Двигатель для межзвёздных перелётов

[sharp]

В пределах СС (вообще) электроракеты не нужны, ибо их УИ слишком высок, что приводит к энергетической неэффективности.
Куда логичнее использовать солнечно-тепловые жидководородные ракеты с УИ=10км/с.

Более высокий УИ позволяет существенно повысить скорость перелетов. Поэтому если будет выбор между химией с УИ 10 км/с и ЭРД 40-50 км/с, скорее всего выбор будет сделан в пользу последнего.

[Андрей Курилов]

Более высокий УИ позволяет существенно повысить скорость перелетов.

Нет, это неверно. При прочих равных более высокий УИ снижает расход топлива. И только.

Поэтому если будет выбор между химией с УИ 10 км/с и ЭРД 40-50 км/с, скорее всего выбор будет сделан в пользу последнего.

Хорошо что не вы будете выбирать, а люди, которые ещё будут учитывать также тягу и прочие характеристики

[sharp]

Нет, это неверно. При прочих равных более высокий УИ снижает расход топлива. И только.

Более высокий УИ повышает конечную скорость, которую можно достигнуть. Выше скорость - меньше время перелета.

Хорошо что не вы будете выбирать, а люди, которые ещё будут учитывать также тягу и прочие характеристики

Именно, будут учитывать формулу Циолковского, про которую вы почему-то забыли.

[Андрей Курилов]

Более высокий УИ повышает конечную скорость, которую можно достигнуть. Выше скорость - меньше время перелета.

При прочих равных он кратно уменьшает тягу и увеличивает время разгона. Даун разгонялся сколько лет, чтобы чуть изменить орбиту? Обычная ЖРД сообщает столько же дельта-v за 2 минуты.

Именно, будут учитывать формулу Циолковского, про которую вы почему-то забыли.

Попрошу за меня не решать, что я забыл, а что нет.

[sharp]

Ну возьмите в руки калькулятор и посчитайте время полета "при прочих равных" на ЖРД и ЭРД на расстояние 5 а.е. Считаем, что УИ в первом случае 10, во втором 40.

[Андрей Курилов]

Ну возьмите в руки калькулятор и посчитайте время полета "при прочих равных" на ЖРД и ЭРД на расстояние 5 а.е. Считаем, что УИ в первом случае 10, во втором 40.

Ой, я в этой теме столько уже всего считал, что пожалуй, на этот раз уступлю это занятие молодым

Поэтому если будет выбор между химией с УИ 10 км/с и ЭРД 40-50 км/с, скорее всего выбор будет сделан в пользу последнего.

Только сейчас заметил, что вы солнечнотепловой ракетный двигатель назвали "химией". Сами поймёте где сели в лужу?

[sharp]

Ой, я в этой теме столько уже всего считал, что пожалуй, на этот раз уступлю это занятие молодым

Да не вопрос. Значт, УИ 10 км/с. Какова предполагаемая энерговооруженность (кВт/кг сухой массы)?

Сами поймёте где сели в лужу?

Я в лужи не сажусь, так что вопрос не корректен.

[Проходящий Кот]

Если это не лужа, то что?

[Андрей Курилов]

Но некоторые из них могут при использовании мощного источника энергии выдавать большую тягу.

При линейном росте скорости истечения, энергию требуется повысить квадратично. Поэтому для УИ свыше 1000 км/c - нужен либо ТЯРД, либо взрыволет той или иной конфигурации.

Вот вы же умный человек, сами назвали причину, почему иногда УИ лучше поменьше. Для межпланетных полётов СС не нужен УИ больше 10-25 км/с. С УИ выше 10-15 км/с вообще беда. Все известные электроракеты требуют... электричество, что влечёт за собой резкое ущемление удельной мощности по причине технологической громоздкости мощных источников электроэнергии. Отсюда на выходе ничтожная тяга, которая сводит на нет все достоинства более высокого УИ.

