Годится ли ионный двигатель для звездолетов?

[alex_semenov]

Для манёвра с Обертом у поверхности звезды всё равно потребуются внушительные кол-ва вещества для охлаждения. Поэтому непонятно, как это всё можно запустить сразу с Земли.

Термоглиссер с Земли не запустишь. Что же касатеся взрыволета, то не все там так страшно. Хорошая экранно-вакуумная изоляция нужна и глиссеру. Он жариться начнет задолго до того момента, когра можно будет все тепло направить в двигатель. На подлете. Да и отлетая он все еще будет солнцем сильно греться.

Термоглиссером можно разогнаться до С/1000. Ну пусть летит 170-200 лет, а не 100 - велика ли разница? Зато актиноидов не потребуется для запитки ионника и радиаторы городить. Потратится только водород.

У него чудовищное число Циолковского. Если не изменяет склероз 8? То есть для разгона-торможения (а как же иначе?) нужно 64. И явная двухступенчатость. (при торможении разгонные двигатели будут как слоновьи яйца  зайцу).
Но как одна из версий перелетной механики при сильном сближении звезд - я готов рассматривать и его.
Взрыволет был интересен именно как механизм прямого перелета с планеты на планету.
Он и сейчас интересен. Но с эффектом Оберта было бы совсем красиво...

[Polnoch Ксю]

А считали ли где-нибудь двухступенчатые системы?

термоглиссер + ионник
солнечный парус + ионник
взрыволет + ионник

?

И если считали, дают ли они какую-то выгоду? Или нет? Сравнивали ли с друг другом, если дают?

[alex_semenov]

А считали ли где-нибудь двухступенчатые системы?
термоглиссер + ионник
солнечный парус + ионник
взрыволет + ионник
?
И если считали, дают ли они какую-то выгоду? Или нет? Сравнивали ли с друг другом, если дают?

Я буквально минут десять назад думал о связке термоглиссер+взрыволет. Мол, термоглиссер экономит 300 км/с, остальные, скажем 700 набираются взрыволетом. Маневр только один, у Слонца. Но если взрыволет будет СуперОрионом (миллион тонн массой), то термоглиссер будет вообще монстром. Одного толок водорода надо 8 миллионов тонн. Это надо все собирать где-то у Юпитера наверное...
Вообще недолюбливаю вот такие смеси бульдогов с носорогами, если нет явного синергизма. А тут его нет. Простое суммирование. Масса геморроя. Выигрыш на мизерах.
Хотя это только мое личное ОЩУЩЕНИЕ.

[Андрей Курилов]

Термоглиссер с Земли не запустишь. Что же касатеся взрыволета, то не все там так страшно. Хорошая экранно-вакуумная изоляция нужна и глиссеру. Он жариться начнет задолго до того момента, когра можно будет все тепло направить в двигатель. На подлете. Да и отлетая он все еще будет солнцем сильно греться.

1) На подлёте к Солнцу термоглиссер закутан сугробами снега, который сбрасывается при включении двигателей. Никаких проблем это не создаёт.
2) На отлёте ПН экранируется соплом, солнечный свет попадает прямо в "камеру сгорания". Тут, правда, работает другая ступень, нежели в перигелии.

У него чудовищное число Циолковского. Если не изменяет склероз 8?

Массовое число 100-200.

То есть для разгона-торможения (а как же иначе?) нужно 64.

Не совсем верно. В случае торможения массовое число будет меньше по причине дополнительного торможения о атмосферу звезды (плюс на большей глубине эффект Оберта сильнее).
Т.е. от 5 до 10 тыс. итоговое массовое число может быть примерно.

И явная двухступенчатость. (при торможении разгонные двигатели будут как слоновьи яйца  зайцу).

3-ступенчатость. Для разгона - 2 ступени. Торможение отличается от разгона не только знаком, но и тем, что корабль залезает собственно в верхнюю атмосферу звезды, тормозя о неё дополнительно.

[Андрей Курилов]

Вообще недолюбливаю вот такие смеси бульдогов с носорогами, если нет явного синергизма. А тут его нет. Простое суммирование. Масса геморроя. Выигрыш на мизерах.
Хотя это только мое личное ОЩУЩЕНИЕ.

А так и есть. Термоглиссер - вещь в себе.

[Polnoch Ксю]

Но если взрыволет будет СуперОрионом (миллион тонн массой),

а если минимально-маленький? Скажем, для запуска аналога сегодняшних АМС?

[alex_semenov]

а если минимально-маленький? Скажем, для запуска аналога сегодняшних АМС?

А зачем такой нужен? Что бы им гордиться? Так для этого "Вояджены" и "Пионеры" уже есть...

