Двигатель для межзвёздных перелётов

[OratorFree]

К тому же для него нужен особый диапазон температур и будут невосполнимые потери.

Ну типа в отбрасываемое рабочее тело реактивного двигателя "восполнимая потеря".
Похоже это ваше возражение это скорее психологическое неприятие.
Про диапазон температур, наверное да. Но при снижении массы излучателя в пять раз стоит постараться.
Вакуумное масло - температура кипения  170-180° С

Кстати, мне кажется или масса капельного радиатора на графике растёт нелинейно в зависимости от мощности?

Какие данные есть в публикации, те и есть.
У авторов есть только одна цифра :  (0,15-0,2) кг/кВт, т.е. вариабельность теплоотдачи ~25%

[Джер]

К сожалению, двигателей с УИ более 10-15 км/с и при том ещё и с высокой тягой не завезли.

У металлического водорода (который недавно получен) УИ порядка 17 км/с и высокая тяга.
Есть ли принципиальный запрет на высокотяговые двигатели с более высоким УИ?

В свое время Роберт Зубрин предлагал идею такого двигателя

при эффективности выгорания ядерного топлива 0,8,скорость истечения рабочего тела для такого ЯРД составит 66000 м/с, удельный импульс 6730 секунд, мощность двигателя — 427 ГВт, тяга 12,7 меганьютон, тяговооруженность = 40, масса двигателя 33 тонны

Идея была раскритикована, так как испарение воды приведет к потере критической массы и затуханию реакции. Защитники Зубрина утверждали, что можно обеспечить такую скорость подачи уранового раствора, которая обеспечит наличие критической массы на выходе из сопла и "медленный ядерный взрыв". Однако никто не привел модельных расчетов.

Однако вопрос: если есть металлический водород, не может ли быть других экзотических материалов с высоким УИ и тягой?

[AlexAV]

У металлического водорода (который недавно получен) УИ порядка 17 км/с и высокая тяга.

Какое металлический водород имеет отношение к реактивному двигателю вообще? Как хранить будите? В алмазных наковальнях?

если есть металлический водород

Металлическим может быть что угодно. Есть такое явление - металлизация давлением, вот только всё это существует только при высоких давлениях и мгновенно исчезает при его снятие.

P.S. В какие-нибудь метастабильные полимерные фазы азота ещё поверить можно, всё же весьма прочная ковалентная связь с высокой энергией активации разрыва (и то страшно маловероятно). А метастабильности всяких металлических фаз высокого давления предпосылок вообще нет никаких.

[sharp]

Есть ли принципиальный запрет на высокотяговые двигатели с более высоким УИ?

Из ЗСИ и ЗСЭ выводится:
F = 2W/v, где v - скорость истечения.

Это и есть формула "конфликта" между УИ и тягой.

[Джер]

В алмазных наковальнях?

Обещизвестно, что металлический водород - метастабильная фаза, он должен сохраняться и в отсутствие давления https://ru.wikipedia.org/wiki/Металлический_водород

Метастабильные соединения металлического водорода перспективны как компактное, эффективное и чистое топливо. При переходе металлического водорода в обычную молекулярную фазу высвобождается в 20 раз больше энергии, чем при сжигании килограмма смеси кислорода и водорода - 216 МДж/кг

Вопрос - нет ли экзотического вещества с более высокой энергоемкостью?

F = 2W/v, где v - скорость истечения.
Это и есть формула "конфликта" между УИ и тягой.

Вы 216 МДж/кг подставьте и убедитесь, что конфликта тут нет.

[AlexAV]

Обещизвестно, что металлический водород - метастабильная фаза

Абсолютно не общеизвестно. В современных квантовых DFT-модели никакой существенной метастабильности у металлического водорода не наблюдается и близко. Слухи о наличие этой метастабильности восходят к некоторым работам 40-летней давности, но тогда вообще за отсутствием вычислительных мощностей рассчитывать ab initio свойства веществ толком не умели. Современные расчёты это не подтверждают (речь максимум идёт о сохранение этой метастабильности на масштабе микросекунд, что может иметь значение для интерпретации ударно-волновых экспериментов, но с технической точки зрения это не то).

[sharp]

2 Джер: в любом случае 17 км/с - это не сказать что супер-высокий УИ. Для полетов по СС его достаточно, конечно. Но тема о межзвездных...

