Двигатель для межзвёздных перелётов

[AlexAV]

И поэтому, возражая на тему термоядерного двигателя вы стали говорить о том, что им по определению не является?

Я прокомментировал материал, который был по тем ссылка, которые Вы привели. Они действительно к термоядерному двигателю отношения не имеют, впрочем это не делает... как бы это сказать помягче... менее фэнтезийными.

Что касается термоядерного двигателя - то сейчас то и наземную станцию сделать не могут, а двигатель (вопреки распространённому мифу) - это куда сложнее.

[Valerij56]

Реально работающий пробкотрон в Новосибирске, зажегший термоядерную плазму - это и есть прототип,

То что там получено ядерное горение - это вы сами придумали.

   
Каюсь, в этот раз погорячился, прибёг к художественной метафоре. Нет, не зажгли, а достигли условий, при которой реакция пошла, и плазма была достаточно стабильна. А то, что на наземной и такой небольшой установке никто и не планировал положительного выхода мощности, вы и сами честно написали:
   

Пробкотрон там реальный, служит для исследования методов удержания, однако никакого зажигания там не получено и близко (да и никто на это и не претендует). Эксперименты ведутся только с дейтерием, что для той системы конечно даёт какой-то поток нейтронов, но коэффициент мощности для такой системы естественно получается ничтожно малым. Там не точ то до зажигания (самоподдерживающейся реакции в плазме), но просто до Q=1 очень далеко (впрочем этого от такой небольшой системы никто и не ожидает).

[AlexAV]

Вместо обычного магнитного удержания - используют два лазера. Одним лазером превращают мишень из бора в плазму. А вторым лазером создают поток протонов бьющие в атомы бора. Протон+Борон реакция еще лучше чем Дейтейрий+Гелий3. Там вообще нейтронов не будет.

ЧОт фигня какая-то. Слишком оптимистично что бы быть совсем уж правдой.

Это в сущности вариант пучковой системы с довольно экзотическим механизмом ускорения пучка. Таким способом действительно получается какое-то количество актов синтеза. Однако, как любой пучковой системы, получить таким способом Q>1 невозможно даже теоретически. Пучок ионов в мишени теряет энергии слишком быстро, чтобы произвести достаточное колличество актов синтеза для покрытия затрат на своё создание.

[Technecy]

Маленький дизель очень сложно сделать - он тратит энергии больше, чем вырабатывает,

Ничо подобного. Есть маленькие дизеля.
И проблема там не в том что дизель вырабатывает мало энергии. КПД его достаточно высок для работы, в любом размере.

в нём топливо детонирует.

Нет ниодного. НИ ОДНОГО! ДВС, включая газовые турбины, в котором топливо ДЕТОНИРУЕТ. Топливо в ДВС- горит. Без детонации. Иначе двигателю просто кранты.

Картинки взяты из презентаций.

Конечно не со стола разраба. Было бы удивительно.

Чтобы понять это надо знать, как обозначаются в НАсА этапы разработки.

Не надо ничего знать про наса. Достаточно прочитать текст.

где я говорил, что у термоядерного двигателя не будет радиаторов? Пальцем покажите, пожалуйста.

Тут:

у нормального термоядерного двигателя именно рабочее тело и есть основной радиатор

Справедливости ради нужно конечно отметить что:

У него, безусловно, должно быть много второстепенных агрегатов со своими радиаторами,

Однако это капля в море.
Ибо:

главным является именно рабочее тело,

Этому всему до прототипа - как для луны ползком. Часть конструкций вообще неработоспособная даже в теории.

   
И поэтому, возражая на тему термоядерного двигателя вы стали говорить о том, что им по определению не является?

Стоп стоп. Никто иной как Вы, ссылались на эти работы как на основу и доказательство "работ по рабочим прототипам" в НАСА. Не?

[Valerij56]

И поэтому, возражая на тему термоядерного двигателя вы стали говорить о том, что им по определению не является?

Я прокомментировал материал, который был по тем ссылка, которые Вы привели. Они действительно к термоядерному двигателю отношения не имеют, впрочем это не делает... как бы это сказать помягче... менее фэнтезийными.

   
В НАСА изучают много проектов межзвёздного двигателя, и три из них термоядерного двигателя. По ссылке они тоже есть. Все они ищут вариант компактного термоядерного двигателя, который, кстати, может иметь достаточную тягу для старта с планеты.
   

Что касается термоядерного двигателя - то сейчас то и наземную станцию сделать не могут, а двигатель (вопреки распространённому мифу) - это куда сложнее.
   

Наоборот, двигатель для корабля орбитального базирования намного проще. Ему не нужны системы ваккумирования, он может быть большим и иметь меньшее плотность плазмы. А значит не требует "волшебных", способных выдержать фантастические нагрузки, материалов. Число столкновений атомов во встречных пучках пропорционально давлению плазмы и объёму активных участков, так что можно компенсировать снижение плотности плазмы увеличением размеров.

