Двигатель для межзвёздных перелётов

[Инопланетянин]

А про Цандеровскую идею в приложении к радиаторам было? В смысле, поюзать как рабочее тело в конце полёта?

Вроде нет. Но до конца полёта ещё дожить надо. И тут всё очень печально с их охлаждающей способностью и законом Стефана-Больцмана.

Вот я и говорю, между горячим Солнцем и Землёй вакуум, поэтому, когда на пляж пойдёте - шубу не забудьте.

А так вы усомнились в способности Солнца излучать тепло? Видите ли, Солнце, конечно, излучает, но оно само при этом нагрето до почти 6000 градусов. А нам надо охладить аппаратуру до работоспособного состояния. Конкретно это в условиях вакуума сделать очень затруднительно, особенно если аппаратура активно выделяет тепло.
Кстати, охлаждаться выбросом рабочего тела может только ЖРД, а не плазменный двигатель.

И намного поверхность атмосферы больше поверхности Земли?

А она-то тут при чём? Разве на каждом квадратном см. Земли активно работают реакторы?

Кстати, а вы слышали слова "парниковый эффект"?

Знаете, только вас там ещё не хватало. А сказано было по адресу. Земная поверхность не должна отводить тепло от каких-то своих работающих двигателей, а действительно нагревается Солнцем и парниковый эффект действительно сохраняет часть этого тепла, позволяя не замерзать всей поверхности как на вершинах гор. Излучить тепло от человеческих реакторов и прочих заводов не так уж сложно при соотношении поверхности атмосферы к количеству техногенных источников тепла. Но в космосе радиаторы с таким хорошим отношением поверхности к источникам тепла таскать будет затруднительно.

[Technecy]

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

Не корабля, а текущей ступени

Что бы "перегнать" сами корпуса радиаторов в рабочее тело, нужен довольно большой завод с технологиями уровня GOD.
Охлаждающую "жидкость" теоретически можно. Но тогда что будет охлаждать двигатель? Такой двигатель откажет(ся) работать. Последствия этого могут быть от банального "идите лесом, работать не буду!" до полного выпиливания корабля(вместе с экипажем) из списка организованной материи Вселенной.

[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.

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 ...
... но ведь вам - записному контингенту вжр любое напряжение межушного ганглия пыткам пекельным подобно

Вам как ужасно вумному

(кликните для показа/скрытия)

как вутка...

наверно известно о каком-то чудесном материале(или способе его создания оного) способном выдержать нагрев хотя бы до температуры в 5000 K без плавления и испарения?

[дерево]

Плазма P-B11 даже теоретически всегда имеет отрицательный тепловой баланс. Излучение и зола будут выносить из плазмы больше энергии, чем даёт термоядерная реакция. А если синхротронное добавить - совсем грустно станет.

Сомнительно, что когда-либо её удастся вообще реализовать (с положительным в инженерном смысле выходом энергии) в реакторе с магнитным удержанием любой системы.

А разве абсолютные потери не пропорциональны квадрату размера и, соответственно, относительные потери обратно пропорциональны размеру? То есть увеличение размера должно дать положительный выход энергии.

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).

Но если сильно увеличить размеры, то нейтроны начнут тормозиться и поглощаться самой плазмой (наверное с большой примесью ¹P), а бериллиевая стенка-отражатель будет лёгкой на фоне остального.

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.

³He чем-то хуже ⁴He с точки зрения создаваемых потерь?

[Valerij56]

Истерика кончилась? А теперь в школу, шагом марш!

Аргументов нет, выручает хамство. Вас таких тут уже несколько.

На достаточном от неё расстоянии (чтобы поток энергии не повредил)

Вот тут у вас наблюдается неоправданный оптимизм.

Пройдя турбину это рабочее тело охлаждается в четырёх больших наружных, радиально, крестом, расположенных радиаторах.

Сколько тут сломано копий про радиаторы! Можно почитать Семёнова. Поищите по запросу "alex_semenov радиаторы закон Стефана-Больцмана site:astronomy.ru" много интересного для себя откроете.

   
Хотите сказать, что вам школа не поможет, потому, что вместо мозга цитатник?
 
Что и зачем вы собрались греть?

[Valerij56]

То есть оптимистичный максимум 10-30 кВт/кг, и это разумеется только удельная мощность излучающих панелей.

