примерно у Виверна и планировалось то получим вообще эм… 327 лет). 
В любом случае ваше ограничение <500 лет мы (с Виверном) вкладываемся!

Что бы не вложиться в ваш критерий, Виверн должен был ошибиться где-то НА ПОРЯДОК а может и другой. Где?
Статья его - вот.

[bob]

И что-же будут есть, пить и чем дышать люди на этом корабле с полезной массой 450 тонн? И да любой ремонт может потребовать запасных частей. Где их брать будем? Заказывать с Земли?

Да. Почтой России. Службой доставки.

Про экипаж на зонде на тысячу лет я пожалуй промолчу.

Только корабль спящих. Но гибернация человека лежит далеко за пределами возможностей биологии и медицины:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,102454.msg2216565.html#msg2216565
Кроме того, такой слипер-шип, сделанный по принципу Боб-зонда (мёрзлый всю дорогу и просыпающийся только у цели от лучей местного солнышка) надо запускать при стопроцентной гарантии наличия в лёгкую колонизуемых планет. Потому, что билетик-то будет в один конец. И это русская рулетка с пятью патронами в барабане: корабль может промахнуться мимо узкого кружка снеговой линии из-за ошибки при наведении (и не только из-за неправильной последней коррекции траектории - невозможно учесть всех потоков межзвёздного газа, точно определить смещение звезды-мишени за счёт собственного её движения за тысячи лет, и гравитационная задача многих тел не имеет точного решения), электроника и люди могут быть выбиты космическими лучами по дороге, разложится топливо тормозного блока (который может быть только химическим, ядерный сдохнет от полураспада), планеты могут оказаться не столь землеподобнымии, как казалось с Земли, просто что-нибудь сломается или найдётся конструкторский, инженерный или сборочный просчёт, не замеченный на Земле (одно дело - поломка Бриза-М со спутником связи, другое дело - его поломка через тысячи лет, когда больше нечем тормозить, а до Солнышка парсеки) и т.п. В общем, вырисовывается весь веер возможных сценариев малобюджетного космического ужастика в стиле "Обратной скорости" и "Звёздного склепа".

[Иван Моисеев]

Тогда вам надо показать

Не надо. Вы должны были заметить, что я не занимаюсь критикой проектов, я их только фиксирую. Если уж я сказал "не пойдет", то это редкий случай, считайте просто инсайдовской информацией, источники разглашению не подлежат . Но могу посоветовать присмотреться к энергетическому (в т.ч. тепловому) балансу.
 

[alex_semenov]

А разве сейчас нет более совершенных электрических ракетных двигателей типа холловского?

Господа, как вы задрали со своими "более совершенными" двигателями! Я уже устал объяснять вам "де морЭ!"
Что значит более совершенный ионный двигатель для МЕЖПЛАНЕТНОГО перелета?
Это двигатель который отбрасывает массу со скоростью ~50 км/с и при этом МАКСИМИЗИРУЕТ секундный расход топлива.
Это проблема всех ионников. Хорошая (чересчур) скорость истечения и слишком мизерная тяга. Тягу надо повышать, скорость истечения желательно иметь постоянной порядка 50-70 км/с (не более!).

У обычного ионника ток (а значит секундная масса) между электродами ограничивается так называемым  законом Блоха



То есть ток ограничивается  степенью 3/2 от разности потенциалов на решетке U.

А разность потенциалов ТВЕРДО ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ скоростью истечения (и массой иона, то есть типом топлива).