[viesis]

В алмазных наковальнях?

Обещизвестно, что металлический водород - метастабильная фаза, он должен сохраняться и в отсутствие давления https://ru.wikipedia.org/wiki/Металлический_водород

Общеизвестно, что некоторые статьи в wiki пишутся фриками.
В условиях экспериментов водород должен по идее активно реагировать с алмазом с образованием
того же метана.

[AlexAV]

Абсолютно не общеизвестно.

Вот скажем достаточно новая работа по этому вопросу, где делается вывод о возможности некоторой метастабильности только при сверхвысоких давлениях (выше 10-20 ГПа) и мгновенном распаде при более низком давление: https://arxiv.org/pdf/1611.02593.pdf

[crazy_terraformer]

В алмазных наковальнях?

Обещизвестно, что металлический водород - метастабильная фаза, он должен сохраняться и в отсутствие давления https://ru.wikipedia.org/wiki/Металлический_водород

Общеизвестно, что некоторые статьи в wiki пишутся фриками.
В условиях экспериментов водород должен по идее активно реагировать с алмазом с образованием
того же метана.

Он просто невнимательно читал статью там пишут о желаемой возможности, но ни как о факте существования металлического водорода при н.у.
Сверхвысокое давление сдвигает реакцию в сторону образования твердых веществ или флюидов.

[Джер]

Слухи о наличие этой метастабильности восходят к некоторым работам 40-летней давности

Правильно, речь идет о работе Кагана-Бровмана 1971 года, которую впоследствии критиковали. Но последующие расчеты давали сходные результаты, хотя общий вывод можно сформулировать так: "если для других систем ошибка в несколько процентов не представляет серьезной проблемы, то для сильно сжатого водорода ошибка такого порядка уже очень важна... К сожалению, сколько-нибудь последовательный подход, выходящий за рамки локального приближения, пока не разработан" https://ufn.ru/ufn99/ufn99_11/Russian/r9911c.pdf
И судя по вашей ссылке на Бурмистрова и Дубовского 2016 года, в последние годы мало что изменилось. Насколько достоверен их вывод?

Но я ни в коей мере не собираюсь защищать метастабильность, подождем новых экспериментов и численных расчетов. Мой вопрос звучал иначе:

"нет ли экзотического вещества с более высокой энергоемкостью при переходе в нормальную фазу?"

Не водородом же единым!

[AlexAV]

"нет ли экзотического вещества с более высокой энергоемкостью при переходе в нормальную фазу?"

Не водородом же единым!

Существуют определённые надежды на полимерные фазы азота высокого давления. По расчётом они могут существовать в метастабильном состояние при нормальном давление, правда время жизни и там получается не слишком большим. Скажем вот одна из работа об этом: http://www.acclab.helsinki.fi/~knordlun/pub/npolymer.pdf

[Кремальера]

Абсолютно не общеизвестно.

Ну а относительно работ Диаса и Сильверы:
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1610/1610.01634.pdf
Что это на ваш взгляд было?

Вопрос - нет ли экзотического вещества с более высокой энергоемкостью?

Зачем вам новая экзотика?Есть кюрий,амереций, для актиноидного звездолета-ситечка.Осталось только повторить подвиг экспедиции Чердынцева на Челекен ,и делов..

У металлического водорода (который недавно получен) УИ порядка 17 км/с и высокая тяга.

Фрисби писал об УИ в 30 км/сек для метастабильного топлива на основе металлического водорода.

[AlexAV]

Что это на ваш взгляд было?

Точка, где они наблюдали изменение оптических свойств весьма близка к точке фазового перехода водорода, предсказываемой в DFT-моделях. Это можно рассматривать как аргумент, что там действительно получался металлический водород и это не артефакт, такие совпадения редко бывают случайными. Поэтому скорее склонен соглашаться с авторами работы, что им действительно удалось наблюдать металлический водород.

[viesis]

Что это на ваш взгляд было?

Точка, где они наблюдали изменение оптических свойств весьма близка к точке фазового перехода водорода, предсказываемой в DFT-моделях. Это можно рассматривать как аргумент, что там действительно получался металлический водород и это не артефакт, такие совпадения редко бывают случайными. Поэтому скорее склонен соглашаться с авторами работы, что им действительно удалось наблюдать металлический водород.