[alex_semenov]

Возвращаемся к ионникам.
Смотрите.
Оценку Алекса  предлагаю воспринимать не как оптимистичный предел (выше которого нельзя), а как отправную точку для дальнейшего оптимизма.

У него 60 Вт/кг и 2300 лет перелета.
Но может все же можно как-то выжать 600 Вт/кг, 6 000 Вт/кг?
Тогда время перелета ионника к А.Центавре станет порядка 500 лет. Это уже вполне себе приемлемый срок!
Если по капельным радиаторам нам обещают 30 Кв/кг, ладно 15 Квт/кг, то может и все остальное можно будет ужать?
Предлагаю рассматривать вариант термоэмиссионного генератор с низким КПД (10-15%).
Будет перерасход ядерного топлива. Понятно. НО! Радиатор будет горячим (и поэтому с хорошей удельной мощностью) во-вторых энергоустановка будет явно легче.

[Polnoch Ксю]

Что бы им гордиться?

Ну почему? Несколько таких АМС в системе назначения, с, например, своими ионниками, если погасить их скорость до местной второй космической, смогли бы очень многое.

А быстрее перелететь, что бы электроника не деградировала, и можно было напихать в АМС что-то высокотехнологическое.

[Polnoch Ксю]

А солнечный парус кто-нибудь считал? Тоже вариант дешевого очень, по начальным инвестициям, разгона второй ступени в виде ионника.
Или не даст он ничего?

[alex_semenov]

А солнечный парус кто-нибудь считал?

Считали. Давно уже считали. Полночь, это в любом случае разговор для другой темы. Здесь обсуждается чисто ионный привод.

[alex_semenov]

Ну почему? Несколько таких АМС в системе назначения, с, например, своими ионниками, если погасить их скорость до местной второй космической, смогли бы очень многое.

Все равно овчинка не будет стоить выделки. Тысячу лет ждать что бы что? Получить пару фотографий с близкого расстояния? Ерунда же!
Такой полет должен быть ЛИБО пилотируемым с прицелом на колонию. И тогда это не менее 10 000 человек и миллионы тонн, либо это очень хорошо оснащенный супер-робот саморепликатор, который развернет в целевой системе ПОСТОЯННУ научную базу и всесторонне исследует систему. То есть высадит на все интересные объекты роботов-исследователей. При этом наверняка он их и создаст уже у цели. Тогда это все будет стоить тысячи лет ожидания…. Может быть.
Такой робот не может быть маленьким по массе. Я думаю не менее 5 000 тонн. Это ПН. Далее. Алекс брал отношение двигатель/ПН  1:1. Я думаю, что это неверно. Надо брать 4:1
Значит сухая масса зонда (самого легкого) будет 20 000 тонн. Топлива (рабочего тела) 80 000 тонн. Это - минимум.
Уран надо считать. Если по пол кг на кг сухой массы, то 10 000 тонн урана.
С меньшей массой не вижу смысла и заводиться.

[Polnoch Ксю]

А солнечный парус кто-нибудь считал?

Полночь, это в любом случае разговор для другой темы. Здесь обсуждается чисто ионный привод.

Сделала тему про двухступенчатый звездолёт: https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,115251.0.html

[alex_semenov]

Ну тогда что получается?  Нельзя, раскачегарить Супер Орино  до 500 км/с на Оберте?

На самом деле можно и нужно. Я дебил. Все не так печально. И даже в чем-то лучше чем раньше (есть и потери, но они не так принципиальны, как показались сначала).
Не надо у Солнца разгоняться до 200 км/с. Достаточно до 20 км/с (на 3g за час). Коэффициент усиления у эффекта при этом какой? 7.17, так как я беру 1.5 радиуса и тут 2-я космическая  505 км/с. В итоге я ухожу на бесконечность со скростью ~140 км/с. Чтобы получить  500 км/с нужно еще 360 км/с и это придется добавить ядерным двигателем. Итого. Затратив 360+20=380 км/с я получаю 500 км/с. Разумеется не в 2.5 раза. Но все равно прирост заметный, что бы игнорировать маневр Оберта.
Зато при торможении мне практически нет разницы какая звезда (а раньше было, очень неудобн тормозить у красных карликов).