При скорости истечения всего в 50-70 км/с (больше для межпланетного корабля просто ВРЕДНО!) мы получаем очень мизерный максимальный ток (через площадь электродов, то есть на массу двигателя). Поэтому обычный ионник считается НЕСОВЕРШЕННЫМ и надо выдумывать что-то поинтересней.  Тот же холлвоский ионник, например позволяет протолкнуть через ту же площадь сопла куда большую массу плазмы (ибо там действительно уже плазма, смесь ионов и электронов и объемный запирающий заряда для него не возникает, хотя начинаются другие чудеса). Поэтому все  так хвалится холловские ионники  как совершенство для космоса (межпланетного космоса!).
Но в нашем случае скорости истечения будут в 100 раз больше. Порядка 5000-7000 км/с и даже более. Разность потенциалов в квадрат больше. То есть в 10 000 раз больше. Степень 3/2 от 10 000 это  1 000 000. То есть наш межпланетный ионник может пропускать в секунду в миллион раз  больший ток или в миллион миллиграммов рабочей массы за секунду больше чем тот который отбрасывает рабочую массу со скоростью 50 км/с.
То есть для межзвездного ионника проблема объемного заряда фактически снимается!
Напротив, для традиционных топлив (типа ксенона) там нужно настолько огромная разность потенциалов, что лучше использовать что-нибудь полегче (вплоть до водорода!)
Какой смысл переходить к каким то  "более совершенным двигателям"?
Классический ионник практически идеален для нашей задачи.

[alex_semenov]

Не надо. Вы должны были заметить, что я не занимаюсь критикой проектов, я их только фиксирую. Если уж я сказал "не пойдет", то это редкий случай, считайте просто инсайдовской информацией, источники разглашению не подлежат . Но могу посоветовать присмотреться к энергетическому (в т.ч. тепловому) балансу.

У какой вы противный, Иван!

Да, я помню как вы цапались с Факиром на новостях космонавтики именно по этому поводу. Жуткое зрелище! Поэтому не стану задираться (ибо не имею и одного процента уверенности, от той что была у Факира).

Про энергетический баланс.
Да, я сам указывал Виверну, что у него его оценки не сходятся чисто по законам сохранения энергии. И я делал свой баланс. Показыал, что скорость истечения (средняя) у него получится куда меньше (именно из энергетического баланса). Но все равно получалось у меня не плохо (и тут же я считают так же). Как по мне, самое узкое место у него - преобразователи тока. Уж больно лихо он снимает ток, электроэнергию (и не малую!) с одного из концов пробкотрона и опять же (с минимумом потерь) вкачивает в плазму через инжекторы топлива.

Кстати, Факир, как я понимаю - один из отцов Виверн-джета. Я как-то откопал на авиабазе ветку, где виверн-джет у Виверна рождался (задолго до вашего спора с Факиром на новостях космонавтики) и Факир был по-сути на этой ветке "научным руководителем" (главным критиком и советчиком) Виверна (жаль что я не знаю настоящих имен ни Виверна ни Факира).

[alex_semenov]

Вот если бы к нам приблизилась звезда на 1 св. год… тогда на мощности 1500 ват/кг мы добрались бы менее чем за 300 лет, а на 200 ват/кг за 577 лет

А мощность повысить никак?

Вы прочли вот это?
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,82348.msg3071187.html#msg3071187

Выше 1500 (ну 2000) для классической концепции ионного двигателя вряд ли будет иметь смысл. 
Дальше заметное уменьшение времени перелета можно получить только, если увеличить удельную мощность НА ПОРЯДОК. Скажем до 15 000 - 20 000. Как у обсуждаемого здесь гипотетического виверн-джета.
Но для скачка на порядок у классической связки ионник+реактор просто нет никаких резервов (мы и так предполагаем что, сможем на порядок выкрутить удельную мощность с 100 ват/кг сейчас до 1000 ват/кг в будущем.  А два порядка роста - это уже за гранью добра и зла).
Лучшее что мы видели для классической связки (мы тут это обсуждали ранее) - изотопный "шарик"-генератор на полонии дававший 4 166 вт/кг для всего корабля.
И это, видимо, придел ухищрений (который нам не подходит). Своего рода верхняя граница. Поэтому и на графике я более 4000 вт/кг не показывал.

В чем термический ПРЕДЕЛ классической связки реактор+ионник? В том, что ВСЮ паразитку ему надо сливать в космос через радиаторы, что сильно обременяет. То есть 75-50% всей выделившейся энергии приходится сливать с радиаторов.
Откуда можно надеятся на скачек полезной мощности для того же Виверна? Потому что он - "дырявый". Заметная часть паразитной энергии (в очено "горячем" виде!) улетает в космос НАПРЯМУЮ (скажем, через нейтроны или гамма-излучение), минуя конструкцию корабля, что позволяет надеятся на 10-и кратное облегчение всей системы сразу (вопрос можно ли надеятся на 100 кратное?).