   
У вас, разумеется, найдётся такой же график и для капельных радиаторов?

[Nucleosome]

Да, но много ли было тех зданий?

много - плебса, знаете ли всегда хватает.

в Риме были фермы и виноградники

в Италии да, в Лацио - да, в черте стен Адриана их быть не могло.

Для производства ядерного топлива это просто неразрешимая проблема, не правда ли?

стабильных изотопов урана нет.

Да, именно там.

у вас какие-то основания на это?

Ну а почему тогда не сравнить бочонок нефти с супертанкером?

потому что бочёнок не двигается сам.

Пчему вы решили сравнивать именно на примере линейных кораблей, которые чёрт знает когда вплотную приблизились к своему пределу?

потому что сравнивать надо сравнимое по задачам, а не что попало...

Вы забыли о термояде.

чтобы что-то забыть о нём нужно помнить. а где промышленные установки с ним? пока что только в презентациях. (я надеюсь вы поняли о чём тут AlexAV)

За полвека и у кораблей не было

А сколько веков длится их история?

если взять эволюцию кораблей второй половины 19 века, то будут очень впечатляющие результаты.

[Valerij56]

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.

   
Собственно, я и пытаюсь объяснить, что в достаточно большом пробкотроне возникают условия, необходимые для возникновения самоподдерживающегося горения, и что необходимые для этого параметры давно достигнуты. Самого горения нет и не может быть в небольшом аппарате.
   

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 где я говорил, что это готовая двигательная установка для звездолёта? Не помню такого.
   

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.

   
Ничего не могу конкретно сказать про критерий Лоусона, но мне кажется, что проблемы накопления золы в термоядерном двигателе не существует, т.к. она уносится через сопло вместе с рабочим телом, а примеси с первой стенки не являются проблемой, так как она относительно далеко, и поэтому относительно холодная, в отличии от наземных реакторов.
   

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).

   
Давайте я сейчас за пару минут решу все проблемы термоядерной физики.
   
Ещё раз повторяю - это не готовый двигатель, это установка, в которой показана достижимость необходимых параметров плазмы.
   

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.

   
Пропущены два слова "на Земле" после слова "плазмы". И я не говорил, что это самый эффективный термоядерный двигатель всех времён и народов, я говорил, что это самый примитивный, но возможность создания которого доказана в экспериментах.

[Valerij56]

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.

   
На Земле - безусловно так, так как размеры установки даже при весьма скромном реакторе внушаю. А в космосе места много и вакуум бесплатный, для первого двигателя важно заработать, всё остальное потом.
   

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.

Лучшая первая стенка когда её нет. В космосе она, в идеале, не нужна. Естественно, что-то должно обеспечивать целостность конструкции, защищать магниты и т.д, забирать часть излучаемой мощности на поддержание процессов, но сама по себе первая стенка вблизи плазменного шнура не нужна. Об этом и речь.

[MenFrame]

Вам нужно как-то возвращать энергию синхротронного излучения в плазму (для как-нибудь He-3-D реакции без этого никак,

Что бы отражать синхротронное излучение(СВЧ) стенку сплошной делать не обязательно. Это может быть просто металлическая сетка.

[MenFrame]

А разве абсолютные потери не пропорциональны квадрату размера

Это касается, только синхротронных потерь. Тормозное, рекомбинационное излучение пропорционально объему, так плазма для него прозрачна.

Но если сильно увеличить размеры, то нейтроны начнут тормозиться и поглощаться самой плазмой

Увеличивать придется на порядки. К тому же при увеличении размеров растет мощность падающая на первую стенку. Потому в какой то момент увеличение размера упереться в ограничение материалов на отвод тепла.

[crazy_terraformer]

Лучшая первая стенка когда её нет. В космосе она, в идеале, не нужна. Естественно, что-то должно обеспечивать целостность конструкции, защищать магниты и т.д, забирать часть излучаемой мощности на поддержание процессов, но сама по себе первая стенка вблизи плазменного шнура не нужна. Об этом и речь.

Вопрос такой, какого радиуса Вы предполагаете будет полость с термоядерной плазмой в этом двигателе? Мне просто интересно -  какой будет масса электромагнитной системы, исходя из этого параметра на единицу длины этого агрегата...

