Годится ли ионный двигатель для звездолетов?

[Retired]

С первым ответ дает  Циолковского: расход РТ как таковой бессмыслен, необходимо увеличивать скорость истечения (уменьшения, если угодно) массы РТ.
Извините, вы тут несете общепринятую чушь и бред.
Вы бы в график, что я вам привел ВСМОТРЕЛИСЬ бы.
Без лишнего зазнайства. Вам ПО ЭТОМУ ВОПРОСУ у нас тут надо учиться, учиться и учиться как завещал великий Ленин.

Нет, это правда! Я просто удивляюсь насколько очень образованные люди оказываются невежественны в ЭТОМ вопросе! И как тяжко даже до них доходят простые но непривычные факты, вытекающие, буквально, из школьной физики.
Это я вам как инженер инженеру. По-дружески.
 

А что бредового (пусть даже и общепринятого) Вы усмотрели в формуле Циолковского?
Которая гласит: достигнутая скорость аппарата линейно зависит от удельного импульса и логарифмически от пропорции потери начальной массы.
Логарифмическая функция очень слабая (в математическом смысле) относительно линейной. Чтобы увеличить результат скажем в 2 раза аргумент линейной функции надо увеличить в те же 2 раза, а у лога - в 10 раз, есть разница? И т.д.
А удельный импульс - производная от скорости истекания реактивной струи.

[Проходящий Кот]

Кто нибудь, напомните пожалуйста, чем плохо ионы распада сразу направлять магнитным соплом в нужную сторону. Чем та идея хуже нынешнего пузыря?

Осталась одна мелочь - подобрать такую конфигурацию поля, что есть задачка крайне нетривиальная, мягко говоря.

Вообще-то  это сообщение awsislemse

[Retired]

Извините, но я считаю, что люди все еще  рассматривающие аннигиляцию как вариант - просто совсем не в теме.  Абсолютно не в теме!

Назовите мне более эффективное извлечение энергии из вещества (окружающего Мира, если угодно) нежели аннигиляция, которая дает 100% выхода по E=m*c^2, Прим. Протон-протонный термояд (это который в звездах спектрального класса Солнца) в тысячи раз менее эффективен. Расщепление делящегося материала в сотни раз менее эффективнее термояда.

[Retired]

В нейтроны уходит только 3% энергии деления (плюс какая-то добавка будет от (n, gamma) процессов). Причём далеко не каждый нейтрон, возникающий в ядре будет доходить до стенки. Т.е. на её нагрев пойдут единицы процентов мощности ячейки в худшем случае. Маловероятно, что это будет существенной проблемой.

Так если стенка тонкая (сантиметры) как раз эти несколько % могут дать очень высокое удельное (по объему) нагревание...

[Проходящий Кот]

Извините, но я считаю, что люди все еще  рассматривающие аннигиляцию как вариант - просто совсем не в теме.  Абсолютно не в теме!

Назовите мне более эффективное извлечение энергии из вещества (окружающего Мира, если угодно) нежели аннигиляция, которая дает 100% выхода по E=m*c^2, Прим. Протон-протонный термояд (это который в звездах спектрального класса Солнца) в тысячи раз менее эффективен. Расщепление делящегося материала в сотни раз менее эффективнее термояда.

Осталось мелочь --- найти это антивещество, а затем утилизировать энергию аннигиляции....

[AlexAV]

Расщепление делящегося материала в сотни раз менее эффективнее термояда.

Всё таки меньше. Выход энергии с деления около 200 МэВ при массе ядра пусть 239. Для самой энергоёмкой термоядерной реакции (He-3+D) выход 18,4 МэВ, при массе 5. Т.е. в первом случае 0,8 МэВ/нуклон, во втором 3,7 МэВ/нуклон. Т.е. отличие только в 4,6 раз.

[Retired]

Осталось мелочь --- найти это антивещество, а затем утилизировать энергию аннигиляции....

Ну собственно антивещество синтезируется  "в пробирке". Антипротий вроде (по публикациям) уже получает в кол-ве достаточном для первичного изучения его фундаментальных физических свойств. А утилизация - не проблема, дозированная энергия взрыва впрямую на импульсную тягу движка...

[Retired]

Всё таки меньше. Выход энергии с деления около 200 МэВ при массе ядра пусть 239. Для самой энергоёмкой термоядерной реакции (He-3+D) выход 18,4 МэВ, при массе 5. Т.е. в первом случае 0,8 МэВ/нуклон, во втором 3,7 МэВ/нуклон. Т.е. отличие только в 4,6 раз.

