Годится ли ионный двигатель для звездолетов?

[alex_semenov]

чем шлак ядерного реактора хуже, свинца?
Я уже не говорю о том что полного выгорания сборки можно достич в центре реактора. Тогда как для радио-изотопного элемента полое выгорание вообще невозможно. Потому нужна лаборатория для разделения продуктов реакции и непрореагировавших элементов.

Не знаю. Но идея вбрасывать через ионные двигатели ядерный шлак мне лично кажется действительно порочной.
Одно дело отделять свинец (температура плавления 600 К) от полония (температура плавление 527 К), другое дело пытаться разделить смесь самых разных элементов из середины таблицы Менделеева да еще и хорошо фонящих даже если им дать год-другой  вылежаться в отстойнике…
Если полоний от свинца мог бы отделять тот же робот-красильщик, то для утилизации шлака из ядерной топки нужно дейтсвтительно целое производство. И чего тогда стоила наша битва за Квт/кг если мы добавили к системе еще один тяжеленный потребляющий энергию девайс?

Хотя, может я и не прав? В принципе наша задача рассортировать золу по массе  (не столько по элементам). И каждый компонент отправить в свой ионник (со своим напряжением разгона). Возможно тут что-то и выйдет? Хотя как мне кажется, такой многотопливный ионник не даст тех 95-98% КПД, что от него можно рассчитывать на монотопливе.
Но в любом случае это дополнительные инженерные трудности. А у нас и на тех стадиях, что мы уже рассмотрели их - выше крыши. Зола - последняя капля, как мне кажется.
Что ни говори, но на ионном двигателе корабли более 100-200 Вт/кг нет смысла делать. Хотите больше? Стройте двигатели другого типа. Доводите до ума виверн-джет, например. Попробуйте модернизировать взрыволет или парус на потоке материи.

По сути изначально я понимал что у данного привода есть предел, зона здравого применения. Просто я не понимал до конца где проходит граница. Чтобы найти границы возможного, надо решиться на невозможное. Мы решились. Граница нашлась.
Уже дело.

[alex_semenov]

А зачем? Ионизируйте продукты реакции, засовывайте их в ионник и будет вам счастье

Если ионы будут разной массы, мы получим разную скорость истечения. Мы потеряем все достоинства ионника. Это в лучшем случае. В худшем он работать вообще не будет (возникнут какие-то паразитные эффекты, которые сделают затею бессмысленной). Ионник считается под конкретный тип топлива, под конкретную массу иона.

[Retired]

Хотя, может я и не прав?

Правы, дважды: использовать свинец как РТ для ионика - полная техническая утопия. Разделять изотопные осколки расщепления урана - ну сходите на "Маяк" (туда можно попасть), там город а не завод, при чем там де факто отгоняют только оружейный плутоний, а все остальное - в схрон.

[Retired]

Если ионы будут разной массы, мы получим разную скорость истечения. Мы потеряем все достоинства ионника. Это в лучшем случае. В худшем он работать вообще не будет (возникнут какие-то паразитные эффекты, которые сделают затею бессмысленной). Ионник считается под конкретный тип топлива, под конкретную массу иона.

Разумеется не будет, РТ ионика - ГАЗ! Посмотрите температуру кипения плумбума

[ВадимZero]

Если ионы будут разной массы, мы получим разную скорость истечения. Мы потеряем все достоинства ионника. Это в лучшем случае.

Ну пуская КПД у вашего ионника снизиться в два раза. С учетом того что реакция деления в 40 раз превосходит по энергоемкости испускание альфачастицы, все равно остается выгодным. Даже если вы понесете отдельно рабочее тело под ваш ионник с реактором, а продукты реакции будете выкидывать, такая схема будет перспективней радиоизотопной в силу большой разницы в энерговыделении.

[alex_semenov]

Ну пуская КПД у вашего ионника снизиться в два раза.