[Андрей Курилов]

Вивернджет здесь обсуждался уже не раз и не два
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,82348.msg2122562.html#msg2122562
Ещё обсуждались на НК и авиабазе, как минимум
Что-нибудь новое с тех пор?
Таки летим или нет?

[Valerij56]

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.

   
Буквально в предыдущем сообщении @AlexAV рассказывал, какие проблемы возникают из-за паразитного излучения плазмы, и опасался её преждевременного остывания. Нуне могу я серьёзно рассуждать на эту тему и одновременно серьёзно обсуждать вакуумный термос. Плазма охлаждается излучением. Точка.
     

"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.

   
Хорошо. Какую проблему создаёт такая плотность излучения материалу под названием "вакуум"? расскажите, пожалуйста.
   

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.

   
Какое счастье! Нарисованный на салфетке двигатель сравним по удельной массе с ионниками, активно развивавшимися шестьдесят лет, при этом имеет тоже на порядки большую мощность и в десятки-сотни раз большую скорость истечения...
   
И вы считаете это неудачей?

[Technecy]

Наблюдая за плазменными потугами и затяжными родами термоядерного блага, поймал себя на мысли, что мне просто интересно, когда же "ядрёные учёные" наконец разберутся как правильно: "Ветер дует от того что деревья качаются" или "Деревья качаются от того что ветер дует"...
Мда.

[Андрей Курилов]

Наблюдая за плазменными потугами и затяжными родами термоядерного блага

Тут у сторонников т/я двигателей на магнитной ловушке есть определённая лазейка нефальсифицируемости.
Типа давайте сначала построим нечто вроде полупрозрачно-ажурного прототипа размером с небольшой астероид на орбите, а потом уже будем говорить, что это не заработает.

[sharp]

У вас, разумеется, найдётся такой же график и для капельных радиаторов?

Графика нет, но оценки встречал того же порядка.

Лучшая первая стенка когда её нет.

Во как, а может сразу на волшебной метле полететь?

Плазма охлаждается излучением. Точка.

Однако из этого излучения плазмы только часть улетает в космос, значительная же часть нагревает конструкции двигателя и других систем корабля. Именно от этого тепла и надо избавляться при помощи радиаторов.
И мощность этих радиаторов должна быть как минимум того же порядка, что полезная мощность двигателя.

Нарисованный на салфетке двигатель сравним по удельной массе с ионниками

Это вы так альтернативно прочитали словосочетание "намного больше"? Могу уточнить - как минимум на порядок, то есть в 10 раз. А то и во все 100.
Если для ядреных ионников вполне реальные проектные цифры 50 Вт/кг, с перспективой повысить до 150-200, то для термояда 5 Вт/кг будет за счастье.

[MenFrame]

Таки летим или нет?

Виверн джет точно не летит. Поскольку амбиполярный реактор, селективно накапливает золу, и расчеты показывают что основная энергия будет уходить через излучение. Тут нужен другой механизм концевого запирания.
   К тому же у такого двигателя. Скорость истечения будет ограничена скоростью ионов в ловушке. При температуре в 40 кэв, это где то 2000 км/с. А рабочим телом будет являться по сути ценное топливо. Вторая проблема это охлаждение магнитов. Рабочая температура ниобий-олова 4-5,5 градуса кельвина. У купратных ВСТП выше, в районе 20-10 кельвинов. Но для них есть проблема деградации под нейтронным потоком.

[Valerij56]

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.

   
Ни у меня, ни у вас, да и вообще ни у кого на планете, не хватит сейчас знаний дя того, чтобы спроектировать двигатель в деталях. Пока вывод прост - проект "завязался", сложился. Не без проблем, разумеется, но у каждой проблемы есть пути решения. Да, получается большой малоэффективный двигатель с ограниченным ресурсом, но для первой итерации вполне. Ограничения к его созданию чисто экономические.
   
И, повторяю, в НАСА уже работают над более портативными вариантами термоядерного двигателя с намного лучшей эффективностью. поэтому уже можно говорить, что эта технология на подходе. С началом регулярных полётов BFR/SFS, хорошо решающих проблему доставки на орбиту интерес и финансирование таких проектов вырастет.

[Technecy]

в НАСА уже работают

Так и хочется спросить... И когда состоится турнир?