[alex_semenov]

Теперь возвращаемся к межзвездным ионным кораблям.
Есть такая старенькая книжка:



"Электрические межпланетные корабли" К.А. Гильзин, 1970 г. издательство "Наука".
И на странице 323-324 мы читаем вот что:

Другое перспективное направление связано с созданием радиоизотопных генераторов в тех случаях, когда напряжение электрического тока высоко, как,  например, для ионных и, в особенности, коллоидных двигателей. В одном из проектов подобный радиоизотопный генератор мощностью в 500 кВт выполняется в виде двух концентрических металлических сфер (рис. 136). Внутренняя сфера выложенная снаружи полонием-210, излучающим альфа-частицы, а наружная является коллектором этих частиц. Между обеими сферами создается, таким образом, высокая разность потенциалов.



По расчету вес радиоизотопного "горючего" должен составить 14.2 кг, веч внутренней сферы 6.6 кг и наружной всего 33 кг (изготовлена из металлизированной синтетической пленки "майлар"), хотя ее диаметр равен 41.6 м. Общий вес электроракетной установки с этой батареей и ионным двигателем (все последнего 54 кг) должен равняться всего 120 кг, что соответствует удельному весу 0.24 кг/кВт (!). Не удивительно, что в полете к Марсу, рассчитанном автором проекта в качестве примера, установка оказывается выгоднее всех других.
В другом, более консервативном проекте применен аналогичный генератор цилиндрической формы с соосными цилиндрами и церрием-144 в качестве ядерного горючего; удельный вес равен примерно 1,8 кг/кВт (1), т.е. также рекордно мало. Однако создание подобны установок связано со многими нерешенными задачами.

(1)   Astronautics and Aerospace Engineering, X, 1963, стр.52.

Для ленящихся считать. 0.24 кг/кВт это 4 167 Ватт/кг!
Соответственно  1.8 кг/кВт - 556 Ватт/кг.

То есть высказанное мною выше "пожелание" иметь удельную мощность установки в 600 и 6 000 Вт/кг не так уж и фантастично (в смысле заламывания рук: нет даже идеи как этого добиться!).
Хотя тут речь идет о радиоизотопном источнике, а не о реакторе. И тем не менее это пример того, что задача не столь безнадежна.

[Андрей Курилов]

Вау. Достаю из сундука свои данные про изотопища.

[AlexOrex]

Ух ты, какой шарик. Сам себе радиатор и двигатель. Синергичность почти как у радиоизотопного паруса. Но энерговыделение изотопов (плутоний, похоже, самый подходящий) в сотни ватт/кг оптимизм убавляет. То, что энерговыделение падает со временем - еще полбеды - рабочее тело тратится, корабль легчает, ускорение более-менее сохраняется. По прибытию в систему остается только энергия на работу аппаратуры.

[Андрей Курилов]

Общий вес электроракетной установки с этой батареей и ионным двигателем (все последнего 54 кг) должен равняться всего 120 кг, что соответствует удельному весу 0.24 кг/кВт (!).

Не совсем понятно, откуда такая оценка. Ведь энергия альфа-частиц по большей части должна переходить в тепло и рассеиваться тепловым излучением с внешней поверхности сферы. Да, разность зарядов образуется. Но энергия электронов будет несравнимо меньше энергии альфа-частиц.

Однако создание подобны установок связано со многими нерешенными задачами.

Среди них наиболее существенной вижу деградацию конструкции под действием сильной радиации.

[Андрей Курилов]

Но энерговыделение изотопов (плутоний, похоже, самый подходящий) в сотни ватт/кг оптимизм убавляет.

Причём у меня на графике для изотопов, порождающих цепочки недолгоживущих других изотопов, учитывается вся энергия распада цепочки.
Но я брал лишь наиболее легко распространённые/легко получаемые изотопы. Авторы того шарика берут более дорогие полоний-210/церий-144 из рассчёта что их шарик будет маленьким.
Для междузвёздного корабля потребуется что-нибудь посущественнее, соответственно, имеющее меньше ватт/кг (так как быстро распадающиеся изотопы реже встречаются, сложнее в хранении и труднее в получении).

[alex_semenov]

Кстати, перелет ионной ракеты с постоянно включенным двигателем при 4 000 Вт/кг посчитанный по схеме AlexAV (то есть правильно для ракеты) дает время перелета ~580 лет. Скорость истечения из ионного двигателя ~ 7 500  км/с

Все это слишком хорошо чтобы быть правдой.

Где-то есть засада, которая все это портит. И я догадываюсь где. Сейчас выясниться, что такую удельную мощность дают только радиоизотопные источники, которые имеют очень короткий период полураспада (сколько у того же Полония-210?). То есть до Плутона мы так "метруться" можем, а вот до А. Центавры…
Тем более, уже сейчас ясно что на радиоизотопах тяжелый зонд не запустишь. Хотя народ постоянно тут хочет иметь синицу в руках, то есть легкий и реальный звездолет. Вот вам хороший кандидат.