Если это случиться - дальше проект называется "пионэры добывают кумыс". Весь концепт держался на ЧУДОВИЩНОМ кпд высокоимпульсного ионника. На его чудовищно низкой массе (0.1-0.01 кг/кВт). Поэтому мы могли себе позволить играться с реактором и радиаторами. В частности увеличивать, уменьшат температуру, кпд. Облегчать конструкцию до предела. В ней и так было много всяких промежуточных звезньев.
Нет, вы как хотите, а я как знаю. Я заявляю что выше 200 Вт/кг загонять энергетику ионника (а значит и его скорость) бессмысленно. Но большой плюс в том, что из 1 кг корабля на тягово-энергетическую установку можно выделить всего 100-200 г.

[AlexAV]

Нет, вы как хотите, а я как знаю. Я заявляю что выше 200 Вт/кг загонять энергетику ионника (а значит и его скорость) бессмысленно.

На самом деле смысл конечно есть. Если мы отстреливаем отработанное топливо, то эффективный УИ уже будет неравен скорости истечения рабочего тела. Т.е. в этом случае в его качестве надо брать величину:



где u₀ - скорость истечения рабочего тела, W - энергоёмкость топлива, \alpha - полный КПД. В этом случае оптимальная скорость истечения оказывается



А максимальный эффективный УИ



Если взять уран и КПД ~ 20%, то получаем максимальный УИ около 0,01 с. Это тот максимум который можно извлечь из ядерного ионника. При этом (при бесконечной мощности) оптимальная по энергии ХС около 0,017с, или скорость полёта 0,0085с. До Проксимы это 500 лет полёта. Собственно это некий идеальный предел для такой системы к которому надо стремиться.

[SY]

Там коктейль из половины таблицы Менделеева.

Но основная часть - это ксенон, цезий и стронций.
ксенон от всего отделяется совсем без проблем

Если ионы будут разной массы, мы получим разную скорость истечения.

Если скармливать их по очереди, то больших проблем не будет. Понятно, что более легкие элементы будут иметь более высокую скорость истечения, с этой точки зрения надо использовать водород в качестве рабочего тела. Но он будет занимать очень много места, поэтому в современных ионниках используют более тяжелые газы.

По испарению свинца тоже не вижу проблем - он куда летучей того же вольфрама, который сам хорошо испаряется в дуге спектроскопа. Тем более на такие виды топлива стоит переходить по мере заканчивания основного топлива.
Стоит еще подумать, как пустые топливные баки тоже утилизировать как рабочее тело.

[Андрей Курилов]

А максимальный эффективный УИ

При известном пределе бомб 6 кт/кг можно получить предел УИ для бомболёта 3500 км/с, кстати. С учётом всех реалий едва-едва дотягивает до 1000 км/с.

Интересная формула, спасибо. Положу в сундук.

[alex_semenov]

На самом деле смысл конечно есть. Если мы отстреливаем отработанное топливо, то эффективный УИ уже будет неравен скорости истечения рабочего тела. Т.е. в этом случае в его качестве надо брать величину:



где u₀ - скорость истечения рабочего тела, W - энергоёмкость топлива, \alpha - полный КПД. В этом случае оптимальная скорость истечения оказывается



А максимальный эффективный УИ



Если взять уран и КПД ~ 20%, то получаем максимальный УИ около 0,01 с. Это тот максимум который можно извлечь из ядерного ионника. При этом (при бесконечной мощности) оптимальная по энергии ХС около 0,017с, или скорость полёта 0,0085с. До Проксимы это 500 лет полёта. Собственно это некий идеальный предел для такой системы к которому надо стремиться.

Гм... а как это получено? Можно разъяснить? Вкратце...

[AlexAV]

Гм... а как это получено? Можно разъяснить? Вкратце...

УИ по определению это отношение приобретённого импульса к затраченной массе.

Приобретённый импульс - это \mu u_0, где \mu - массовый расход рабочего тела, а u_0 - скорость его истечения.
Полный же расход массы складывается из собственно расхода массы рабочего тема \mu и расхода ядерного топлива, что есть \mu u_0^2/ (\alpha W), т.е. в сумме \mu + \mu u_0^2/ (2 \alpha W).

Находим отношение этих величин, а дальше ищем оптимум.