[Андрей Курилов]

Да не вопрос. Значт, УИ 10 км/с. Какова предполагаемая энерговооруженность (кВт/кг сухой массы)?

Внимание вопрос - какое это имеет отношение к текущей теме?

[sharp]

Каким образом тягу-то собираетесь считать?

[Андрей Курилов]

Каким образом тягу-то собираетесь считать?

Простите, что я собираюсь считать? Я собираюсь что-то считать?

[sharp]

Варианта только два: либо считать, либо давать взятые с потолка умозрительные оценки.

[Андрей Курилов]

Каким образом тягу-то собираетесь считать?

Попробую на пальцах.
УИ пропорционально квадрату мощности энергоустановки.
А тяга пропорциональна 1-й степени мощности энергоустановки (или расходу топлива).
Поэтому УИ повышать энергетически квадратично затратнее, чем тягу.
Вы же пытаетесь мыслить только формулой Циолковского и не видите проблемы следующего уровня - проблемы удельной мощности. Хотя вы и не глупы, так как "энерговооружённость" упоминали.

[sharp]

Попробую на пальцах.

Отвечу не на пальцах, а с цифрами. Пусть масса рабочего тела = 2 массам сухого корабля, в обоих случаях. Пролететь требуется 5 а.е.

Вот берем двигатель с УИ=10 км/с. Пусть тяга = 1 Н/кг, и всего за несколько часов корабль потратит рабочее тело, достигнув пиковой скорости. Какова эта скорость? Формула Ц. дает 11 км/с.
Расстояние 5 а.е. будет пройдено за 789 дней (или 2,16 года). Для данного УИ при указанном запасе р/т это абсолютный предел, как не играйте с энергоэффективностью, вы этот срок не повысите. Остается только повышать запас рабочего тела, однако формула Циолковского наглядно показывает, что конечную скорость это повышает крайне неэффективно.

Теперь берем ионник с УИ=40 км/с. Удельная мощность - 50 Вт/кг сухой массы, более чем достижимая при использовании ядерного реактора. Тяга на почти "сухом" корабле всего 0,0025 Н/кг, в начале конечно еще меньше. Конечная скорость 43 км/с. За сколько корабль наберет эту скорость? За 370 дней. А какой путь будет пройден на таком разгоне? 4,62 а.е! И еще за 13 суток корабль пролетит оставшуюся дистанцию. Не верите - перепроверяйте.

Итого, выигрыш более чем в 2 раза даже на перелет в 5 а.е. И он будет еще заметнее на более дальних дистанциях в пределах СС.
Таким образом, низкий УИ имеет смысл только для близких перелетов в пределах 1 а.е. И для околопланетарных маневров, разумеется.

[Андрей Курилов]

Остается только повышать запас рабочего тела, однако формула Циолковского наглядно показывает, что конечную скорость это повышает крайне неэффективно.

Здесь вы ошибаетесь. Есть фиксированное массовое число (около 4,68 или 4,8, не помню точно)) когда энергетическая эффективность максимальна. См. "уравнения Семёнова" в этой теме. Конечное приращение скорости при этом примерно в 1,6-1,7 раз больше скорости истечения.

Удельная мощность - 50 Вт/кг сухой массы, более чем достижимая при использовании ядерного реактора.

Вот тут есть некоторые сомнения. Т.е. нормальный межпланетный корабль массой 200 тонн должен будет где-то брать 10 МВт электричества только для двигателя.

Итого, выигрыш более чем в 2 раза даже на перелет в 5 а.е

ВСЕГО в 2 раза. Причём, по энергии вы проиграли, подозреваю, куда больше, чем в 2 раза. Вы сравниваете кислое с мягким. Я говорю что ЭФФЕКТИВНЕЕ - значит меньше затрат энергии, меньше лишних преобразований с лишними потерями а-ля тепло-электричество-тепло. Вы же говорите, что это означает "меньше времени лететь, пускай так, даже если не хватит времени для торможения". О чём спор-то?