[stuuvi]

Только корабль спящих.

Спящих, либо под веществами. Иначе никак не долететь. Ну можно на худой конец силой фантазии обойтись, но эффект присутствия будет не тот. Ну либо какие то психотехники вроде гипноза или медитации.

[вячеслав27]

Только корабль спящих.

А как они будут просыпаться на случай поломки? Т.е. система будет запрограммирована будить их в случае поломки? А если сама система контроля накроется?

[bob]

Спящих, либо под веществами. Иначе никак не долететь. Ну можно на худой конец силой фантазии обойтись. Ну либо какие то психотехники вроде гипноза или медитации.

Да. Водка "Белый Орёл" - лечу, куда хочу... 

А как они будут просыпаться на случай поломки? Т.е. система будет запрограммирована будить их в случае поломки? А если сама система контроля накроется?

Об чём и речь. См. ниже насчёт фильмов ужасов. Как там, в первых трейлерах "Алиена" и "Горизонта": "Бесконечный космос - бесконечный ужосс. В космосе никто не услышит твоего крика".

[вячеслав27]

Какой смысл переходить к каким то  "более совершенным двигателям"?Классический ионник практически идеален для нашей задачи.

т.е. остальные электро-ракеты типа МПД намного хуже?

[Иван Моисеев]

Да, я помню как вы цапались с Факиром на новостях космонавтики именно по этому поводу. Жуткое зрелище! Поэтому не стану задираться (ибо не имею и одного процента уверенности, от той что была у Факира).

Факир, насколько я помню - теоретик. А я - инженер. Теоретик может спроектировать табуретку с ножками толщиной в спичку (кажись на сжатие - выдержит), а я знаю, что человек никогда не будет сидеть так, как хочется проектанту.

[alex_semenov]

т.е. остальные электро-ракеты типа МПД намного хуже?

Причем тут хуже? Зачем МПД? Какой смысл в нем, если старый друг, лучше не хуже новых двух?

[-Asket-]

Спящих, либо под веществами.

http://lenta.ru/articles/2014/12/01/sleepinglady/

[вячеслав27]

Причем тут хуже? Зачем МПД? Какой смысл в нем, если старый друг, лучше не хуже новых двух?

Уважаемый я не вполне владею темой, поэтому мои вопросы направлены на то, чтобы разобраться, а не чтобы поругаться. Читал например тут - http://alfven.princeton.edu/papers/sciam2009.pdf что холловский и МПД-двигатель имеют большую тягу. Вот я и спросил почему они не лучше ионника?

[Андрей Курилов]

То есть для межзвездного ионника проблема объемного заряда фактически снимается!
Напротив, для традиционных топлив (типа ксенона) там нужно настолько огромная разность потенциалов, что лучше использовать что-нибудь полегче (вплоть до водорода!)
Какой смысл переходить к каким то  "более совершенным двигателям"?
Классический ионник практически идеален для нашей задачи.

Неверно, МПД двигатель избавлен от этих проблем

[Инопланетянин]

разложится топливо тормозного блока (который может быть только химическим, ядерный сдохнет от полураспада)

Ну нефть же не разложилась, так почему…?

[alex_semenov]

что холловский и МПД-двигатель имеют большую тягу. Вот я и спросил почему они не лучше ионника?

Если просто читать где-то там, то будете просто бегать по кругу непонимания бесконечно. Надо с какой-то стадии начинать СЧИТАТЬ.
Иначе ничего никогда не поймете!
Вот что такое ТЯГА ракетного двигателя? В моем ответе выше это предполагается само собой. Тяга это изменение импульса или (в данном случае) секундный расход рабочей масса  умноженная на скорость истечения.
Верно?