[bob]

он может быть большим и иметь меньшее плотность плазмы. А значит не требует "волшебных", способных выдержать фантастические нагрузки, материалов. Число столкновений атомов во встречных пучках пропорционально давлению плазмы и объёму активных участков, так что можно компенсировать снижение плотности плазмы увеличением размеров.

Нельзя. Поскольку плотность шнура плюс его температура.

[AlexAV]

Наоборот, двигатель для корабля орбитального базирования намного проще.

Для двигательного реактора требуется очень высокий коэффициент усиления мощности, идеально режим само поддерживающегося горения плазмы (без ввода дополнительно энергии извне). А на земле можно обходиться Q = 10 - 15 (для двигателя такие значения не подойдут просто в силу то, что система преобразования энергии для осуществления цепочки тепло - электричество - ВЧ энергия) получится слишком тяжёлой. А  Q = 10 - 15 и режим самоподдерживающегося горения - это радикально разные задачи по сложности.

Кроме того, если сейчас на земле ориентируются на самую простую реакцию, т.е. D-T, то для космоса она явно не пойдёт (слишком много энергии уносят нейтроны, слишком большие требования к нейтронной защите, а она тяжёлая, слишком неудобен в хранение тритий).

А проблема реализации He-3-D на порядок сложнее D-T. И вопрос тут даже не в несколько более жестком формальном критерии Лоусона, если бы проблема была только в этом - эту сложность можно было бы считать не особо принципиальной. Куда хуже, что для этой реакции становятся критическими проблемы, которых для D-T просто нет, или они являются второстепенными, скажем накопление золы (т.е. гелия-4 в плазме), помимо это существенно большей проблемой становятся вопросы поступления примесей с первой стенки и потерь на синхротронное излучение.

Скажем вообще есть аргументы, о том, что в простой открытой ловушке  He-3-D с высокими значениями усиления мощности не может гореть принципиально (http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/34667), по крайней мере без каких-то методов селективного удаления золы из плазмы, что является весьма сложной проблемой (и не факт, что вообще решаемой).

Число столкновений атомов во встречных пучках пропорционально давлению плазмы и объёму активных участков, так что можно компенсировать снижение плотности плазмы увеличением размеров.

Однако с уменьшением плотности плазмы начинают начнёт резко ухудшаться соотношение мощности к массе. Если масса силовой конструкции зависит при прочих равных как P, т.е. линейно, то плотность мощности термоядерного реактора как P². Т.е. чем меньше будет давление плазмы - тем хуже будет удельная тяга двигателя.

Вторая проблема - с уменьшением плотности плазмы резко будет обостряться проблема поступления примесей с первой стенки (т.к. соотношение потока примесей к количеству плазмы в ловушке будет ухудшаться).

С точки зрения только физики плазмы сделать реактор если есть возможность обеспечить высокое давление как раз проще, чем при низком. Тут и на земле и в космосе будут стараться держать максимальные параметры, которые ещё могут выдерживать материалы. Тут скорее всего больших различий не будет.

[Technecy]

Я вот что думаю, а что, если как-то исхитрится, и использовать потом радиаторы как рабочее тело последней ступени, как Цандер собирался делать с корпусом ракеты

Что бы использовать радиаторы как рабочее тело, вам придётся разрушить основную систему энергопитания и жизнеобеспечения корабля. Оно вам надо?

[AlexAV]

Параметры, температура и давление плазмы, вполне достаточные для работы "нормального термоядерного двигателя" уже лет десять назад достигнуты в так называемых "пробкотронах" (не токамаках, а, скорее, классических магнитных бутылках.

Давление в общем - да, температуру - уже не очень. Т.е. достаточно высокую ионную умеют получать уже давно, но вот с электронной - проблемы (сейчас есть определённый прогресс, кажется довели до 1 кэВ, но это для реактора всё равно мало). А вот с \( n\tau \) всё пока очень и очень далеко до реакторных параметров.

Никто этого не обещал - приличная часть излучения плазмы направлена перпендикулярно тяге двигателя во все стороны.

Я бы сказал, что очень большая.

Для D-T около 80% в форме нейтронов. Для He-3-D в идеальном случае 20% в форме тормозного излучения, в реальном случае с учётом золы, примесей и синхротронного излучения хорошо если окажется минимум 40%-50%.

Просто двигатель очень большой, плотность излучения не так велика, и современные материалы её спокойно держат.

Нет, нет и ещё раз нет. Проблема материалов первой стенки для термоядерного реактора одна из самых сложных. Для диаметров плазменного шнура для которых есть шансы получить положительный выход энергии в отдельных областях будет достигать нескольких мегаватт на м2, это на пределе выносливости лучших существующих материалов.