Ну ладно уж тут Вы допускаете "типовое" лукавство - приводите удельность к нуклону. А я считаю по удельной массе РТ

[Проходящий Кот]

Осталось мелочь --- найти это антивещество, а затем утилизировать энергию аннигиляции....

Ну собственно антивещество синтезируется  "в пробирке". Антипротий вроде (по публикациям) уже получает в кол-ве достаточном для первичного изучения его фундаментальных физических свойств. А утилизация - не проблема, дозированная энергия взрыва впрямую на импульсную тягу движка...

Если у вас проблем нет, тогда вперед. Всего несколько триллионов лет и соберете антивещества для простой межзвездной экспедиции.....

[alex_semenov]

(Александр?)

Да

тут нужно немного переформулировать Ваш вопрос. Какой тип реактора мы собираемся применять? Собственно от этого будет ясна степень обогащения "топлива". Но в любом случае реактор не сможет работать долгие годы вне зависимости от типа...

Я не планировал сразу загружать реактор на все 900-800 лет полета. Скажем, один из 10 реакторов раз в 10 лет отключается на 1/10 года и проходит профилактику. Итого за полет 90-80 циклов.
Во-первых, если посчитать весь уран, который надо спалить в реакторах за время перелета, то мы обнаружим, что это заметная доля от массы самого корабля. Скажем, я как-то прикидывал при каких-то параметрах (уже не помню) получал 200 г урана (235-го!) на 1 кг корабля.
Во-вторых мы боремся за удельную мощность, поэтому уран прозапас, заранее загруженный в реактор будет балластом и будет создавать проблемы и конструкторам. Пускай лежит себе в загашнике и ждет время когда обслуживающие роботы его загрузят в реактор.
В-третьих, большой объем урана в реакторе, как я понимаю, требует БАЛЛАСТНЫХ материалов для обеспечения нужной критичности. Безумие тащить с собой через межзвездное пространство НИЗКООБОГАЩЕННЫЙ уран. Зачем этот балласт?
В идеале в реакторе должен использоваться оружейный уран или плутоний (если это возможно). Реактор должен быть максимально легким и мощным.

В-четвертых. Если удалять из реактора отработанное ядерное горючее, то золу не надо везти с собой всю дистанцию.  И если нельзя продукты распада использовать как рабочую массу в ионном двигателе, то ее просто можно выкинуть за борт и это уже будет экономия энергии и рабочего тела. То есть плюсов у такого подхода много.

В-пятых. Реактор все равно нужно останавливать на профилактику. На восстановление тех же самых эмиттеров в термоэмиссионных каналах.

Есть и минус.
Загрузка и профилактика реактора - задача дополнительная и сложная. Но я не думаю, что это сильно утяжелит конструкцию, если заранее продумать реактор под это дело.

[AlexAV]

Ну собственно антивещество синтезируется  "в пробирке". Антипротий вроде (по публикациям) уже получает в кол-ве достаточном для первичного изучения его фундаментальных физических свойств. А утилизация - не проблема, дозированная энергия взрыва впрямую на импульсную тягу движка...

Антипротоны производят в оптовых количествах. А вот производство антиатомов... проблема. Для этого частицы надо охлаждать, чтобы они рекомбинировали, а это задача непростая, да и рекомбинируют они при достижимых концентрациях крайне плохо. Поэтому атомы получаются совсем в штучных количествах. Для исследования излучения правда этого хватает.

Вообще с антиматерией одна главная проблема. Как её хранить? Т.е. возможно ли это вообще для макроскопических количеств,  а если да - то какой будет масса антивещества по отношению к массе ловушки.

А то получается, что её там будет на уровне долей процента по массе и окажется что плутоний у системы антиматерия+ловушка вообще выигрывает по энергоёмкости.

[Retired]

Вообще с антиматерией одна главная проблема. Как её хранить? Т.е. возможно ли это вообще для макроскопических количеств,  а если да - то какой будет масса антивещества по отношению к массе ловушки.

Первое что приходит в голову - статическая кулонова , если атомы антиматерии допускают устойчивое пребывание в ионизированном состоянии длительное время. По идее кулоново взаимодействие инвариантно к "барионности". Такую ловушку можно сделать очень простой (легкой и необслуживаемой)

[Retired]

Я не планировал сразу загружать реактор на все 900-800 лет полета. Скажем, один из 10 реакторов раз в 10 лет отключается на 1/10 года и проходит профилактику. Итого за полет 90-80 циклов.