[Проходящий Кот]

.......
Итого, выигрыш более чем в 2 раза даже на перелет в 5 а.е. И он будет еще заметнее на более дальних дистанциях в пределах СС.
Таким образом, низкий УИ имеет смысл только для близких перелетов в пределах 1 а.е. И для околопланетарных маневров, разумеется.

Вы программируете торпеду?

[sharp]

когда энергетическая эффективность максимальна

Энергетическую эффективность в данном контексте считаем как что? Как отношение затраченной энергии к набранной скорости?

Я говорю что ЭФФЕКТИВНЕЕ - значит меньше затрат энергии, меньше лишних преобразований с лишними потерями а-ля тепло-электричество-тепло. Вы же говорите, что это означает "меньше времени лететь, пускай так, даже если не хватит времени для торможения". О чём спор-то?

Ну так ясное дело, что с точки зрения энергоэффективности достаточно придать КА минимальную скорость, при которой он достигнет цели. Но вы забываете, что проект финансируется деньгами, для денег в современном мире важен срок окупаемости, поэтому время - это тоже ресурс.

Кроме того, использование ядерного реактора лишает необходимости париться о количестве потраченной энергии, все равно возможный срок работы на требуемой мощности скорее всего будет больше срока межпланетной миссии. То есть критическим ресурсом является только мощность.

Т.е. нормальный межпланетный корабль массой 200 тонн должен будет где-то брать 10 МВт электричества только для двигателя.

Реактор "Гиперион" весит 20 тонн и дает 27 МВт электрической энергии. Как раз подходит для корабля порядка 200 тонн.

[Проходящий Кот]

У нас в этой теме расстояния измеряются парсеками, а время необходимой работы ---- тысячелетия.....

[Андрей Курилов]

Ну так ясное дело, что с точки зрения энергоэффективности достаточно придать КА минимальную скорость, при которой он достигнет цели. Но вы забываете, что проект финансируется деньгами, для денег в современном мире важен срок окупаемости, поэтому время - это тоже ресурс.

Нет, это не верно. Зря вы не потрудились поискать выводы Семёнова в этой теме. Теперь устыдитесь своему невежеству, а цитату сразу ниже повесьте на стену и в рамочку:

Это энергетический оптимум.
При большей или меньшем отношении скорости полета к скорости истечения вы тартите на кг ракетной массы  ЛИШНЮЮ энергию.

Объяснение почему, выглядит примерно так:


Массовое число при этом 3.68. На каждую тонну корабля надо иметь 3.68 т топлива.

Кроме того, использование ядерного реактора лишает необходимости париться о количестве потраченной энергии

И опять фундаментальная ошибка из-за непонимания азов термодинамики.
Из ядерного реактора вы можете получить много тепловой мощности. Это энергия с высокой энтропией. Чтобы из неё получить что-то полезное, придётся изрядно запариться. Причём это фундаментальнейший закон физики. Из сколько-угодно-тепловой-мощности вы не сможете легко получить столь же много полезной (низкоэнтропийной) энергии, например, электричества. Здесь начинаются проблемы. Радиаторы, турбины и так далее. Они закопают ваши мечты об электрозвездовозах на корню.

Реактор "Гиперион" весит 20 тонн и дает 27 МВт электрической энергии. Как раз подходит для корабля порядка 200 тонн.

Знали бы вы, как жестоко вы заблуждаетесь. Вот он, ваш Гиперион:

Только Гиперион не вот это всё на картинке, а маааааленькая оранжевая цилиндрюлинка внизу по центру. Это - 20 тонн. А в космосе вам понадобится всё, что на изображении и даже больше, ибо система охлаждения будет значительно монструознее. И это уже будет не 20 тонн и даже не 200, а хорошо если в 2000 тонн уложится. Теперь понимаете всю печаль?