я же говорил, что в данном случае плазма сама себе радиатор.

Это будет сильно не так. Вам нужно как-то возвращать энергию синхротронного излучения в плазму (для как-нибудь He-3-D реакции без этого никак, с D-T есть варианты... но сама D-T под задачу не очень подходит). А для этого этого всё равно плазма от космоса должна будет отделяться первой стенкой, функция которой будет как минимум отражение синхротронного излучения. Однако одновременно эта же стенка будет поглощать почти всё тормозное излучение из плазмы. И ей придётся всю эту энергию куда-то девать. При этом в силу жёстких ограничений на материал этой стенки (ничего кроме лития и бериллия по сути применять будет нельзя, всё что тяжелее отравит плазму) - то лимиты на её температуры получатся довольно жесткие, бериллий уже при 800 градусах заметно испаряется, а значит едва ли она сможет охлаждаться пассивно излучением (лимит по тепловому потоку получается нереалистично жёстким), а значит тепло от первой стенки придётся отводить системой охлаждения и рассеивать радиаторами.

Жизнь это будет портить сильно, а массу системы увеличивать весьма значительно.

[sharp]

А где я говорил, что у термоядерного двигателя не будет радиаторов? Пальцем покажите, пожалуйста.

Ну на это вам уже Technecy ответил. Плазма у вас основной "радиатор", на статические радиаторы приходится мизер. На самом деле если с плазмой будет улетать половина вырабатываемой энергии - это можно считать большой удачей, и вторую половину придется высвечивать при помощи радиаторов: по-другому тепло с корабля никак не удалить.

Когда в следующий раз пойдёте на пляж, шубу одеть не забудьте. Вакуум это термос, а между Землёй и Солцем вкуум - замёрзнете.

А может кривляться перестанете? Если же вам правда нужно читать лекцию про виды теплообмена, обратитесь к википедии.

"Плотность излучения на некотором расстоянии от плазменного шнура превышает солнечную постоянную на порядки, но для современных материалов она достаточно не велика, и не вызывает проблем".

На самом деле ваше "на порядки" означает плотность излучения не ниже 100кВт/м2, а это представляет определенную проблему для любых материалов. Они конечно решаются, но - ценой значительного увеличения массы.

В общем, резюмируя последние посты: скорее всего термоядерный движок - это мертворожденная идея; даже если практически удастся его зажечь, масса на киловат мощности будет намного больше, чем у ядерных ионников.

[bob]

Это будет сильно не так.

Спасибо за развёрнутый ответ с конкретикой. А то я ответил слишком курсивно. Надо отметить, что вернуть энергию синхротронного излучения обратно в шнур в общем случае, имхо, всё равно не выйдет. Хотя, надежда, что называется, умирает последней.

резюмируя последние посты: скорее всего термоядерный движок - это мертворожденная идея; даже если практически удастся его зажечь, масса на киловат мощности будет намного больше, чем у ядерных ионников.

Да. Так и есть.
ТЯРДпривычно воспринимается фантазёрами как панацея, этакая волшебная палочка-выручалочка. То есть, "вот всё у нас сейчас плохо, но когда он у нас-таки будет, всё сразу станет хорошо". Не станет. Даже не видя ещё готовой технологии (поелику она вообще случайно окажется возможной, в чём лично я зело сомневаюсь), можно заранее оценивать некоторые очевидные аспекты её применимости...

[AlexAV]

Надо отметить, что вернуть энергию синхротронного излучения обратно в шнур в общем случае, имхо, всё равно не выйдет.

Металлическая первая стенка с высоким коэффициентом отражения сильно уменьшает потери по этому каналу, не полностью конечно ( часть излучения всё равно поглощается ей), но без неё картина получается совсем кислой.

[crazy_terraformer]

А если использовать АЭС в качестве источника энергии для поддержания термоядерной реакции, а всю плазму сливать через сопло без рекуперации большей части энергии и непрореагировавшего термоядерного топлива(возможно с подмешиванием теплоносителя из последнего контура к примеру водорода или воды в реактивную струю)? Энергию термояда будем использовать, которая успела выделиться на стенках. Пусть Q= или <1, главное чтобы термоядерный двигатель с АЭС был выгодней, чем любой другой электроракетный с АЭС.
Скорее всего подобная схема может работать только для межпланетных орбитальных кораблей, и медленных кораблей-поколений.

[bob]

без неё картина получается совсем кислой.