Не сможет реактор сохранять свою потенциальную работоспособность пусть даже в законсервированном виде сотни лет. ТВЭЛы деградируют заметно раньше, хотя бы из-за разрушения их материалов от фонового нейтронного потока...

[Проходящий Кот]

Слово "профилактика" игнорируем?
Хотя бы мини-завод изготовления ТЭЛов надо с собой тащить....

[Кремальера]

Осталось мелочь --- найти это антивещество, а затем утилизировать энергию аннигиляции....

Аннигиляция,"все деградирует"..Сдается мне что эт наш колонель с Таитянских каникул возвернулся.

[Retired]

Слово "профилактика" игнорируем?
Хотя бы мини-завод изготовления ТЭЛов надо с собой тащить....

Профилактика не устраняет результат деградации на уровне микроструктуры материала. А чтобы тащить с собой мини-завод ТВЭЛов - придется тащить с собой заметный кусок земного шара (то есть планета Земля), где изотопы урана сохранились до наших дней исключительно  в силу чудовищного распыления по объему земной коры. Которое исключает расщепление от внешних нейтронов (только акты самопроизвольного деления)

[alex_semenov]

А что бредового (пусть даже и общепринятого) Вы усмотрели в формуле Циолковского?

Коротко (насколько можно).
Энергетически оптимальная ракета должна отбрасывать рабочее тело со скоростью 0.62 от дельта-вэ, суммарного приращения скорости (сядьте сами и посчитайте из формулы Циолковского и формулы кинетической энергии тела!). Всеобщий бред в том, что все бездумно верят, мол, чем быстрей истечение, тем ракета эффективней. Она эффективней по массе. Но энергетически такая ракета более расточительна.
Звездолеты не экономят массу топлива. Они экономят энергию (мощность). Поэтому гнать скорость истечения до скорости света (как нас учили бесчисленные книжки в детстве, передирая это у Зенгера, который прижимал свой фотонный звездолет к пределу сверта) - глупость несусветная.
Еще раз я советую посмотреть этот график:



Вы видите тут явно выраженный минимум времени перелета? Ему соответствует некая ОПТИМАЛЬНАЯ скорость истечения (ось абсцисс). То есть если отбрасывать рабочее тело медленнее или быстрей этого оптимума - себе дороже. Доберешься до цели позже.
Почему? Потому что вы заметную часть удельной мощнсоти тратите В ПУСТУЮ, на обогрев вселенной. В оптимуме вы тоже тратите. Но только 36%.
(хотя есть ракета еще более эффективная энергетически. Но это уже экзотика, хотя и под нее существуют проекты звездолетов, например "Валькирия", легшая в основу "Venture Star" у Камерона)
Кстати. Об антиматерии. Это вообще не источник энергии. Это в лучшем случае аккумулятор энергии. И крайне дрянной (малоэффективный) аккумулятор.

[alex_semenov]

Не сможет реактор сохранять свою потенциальную работоспособность пусть даже в законсервированном виде сотни лет. ТВЭЛы деградируют заметно раньше, хотя бы из-за разрушения их материалов от фонового нейтронного потока...

Кто хочет- ищет средства.
Кто не хочет - причины.

Твэл может почти весь состоят из ядерного горючего?
Скажем на 95%. Если да, то что мешает весь запас топлива заранее запрессовать в твелы? И при профилактике выкидывать отработанный твел с выгоревшим топливом целяком?
Вынял старый, новый вставил. Делов то!
В ядерном горючем обогащенном на 50% 50% массы - балласт. В любом случае с топливом будет некий балласт. Вот и пускай это будет стенка твэла! Почему нет?

[Retired]

Коротко (насколько можно).

и далее по тексту.

Уравнения Мещерского заставляете вспоминать? Ладно, прикину...

[Retired]

Твэл может почти весь состоят из ядерного горючего?
Скажем на 95%. Если да, то что мешает весь запас топлива заранее запрессовать в твелы? И при профилактике выкидывать отработанный твел с выгоревшим топливом целяком?
Вынял старый, новый вставил. Делов то!
В ядерном горючем обогащенном на 50% 50% массы - балласт. В любом случае с топливом будет некий балласт. Вот и пускай это будет стенка твэла! Почему нет?

По вашему уран в ТВЭЛах не подвержен самораспаду?
Прим. стенки ТВЭЛа из циркония, а не из обедненного урана.