Годится ли ионный двигатель для звездолетов?

[SY]

Но в этом случае это всё же не светодиод в обычном смысле.

Это лазерный светодиод, у него луч сильно расходится

[Retired]

Это лазерный светодиод, у него луч сильно расходится

А вот это - как раз и хорошо для проекта - больше зелени облучит фотосинтезом

[Проходящий Кот]

12.6 лет это именно ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА и никаких е....

В школу, потом экзамен.

Вперед, БЕГОМ....

[Кремальера]

По поводу диода-походу,только что колонэль нам родину слил,причем за так..
Что же до теплиц,радиаторов и пр.Почему бы не обойтись запасами генерального груза,ну правда для меньшего количества едоков.Взять пример с хомяков с их защечными мешками и все тащить с собой.Зерно или орехи правда не подойдут,а вот бобовые(тот же горох)если приложить ум ,могут храниться очень долго.Вообщем превратить звездолет в блуждающий гороховоз.
Ну и там всякой бакалеи долгохранящейся набрать.Меня наш "дед", перед тем как мне на берег списываться, угощал ромом времен Батисты.Так что хорошие, отобранные продукты могут долго прогибать полки и не портится.А индеек и поросят можно и на отходах и сигаретных бычках вырастить.

[Retired]

Меня наш "дед", перед тем как мне на берег списываться, угощал ромом времен Батисты.

Тоже мне, удивили, вот если бы коньяком времен БуанапартЭ....а то Батиста какой-та: прославился только тем, что классною породу проституток вывел на смешении креольских кровей. ...кубинскому рому на борту веков - вообще делать нечего, по-достойнее напитки возьмем.

[AlexAV]

Это лазерный светодиод, у него луч сильно расходится

Да собственно больше имел ввиду, что УФ - это не излучение самого кристалла, а преобразование более длинноволнового излучения лазера на вторую или третью гармонику.

Что интересно, так действительно получится больший КПД, чем пытаться сделать диод излучающий сразу в УФ. В ИК области есть хорошие прямозонные полупроводники (прежде всего арсенид галлия), а для коротковолновой нет. А на непрямозонном КПД 50-70-90% никогда не получишь, т.е. принципиально. А вот преобразовывать частоты лазерного излучения в нелинейных кристаллах научились весьма эффективно...

[Retired]

Что интересно, так действительно получится больший КПД, чем пытаться сделать диод излучающий сразу в УФ. В ИК области есть хорошие прямозонные полупроводники (прежде всего арсенид галлия), а для коротковолновой нет. А на непрямозонном КПД 50-70-90% никогда не получишь. А вот преобразовывать частоты лазерного излучения в нелинейных кристаллах научились весьма эффективно...

Да, насколько мне говорили ребята с "Полюса" (к Кремальере - я продолжаю сдавать все пЫонерские тайны) так сверх-мощные зеленые/синие п/п лазеры и делают. Будем считать что освещение теплиц и соляриев  - вопрос вполне решенный
Но по-прежнему смущает вопрос (коль ведем речь о свете) освещения обитаемых отсеков, лучше ламп накаливания пока ничего не придумали, но их кпд не сильно больше паровой машины...

[Проходящий Кот]

НАСТОЯЩИЕ ПОЛКОВНИКИ ОШИБОК НЕ ПРИЗНАЮТ.
Так в чем разница между периодом полураспада и временем жизни радиоактивного вещества?

[AlexAV]

Будем считать что освещение теплиц и соляриев  - вопрос вполне решенный

Т.е. освещать гармониками полупроводникового лазера?

Не дешёвое решение мягко говоря... Хотя конечно звездолёт не пригородная теплица, вопрос требования с ценам там куда менее жёсткий...

Тогда максимальный КПД 50% и соответственно около 30 кВт/человека только по продуктам питания. Все равно в ограничение в 20 кВт/человека не вписываемся.

[Retired]

Т.е. освещать гармониками полупроводникового лазера?

Не дешёвое решение мягко говоря... Хотя конечно звездолёт не пригородная теплица, вопрос требования с ценам там куда менее жёсткий...

