Годится ли ионный двигатель для звездолетов?

[alex_semenov]

Именно так.

Хорошо. И что в итоге?
При 1200 К по моему графику (спорному, согласен!) я имею для радиатора 0.047 кг/кВт тепловой мощнсти. Я возьму 0.05. Как пожелание! Допустим мы это сможем (извернемся, вроде как счастье то близко!).
Что в общем балансе (промежуточная оценка).

КПД ТЭП 0.20
радиатор 0.05 кг/кВт-тепла (0,2 кг/кВт тока)
реактор 0.1 кг/кВт-тепла (0.5 кг/кВт тока)
преобразователь 0.1 кг/кВт тока (мы предполагаем что такое устройство возможно).
двигатель 0.1 кг/кВт тока (мы вроде сошлись на том, что высокоимпульсные двигатели могут быть и меньше)

Итого 0.9 кг/кВт тока. Т.к. кпд ЭРД будет порядка 95-98 % то можно говорить о 0.9 кг/квт ракетной струи (то что у вас в графике).
Если полезную нагрузку включить в 0.1 кг (10% от массы корабля, а обычно у ионников так и есть на "прометее" научное оборудование 1.5 тонны а сам прометей 36 тонн , то есть ПН 4.1%) то мы выходим на 1 кг/кВт или 1000 Вт/кг.

Если КПД ТЭП 0,25, то

радиатор (0,05)  0,15 кг/кВт
реактор (0,1) 0.5кг/кВт
трансформатор 0.1 кг/кВт
двигатель 0.1 кг/кВт
итого 0.85 кг/кВт.

И все что хочется с этим сделать - скормить 0,15 на большую полезную нагрузку.

То есть вырваться за 1000 Вт/кг мы никак не можем?

Помечтаем…
Даже если мы всмотримся в концепцию нужного нам двигателя и получим 0.01 кг/кВт и нам повезет сделать такой же трансформатор (мечтать так мечтать!), то все что мы выиграем в этом случае (берем 15% в качестве ПН) - 1300 Вт/кг…
Все равно до сколько-нибудь вожделенных 2000-3000 не дотягиваем никак…

Самой тяжелей частью в итоге этих мечтаний оказывается реактор…
А интересно, откуда эта оценка 0.1 кг/кВт?
А нельзя ли МЕЧТАТЬ (чисто умозрительно) ужать ее, скажем в 2 раза?

Тут еще вот что.
Мы не учитываем масштабный фактор. То есть когда устройства становятся крупней, их удельные параметры (до определенного размера) могут улучшаться.

Звездолет может быть как маленькой так и очень крупной машиной. За счет увеличения размеров мы тут ничего не можем выиграть?

[alex_semenov]

Если бы (да кабы) реактор был в два раза легче,  0.05 кг/кВт (тепловой мощности), 0.05 кг/кВт радиатора (а мы можем на это наедятся) и  ТЭП давал 0.25 КПД, то при другом пока не ясныом достижении инженерии (0.01 кг/кВт трансформатор, двигатель 0,01 кг/кВт как раз вполне реалистичен) и при 15% ПН мы бы получили бы 2070 Вт/кг по току, а 2000 Вт/кг по отбрасываемой  массе это уже 740 лет полета к А. Центавре…
Мы почти дотянулись!... бы…
 

[alex_semenov]

Возвращаясь к другой ветке нашего марлезонского балета…
К радиоизотопному чудо-шарику.
У меня вчера появилась сумасшедшая мысль…. и не хочет уходить (сама).
Помогите ее изгнать.

А что если (для начала) заменить (пока из чисто спортивного интереса) полоний-210 на тритий?
Можно в этой конструкции заменить площадь на объем?
Вместо того чтобы наносить на поверхность внутреннего шара тончайший слой полония-210, сделать этот шарик просто тонким надувным шариком, альфа-прозрачным (что бы альфа- частици пролетали сквозь оболочку, но тритий оставался внутри) и надуть его изнутри газообразным тритием? Скажем при 0.01 атм. Или 0.1 (надо считать сколько надо, как получится)?
Но никак не могу найти сходу в сети все нужные для оценки идеи данные по тритию:

Калорийность как радиоизотоп (Дж/кг)
Мощность как радиоизотоп (Вт/кг)
Энергия альфа-частицы (МЭв)
? ? ?

[Андрей Курилов]

1) у трития альфа-распад невозможен;
2) график сравнения удельной мощности изотопов (включая тритий) я приводил максимум пару страниц назад.

Сообщение №264. Изначально - 1000 Вт/кг, через 40 лет падает до 100 Вт/кг. Стронций-90 много лучше. Испытывает 2 бета-распада, следующих практически сразу друг за другом. 2000 Вт/кг. Проблема, однако - пара бета-распадов имеет сильно  различную энергию.

[Retired]

Тут явно два варианта. Щелочные металлы (натрий, калий) или галогениды.

Как инженер-инженеру: представьте на секунду, что квакнулся циркуляционный насос и....что будет, если температура контура пошла в раздрай?
Правильно: использовать придется то, что имеет ТТ заведомо выше, чем минимальная возможная температура заглушенного контура...то есть газ.

[Retired]

на тритий?

Полураспад всего 12 лет

[Андрей Курилов]

Хорошо бы иметь в результате распада ксенон, как очень подходящее рабочее тело для плазменного двигателя. Пускай накапливается между сферами и высасывется для создания лпазменного выхлопа.