То есть повысить тягу ракетного двигателя можно ДВУМЯ способами.
Либо  увеличивая секунрдый расход массы (килограмм за секунду), либо скорость истечения.
Но увеличить скорость истечения - КВАДРАТИЧНО увелиит расход энергии на килограмм отбрасываемой массы ибо эм-вэ-квадрат, как известо (писать даже не буду). А значит, если вы не хотите заметного роста энергетических расходов пс повышением тяги, вам нужно повышать именно секундный расход.
То есть повышая секундный расход массы, вы повышаете энергозатраты линейно, а повышая скорость истечения - квадратично.
О борьбе за секундный расход и был мой пост.
Но надо же при этом понимать, что эффективность ракеты как движителя максимальна при скорости истечения примерно того же порядка что и dV - суммарное приращение скорости!
Если вы летаете между планетами вам достаточно dV ~50-70 км/с. И значит вам достаточно (оптимально) такой же скорости истечения из двигателя. Для всяких там ЖРД это недостижимо. Но для ионника - это очень просто. Более чем просто. Пара киловат напряжения на сетку - и пожалуйства! Главная битва за совершенство ионника - повышение секундного расхода при ЗАДАННОЙ низкой (относительно, разумеется) скорости истечения (протекания тока между электродами).
Но в нашем случае  dV в сотни раз выше и оптимальная скорость истечения - тоже. И это практически снимает проблему малого расхода массы уже само по себе. Ибо увеличив скорость в 100 раз (см. формулу выше) мы в 100 раз увеличим тягу при том же расходе топлива. Но кроме этого, у нас ведь в 1000 000 раз уверичивается и пропускная способность двигателя (закон Блоха!). То есть мы можем увеличить (при всех прочих) в 100 000 000 тягу.
Это более чем избыточная возможность! Ибо тут мы оказывается сильно ограничены не параметрами двигателя а как раз источником энергии его удельной мощностью!

Неверно, МПД двигатель избавлен от этих проблем

Зачем избавлять от того, чего нет?
У обычного ионника нет "этих проблем" при наших скоростях истечения.
Там единственное что может быть - деградация сетки. Но и это уже обсуждалось. При больших скоростях ионов она падает и даже уже достигнутые характеристики классических ионников вполне себе нас удовлетворяют и в этом смысле.

Еще один бонус, обычно опускаемый - резкое повышение кпд ионника при повышении скорости истечения. При скоростях 50-70 км/с КПД двигателя составляет 75-80%. Львиная доля этих затрат - расходы на ИОНИЗАЦИЮ рабочего тела. Даже используя легко ионизируемые вещества, ионизация одного килограмма составляет заметную часть от энергии, необходимой для разгона этого килограмма до 50-70 км/с.
Но если вы разгоняете ЭТОТ ЖЕ КИЛОГРАММ до в 100 раз большей скорости, то полезная энергия на килограмм возрастает квадратично в 10 000 раз, а паразитная, на ионизацию остается той же и просто теряется на фоне этих энергозатрат. КПД ионника устремляется к 1.
При этом можно уже в качестве рабочего тела использовать куда более широкий спектр веществ даже с очень большой энергией ионизации.

[Андрей Курилов]

Васимр лучше любого ионника по тяге ж, а МПД лучше любого холловского движка по УИ. При прочих равных - в обоих случаях. Плюс - избавление от эрозии, особливо в первом случае.

[вячеслав27]

Но и это уже обсуждалось.

Где?

[alex_semenov]

Васимр лучше любого ионника по тяге ж, а МПД лучше любого холловского движка по УИ. При прочих равных - в обоих случаях. Плюс - избавление от эрозии, особливо в первом случае.

Это все слова из какой-то стати?

Где объяснения (доказательтсва) почему лучше?
Все что вы видите в красочных журналах-мурзилках - это МЕЖПЛАНЕТНЫЕ двигатели. Уловите!
И умненькие дядечки из рокет-лабс вам рассказываю сказочки (лучше-хуже) исходя из МЕЖПЛАНЕТНЫХ задач.
Вы же эти "лучше" -"круче" линейно (и тупо) переносите на совсем иную задачу.
Для нашего случая все это надо пересматривать с нуля.
От элементарной теории.
А где она у вас тут?

Но и это уже обсуждалось.

Где?

Примерно здесь: https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,85164.140.html
Вы еще там пытались понять теорию на которой все тут сторится, но видимо с тех пор так и не уловили суть. Верно?