К сожалению мало данных по обжимающему устройству, указывается, что достигнуто давление почти
500ГПа, в то время как предел текучести алмаза ~ 20ГПа, из чего следует, что это устройство одноразового
действия.

[AndrejM]

Немного в сторону.
А насколько реальен двигатель долго работающий на алюминии или кремнии?

[Джер]

Зачем вам новая экзотика?

Нужен высокий удельный импульс! И экзотика тут существует

1. Свободные радикалы
Рекомбинация радикалов водорода дает УИ - 2200 с и соответствует скорости истечения до 30 км/с при температуре 1200 К.
Проблема в огромной реакционной способности радикалов. Предлагался вариант - вмораживать радикалы при температуре, близкой к абсолютному нулю, в обычную атомарную решетку. Но в эксперименте удалось добиться концентрации свободных радикалов, не превышающей процента.

AlexAV как скептик наверняка скажет, что свободные радикалы - тупиковый путь. Но и тут есть перспективные направления исследований. Например, сортировка свободных радикалов магнитным полем - соседние "вмороженные" атомы, имеющие параллельные электронные спины, уже не будут быстро рекомбинировать.

2. Возбужденные состояния обычных атомов
Например, при электронном возбуждении атомов гелия затрачивается энергия 470 МДж/кг, которая снова выделяется при переходе атомов в устойчивое состояние. Если она вся перейдет в тепло, может быть получен удельный импульс 3000 с.
Переход ортогелия в парагелий (сонаправленные спины электронов в противоположно направленные) может привести к выделению 500 МДж/кг тепла со значением теоретического удельного импульса 3200 сек. 

Рекомбинация ионизированного (+1) гелия - 600 МДж/кг (2370 кДж/моль), дважды ионизированного (+2) до 1900 МДж/кг! Теоретический УИ - 4000-10000 с.

Проблема тут в той же малой стабильности возбужденных состояний. Также есть проблема, как перевести всю эту энергию в тепло (обычно она излучается фотонами).

Но и здесь есть способ - ридберговское вещество с возбужденными уровнями n=1000-2000. Время жизни таких возбужденных состояний десятки секунд и теоретически может быть значительно увеличена (растет как пятая степень n), их энергия возбуждения близка к энергии ионизации, т.е. ридберговский гелий может выдавать УИ 4000-10000 с.

Естественно, скептики скажут, что получить такое ридберговское вещество невозможно... И пора расстаться с мыслями об одноступенчатых ракетах и полетах в Солнечной системе... Конечно, кому нужен этот космос!

[sharp]

Нужен высокий удельный импульс!

Вот именно, однако самый высокий УИ, озвученный в вашем посте - 10000с. Этот (и более высокий) УИ вполне доступен современным ионникам и плазменным двигателям. Для межзвездных перелетов требуется хотя бы 100000 с.

Рекомбинация ионизированного (+1) гелия - 600 МДж/кг (2370 кДж/моль), дважды ионизированного (+2) до 1900 МДж/кг!

Вероятно, вы считаете, что это много? Однако это на несколько порядков уступает калорийности даже радиоизотопного топлива, не говоря о топливе для ядерных реакторов.

[Ruslan_Sharipov]

Стрелка компаса ориентируется с севера на юг. На нее в магнитном поле действует крутящий момент. Но есть ещё один эффект. На магнитный диполь в неоднородном магнитном поле действует сила, пропорциональная градиенту магнитного поля. То есть надо оснастить космический корабль очень длинным сильным постоянным магнитом прямолинейной формы и ловить градиенты магнитных полей. Абсолютно дармовой по энергии движитель.

[AndrejM]

Стрелка компаса ориентируется с севера на юг. На нее в магнитном поле действует крутящий момент. Но есть ещё один эффект. На магнитный диполь в неоднородном магнитном поле действует сила, пропорциональная градиенту магнитного поля. То есть надо оснастить космический корабль очень длинным сильным постоянным магнитом прямолинейной формы и ловить градиенты магнитных полей. Абсолютно дармовой по энергии движитель.

С постоянным морока будет. Упадёт в потенциальную яму и как от туда вытаскивать?
Вот если бы для бутылки можно былобы только постоянные использовать. Это была бы экономия и для электрических и для термоядерных.