[Retired]

Хорошо бы иметь в результате распада ксенон, как очень подходящее рабочее тело для плазменного двигателя. Пускай накапливается между сферами и высасывется для создания лпазменного выхлопа.

Тогда однозначно лететь на уране, там более 10% (по массовому числу) ксенона в осколках деления (на чем первый котел в Хэмфорде сразу и заглох).

[alex_semenov]

1) у трития альфа-распад невозможен;

Гм... действительно! Да, лоханулся...

2) график сравнения удельной мощности изотопов (включая тритий) я приводил максимум пару страниц назад.
Сообщение №264. Изначально - 1000 Вт/кг, через 40 лет падает до 100 Вт/кг.

1000 вт/кг уже мало. Нет смысла.

Стронций-90 много лучше. Испытывает 2 бета-распада, следующих практически сразу друг за другом. 2000 Вт/кг. Проблема, однако - пара бета-распадов имеет сильно  различную энергию.

Тоже мало. 2000 Вт/кг это граница для всей системы привода в целом. В общем если нет здравого способа  как-то нарабатывать полоний-210 на борту  из висмута - идею с изотопным генератором придется оставить. Хотя 4000 Вт/кг это было очень круто! Если получить 3000 Вт/кг или даже 2500 Вт/кг уже стоило бы возни с этой идеей.

[alex_semenov]

Полураспад всего 12 лет

Период полураспада всегда оказывается коротким. Поэтому любой звездный двигатель на распаде ВСЕГДА должен нарабатывать новое топливо. Или такой или никакого.

[Retired]

Период полураспада всегда оказывается коротким. Поэтому любой звездный двигатель на распаде ВСЕГДА должен нарабатывать новое топливо. Или такой или никакого.

Тогда бы на Земле не было бы ядерной энергетики, а она - есть
Нарабатывать космическими лучами - это можно, тритий и дейтерий на Земле именно так и нарабатывается (как и уйма других нестабильных изотопов, С14 к примеру), но придется тратиться на РТ

[alex_semenov]

Как инженер-инженеру: представьте на секунду, что квакнулся циркуляционный насос и....что будет, если температура контура пошла в раздрай?
Правильно: использовать придется то, что имеет ТТ заведомо выше, чем минимальная возможная температура заглушенного контура...то есть газ.

Простите, вопрос не мне, но я в недоумении. Какой насос? Тут вообще нет движущихся частей!  А радиатор - система капилляров и только. А если что-то пошло не так, разве нельзя заглушить реактор (простите, если вопрос дилетантский)?
Вообще компактные реакторы (использующие почти оружейный уран или плутоний) кажется не имеют массы проблем, что есть у больших реакторов, набитых всяким балластным дерьмом, типа U238, нет?

[Retired]

Прошу меня простить, я Вас неправильно понял: Вы предлагаете всю эту конструкцию на "тепловом насосе", так? Если да - КПД такой машины будет исчезающе мал...
Относительно закритичных реакторов (если Вы о них) - проблем там как-раз много: чудовищный потом тепловых нейтронов + проблема устойчивость - его же надо балансировать на "острие" (коэффициент размножения может быть больше 1,068), а температурная постоянная очень велика относительно скорости нарастания...

[alex_semenov]

на РТ

Что такое РТ?
Вообще, разговор был не о философии. Речь шла о конкретной схеме изотопного реактора и почти безнадежной попытки сделать его межзвездным (растянуть на 600 лет полета).
Если интересно, начните отсюда: https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,85164.msg2733669.html#msg2733669

[Retired]

Что такое РТ?
Вообще, разговор был не о философии. Речь шла о конкретной схеме изотопного реактора и почти безнадежной попытки сделать его межзвездным (растянуть на 600 лет полета).

Рабочее Тело.
Да идея ясна и очевидна - работать оно будет, если источник электричества для ионизации и разгона обеспечить. Но как его сделать на 600 лет отдачи - пока нет даже догадок...
Прим. U237,9 - вовсе не "балласт", а как раз основное топливо

[alex_semenov]

Вы предлагаете всю эту конструкцию на "тепловом насосе", так? Если да - КПД такой машины будет исчезающе мал...

Какой насос? Речь идет о Термо-эмиссионном генераторе тока 20-25% КПД, радиатор - жаровые капилляры. Вообще реактор будет очень легким и горячим (1200 К - самая низкая температура - температура холодильника). Но только с таком горячем ректором и радиатором  можно наедятся получить 1000-2000 Вт/кг корабля (и добраться до А центавры заметно быстрей чем за 1000 лет).

[Retired]

Смущает высокий кпд=25%, какая температура РТ в начале цикла?

[alex_semenov]

Но как его сделать на 600 лет отдачи - пока нет даже догадок...

Да отож...

Но как его сделать на 600 лет отдачи - пока нет даже догадок...

У меня теплилась надежда как-то нарабатывать быстро убывающий полоний из висмута прямо на борту по ходу. Но это будет иметь смысл если цикл наработки:

1. Потребует значительно меньше энергии, чем дает сам распад полония-210.
2. Если установка по наработке будет достаточно компактна и вместе с тем производительна, чтобы компенсировать убыль полония.

Требования слишком высоки. Это, видимо, останется мечтой.

[AlexAV]

Смущает высокий кпд=25%, какая температура РТ в начале цикла?

Температура эмиттера ~2000К.

[AlexAV]

его же надо балансировать на "острие" (коэффициент размножения может быть больше 1,068)

Нужен сильный отрицательный температурный коэффициент реактивности. Иначе никак. Например (пока гипотетически) через тепловое расширение сборки.