А она и есть кислая. Энергетический выход (даже в ультраоптимистических вариантах) будет ничтожен. И не внесёт ни заметного экономического вклада в энергетику, ни, тем более, вклада в  космонавтику. Поскольку невообразимая масса теплообменников, радиаторов... Фантазёрам, конечно, на это плевать с колокольни. Но всё гораздо хуже, чем даже кто-нибудь может себе представить. Грубо говоря, мы подошли вплотную к объективному физическому пределу ракетных технологий. И более высокого удельного импульса и кпд, чем в современных электроракетных и воздушно-реактивных двигателях мы, скорее всего, не получим. Не просто в обозримой исторической перспективе, а никогда вообще. Причём, достигнутого уровня не хватает даже для приемлемых параметров пилотируемых межпланетных полётов, не говоря уже о межзвёздных.

[Polnoch Ксю]

Что бы использовать радиаторы как рабочее тело, вам придётся разрушить основную систему энергопитания и жизнеобеспечения корабля

Не корабля, а текущей ступени

[6th Book]

без неё картина получается совсем кислой.

А она и есть кислая. Энергетический выход (даже в ультраоптимистических вариантах) будет ничтожен. И не внесёт ни заметного экономического вклада в энергетику, ни, тем более, вклада в  космонавтику. Поскольку невообразимая масса теплообменников, радиаторов... Фантазёрам, конечно, на это плевать с колокольни. Но всё гораздо хуже, чем даже кто-нибудь может себе представить. Грубо говоря, мы подошли вплотную к объективному физическому пределу ракетных технологий. И более высокого удельного импульса и кпд, чем в современных электроракетных и воздушно-реактивных двигателях мы, скорее всего, не получим. Не просто в обозримой исторической перспективе, а никогда вообще. Причём, достигнутого уровня не хватает даже для приемлемых параметров пилотируемых межпланетных полётов, не говоря уже о межзвёздных.

Ситуация форумно-стандартная, а не кислая.
Обычно находится ( или уже имеется ) тех.решение в "преджелезе", которое по-отечески опекается первым отделом или его аналогом. Это тех.решение, как всегда, отодвигает предел. Проблема только в последствиях такого разглашения для форумного разглашателя.

имхо касательно ракетных технологий: да, инженерно красиво, но социально бестолково ... примерно как японский фарфор в заводской столовке

[crazy_terraformer]

Как знать может научаться штамповать стабильную материю из экзотических адронов, межатомные связи в которой будут прочнее, чем в обычном веществе. Но полагаю цена за микрограмм энтой материи будет непомерно велика из-за уровня затрат энергии и времени, не говоря уже о прочем.

[crazy_terraformer]

Грубо говоря, мы подошли вплотную к объективному физическому пределу ракетных технологий. И более высокого удельного импульса и кпд, чем в современных электроракетных и воздушно-реактивных двигателях мы, скорее всего, не получим. Не просто в обозримой исторической перспективе, а никогда вообще. Причём, достигнутого уровня не хватает даже для приемлемых параметров пилотируемых межпланетных полётов, не говоря уже о межзвёздных.

О чём это говорит? - Урежьте осетра, урежьте! Термоядерные взрыволёты - наше максимально скоростное межпланетное всё в пилотируемой космонавтике, а искусственные или модифицированные естественные астероиды - медленные межзвездные корабли поколений  или слипершипы для гмо-людей.
Как грится, не можешь заставить гору подойти к тебе, езжай к ней сам!
Долго лететь к звездам, пусть летят на кораблях поколений или создают разумных гуманоидов с тысячелетним сроком жизни или со способностью впадать в анабиоз с приостановкой жизненных процессов на столетия.
Луна и ряд небесных тел СС подходят для создания научных баз для разного рода опасных биологических и сомнительных в этическом и моральном плане экспериментов в области генной инженерии и биоинженерии человека и созданию генетически спроектированных разумных существ, способных переносить без вреда для здоровья высокие уровни облучения как тараканы и скорпионы, высокое содержание углекислого газа в воздухе как землекопы, различные уровни низкой гравитации благодаря генам водных и полуводных видов млекопитающих, и т.д..

[6th Book]

Как знать может научаться штамповать стабильную материю из экзотических адронов, межатомные связи в которой будут прочнее, чем в обычном веществе. Но полагаю цена за микрограмм энтой материи будет непомерно велика из-за уровня затрат энергии и времени, не говоря уже о прочем.

Есть такое место в интернете Applied Physics.
Если внимательно его мониторить, а не суесловить бестолку, то тогда и трындеть по поводу адронной материи, пропитанной мезонным газом не придётся ...

[bob]

О чём это говорит? - Урежьте осетра, урежьте! Термоядерные взрыволёты - наше максимально скоростное межпланетное всё в пилотируемой космонавтике, а искусственные или модифицированные естественные астероиды - медленные межзвездные корабли поколений  или слипершипы для гмо-людей.

Ну, да. А Билл - герой галактики. Точно.