Тогда максимальный КПД 50% и соответственно около 30 кВт/человека только по продуктам питания. Все равно в ограничение в 20 кВт/человека не вписываемся.

А по-любому 20КВт/чел не вписывается, если накрутить все системы обеспечения, включая рецикл утилизации возобновления воды/сортира/воздуха и пр. жизнеобесепчение. Да одна телекоммуникация с Землей МВт/бит будет жрать, а весточку домой поди каждый послать захочет. 

[Андрей Курилов]

12.6 лет это именно ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА и никаких е....

Неужели вы не помните, что Гончев даже давление света отрицает. Не удивляйтесь.

[Кремальера]

Хм..Ну что же.Сдается мне что ионное чудо ,с натяжкой,но все же возможно.Осталось тапереча только все по полочкам разложить:плюсы,минусы.Как говорит ув.Семенов ," в первом приближении"..Короче, треба резюме.

[Андрей Курилов]

Но не ищите средства…

Да неужели? Я предлагал тор.

Теперь считаем наружную поверхность бочки. Это боковая стенка цилиндра и две верхние круглые крышки:

Одна крышка. Вторая облучается радиаторами реактора. И то, если тот достаточно далеко и не греет ещё и боковые стенки цилиндра.
Тогда боковая стенка + крышка это 350 тыс. кв. м.

Теперь считаем поверхность радиатора с коэффициентом черноты 0.9, нагретым до 25 С (298 К) которая сольет эту мощность по С-Б. Я получил 496 980 м2

Что-то температура велика. Самая внешняя стенка должна быть намного холодней. 270-290 К, никак не более. 350 Вт/м² - максимум. Получаем 12.25 кВт/чел - максимум. При условии чёрной бочки, не подсвечиваемой радиаторами реактора и почти идеального теплопереноса из недр бочки наружу, что потребует дополнительных вложений.

Но вообще порядок получился сильно другой. Я считал сферу и получил мегатонны, цилиндр, видимо сильно меняет дело. Хотя это странно.
Для требуемой площади >500 тыс. кв. м получается сфера радиусом >200 м, соответственно, объём - более 30 млн. куб. м. Вот и получаются мегатонны.
Значит надо иметь обитаемый отсек в форме длинного небоскрёба или конуса - это максимизирует его эффективную площадь по отношению к объёму.

Кстати этот огромный обитаемый отсек массой в хз сколько тысяч тонн будет висеть на какой-то ферме с центростремительным ускорением примерно 3/4 же. Боюсь что при таких требованиях к точности обитаемый отсек не может быть ажурным и рыхлым, то есть он должен примерно соответствовать прочности известных нам зданий, которые также давят сами себя своим же весом. Логично? Давайте прикинем плотность конструкций зданий такого же примерно габарита. Empire state building имеет массу 320 килотонн и представляет собой приблизительно параллелипипед 66х66х300 м, т.е. плотность равна 0.25 т/м³. Ну допустим у вас будет средняя плотность 0.1. Для вашего цилиндра масса тогда будет 1.77 мегатонн. Это как раз то, о чём я уже говорил:

N_чел х t_лет = m_тонн

Давайте посмотрим что там дальше. Сколько там у вас по массе реактор со своими радиаторами? Сколько масса собственно двигателя?

[AlexOrex]

Касательно света - а реактивная струя у нас хорошо светит, учитывая ее гигаватты?

[Андрей Курилов]

Короче, треба резюме.

Да рано тут ещё совсем. По углеродному циклу вроде ватты замкнули, а вот по азотному - я не согласен - тут не всё так просто, кол-во необходимых белков в ваттах не измеришь (уже говорил ранее). Мало того, азот тут вообще решили подсократить, а по мере утечки - замещать инертными газами из реактора. Не, так корабли поколений не летают. Надобно расписать подробнее углеродный, кислородный и азотный баланс бочки. Потом можно будет обсуждать это далее.