[alex_semenov]

УИ по определению это отношение приобретённого импульса к затраченной массе.
Приобретённый импульс - это \mu u_0, где \mu - массовый расход рабочего тела, а u_0 - скорость его истечения.
Полный же расход массы складывается из собственно расхода массы рабочего тема \mu и расхода ядерного топлива, что есть \mu u_0^2/ (\alpha W), т.е. в сумме \mu + \mu u_0^2/ (\alpha W).
Находим отношение этих величин, а дальше ищем оптимум.

Ага, спасибо. Разобрался. Действительно, все просто. Только почему



оптимальная скорость истечения?
Это максимальная скорость истечения. Нет?

[AlexAV]

оптимальная скорость истечения?
Это максимальная скорость истечения. Нет?

Оптимальная в том смысле, что для неё получается максимальный возможный эффективный УИ системы. Скорость истечения можно сделать и больше, но при этом пойдёт чрезмерный  расход ядерного топлива (у ядерного ионника ядерное топливо и рабочее тело надо учитывать по отдельности) и эффективный УИ системы в целом будет не расти, а падать.

[SY]

Это максимальная скорость истечения. Нет?

Импульс - это масса на скорость, а энергия это (масса на скорость в квадрате)пополам. Чтоб получить в два раза больший импульс, надо потратить в черыре раза больше энергии.

[alex_semenov]

Оптимальная в том смысле, что для неё получается максимальный возможный эффективный УИ системы. Скорость истечения можно сделать и больше, но при этом пойдёт чрезмерный  расход ядерного топлива (у ядерного ионника ядерное топливо и рабочее тело надо учитывать по отдельности) и эффективный УИ системы в целом будет не расти, а падать.

То есть меньше - нет смысла (куда девать энергию?), а больше у нас пойдет лишний расход топлива (урана) на единицу рабочего тела (ксенона) что в общем то глупо ибо отработанный (и  уже разогнанный) уран мы просто выбрасываем за борт.
Кстати, а если мы не выбрасываем, а некую часть (скажем k-тую) используем как рабочее тело?

Но основная часть - это ксенон, цезий и стронций.
ксенон от всего отделяется совсем без проблем

Ксенона и цезия сколько будет если поконкретней? Какая часть от первоначальной массы? Газы действительно ведь легко утилизировать...
Хорошо было бы их долю оценить и записать в разряд рабочей массы…

[alex_semenov]

Кстати, а если мы не выбрасываем, а некую часть (скажем k-тую) используем как рабочее тело?

Наверное так:

и тогда оптимум:

?

[AlexAV]

Наверное так:

Похоже всё так.

[Кремальера]

До Проксимы это 500 лет полёта. Собственно это некий идеальный предел для такой системы к которому надо стремиться.

А меня все равно до сих пор не отпускает "шарик".,особливо то что у него дедвейт почти как у танкера.Вообщем, используя ионники, транспорт забитый  бусами,зеркальцами,порохом и свинцом для аборигенов иной системы ,отправить в полет должны  уже мы.А будующие конкистадоры стартуют догонять его на легкой "яхте" ,лет через триста после отправки грузовика.

[Андрей Курилов]

Ксенона и цезия сколько будет если поконкретней? Какая часть от первоначальной массы? Газы действительно ведь легко утилизировать...
Хорошо было бы их долю оценить и записать в разряд рабочей массы…

Относительный вклад продуктов распада на графике ниже. У каждого элемента по 4 столбика, обозночающих каждый разное время выдерживания продуктов распада (значения времени выдерживания на легенде справа). Доля ксенона остаётся постоянной и равной 11.75% от всех продуктов распада. Доля цезия - 10.75% и падает с годами. Накапливающийся изотоп ксенона - 136, нерадиоактивен. Возникает по причине захвата радиоактивным ксеноном-135 нейтрона.

Данные относятся к продуктам деления урана-235 на медленных нейтронах. На быстрых нейтронах или при делени урана-233
или плутония-239 картина будет не сильно другая.

Но основная часть - это ксенон, цезий и стронций.

Стронция получается весьма мало.

[Проходящий Кот]

Данная двигательная установка достаточна для ТЕХНОКОСМовского освоения Вселенной, как базы для заброса систем самовосроизведения.
Для пилотируемой системы врятли.....