[AlexAV]

Типа как у чукчей? Сурово…  Нет, разумеется НАДО! Это даже неожиданно…

Интересно оценить такой вариант. Эффективность производства сухой биомассы из водорода 3 г/г. Если принять, что эта биомасса соответствует 4.1 ккал/г, то КПД преобразования получается 36%.  Если взять какого-то консумента второго порядка, то ещё где-то 10% от этого. Т.е. суммарный КПД от водорода до мяса около 3,6%.  Т.е. получится (начиная от водорода) 5 кВт/человека (те которые перейдут так или иначе в тепло в помещении с околокомнатной температурой).

Учитывая, что КПД производства водорода, исходя из тепловой энергии реактора, не ниже КПД производства электроэнергии - выигрыш есть.

[Андрей Курилов]

Ну что, значит в рационе будет спирулина с мясом?

[SY]

Мало того, азот тут вообще решили подсократить, а по мере утечки - замещать инертными газами из реактора.

Резерв азота иметь в форме аммиака(рабочее тело системы терморегулирования) и нитратов удобрений.(еще карбамид, нитрат аммония и пр.)
Инертные газы(рабочее тело ионного двигателя и продукты распада в реакторе) - только на случай катастрофического развития событий.

Многие поверхности могут быть покрыты толстой пленкой нитрида титана для уменьшения износа(истираемости) - наносится дешево и сердито, особенно в условиях глубокого ваккума.(не рассматриваю это, как запас азота, скорее как механическую защиту)

[SY]

На самом деле в звездолете придется бороться с избытком азота, переходящим в атмосферу из пищевой цепочки.
Азотофиксирующими бактериями или прямым синтезом аммика/нитратов

[SY]

Решил сделать сравнение однократно ионнизированных ионов разных элементов в качестве рабочего тела при одинаковом ускоряющем напряжении. Наверное, уже такое делалось, но все же...

Общие положения и обозначения.
Импульс P = M * V ;(масса на скорость)
Энергия E = (M * V²)/2
Сравниваем ионы А и В, соответственно обозначаем ЕА, ЕВ, МА, МВ, VA, VB и т.п.

При прохождении одинаковой разности потенциалов электрического поля ионы разных элементов приобретут энергию движения пропорциональную заряду иона. Т.к. рассматриваются ионы с одинаковым зарядом, то все они приобретут одинаковую энергию (EA=EB), но разные скорости VA и VB в зависимости от их масс МА и МВ, соответственно, они дадут разный импульс звездолету PA и РВ.
EA = EB
(MA * VA²)/2 = (MB * VB²)/2 , сокращаем
MA * VA² = MB * VB²
VA² = (MB/МА) * VB², извлекаем корень
VA = [(MB/МА) * VB²]^1/2 = VB * (MB/МА)^1/2
Переходим к импульсам
РА = МА * VA ; PB = MB * VB
PB/PA = (МB*VB)/(MA*VA) = (MB/MA) * VB/[VB * (MB/МА)^1/2], сокращаем VB
PB/PA = (MB/MA) * [ 1/(MB/МА)^1/2] = (MB/MA) * (MA/MB)^1/2, итого
PB/PA = (MB/MA)^1/2

Как видно, более тяжелый иoн дает больше импульса при одинаковом заряде и потраченной энергии. Но зависимость не линейная, а квадратный корень из отношения масс.

Возьмем одинаковые по массе количества элементов А и В. Сравним их эффективность. Если элемент А легче В, то атомов элемента А будет больше в К=(МВ/МА) раз. В такое же количество раз больше энергии придется потратить на их разгон. Но сравним итоговой импульс при одинаковой массе.
РВ/(К*РА) =  [(MB/MA)^1/2]/K = [(MB/MA)^1/2]/(МВ/МА) = (MA/MB)^1/2

то есть суммарный итог совершенно противоположный. Имея одинаковую стартовую массу, более легкие ионы дадут звездолету больший импульс. Конечно, не даром, а за счет большей потраченной энергии.

ВЫВОД. При одинаком токе(раходе ионов) более тяжелые ионы предадут звездолету большее ускорение, но рабочее тело быстрее заканчивается. Более легкие ионы предают меньшее ускорение, но за счет большего времени работы итоговая скорость будет выше.

PS:Да, со словом ион маху дал, вначале написал правильно, а потом слово "ионный" попало на глаза, и в итоге недолго думая выполнил поиск-замену.