NASA ядерный двигатель и концепции

[Alexandr_A]

del

[Dave Bowman]

Mark пишет:
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20120014217_2012014256.pdf

Mark, а в связи с отказом от Constellation Program этот проект тоже закрыт? Как я понимаю, полет на Марс сейчас планируют как "экономный" - ракета SLS на запасе двигателей RS-25, корабль MPCV в кооперации с ЕКА, жилой отсек с минималным жилим объемом для экипажа http://www.dailytechinfo.org/space/4138-nasa-nachinaet-sooruzhenie-kosmicheskogo-korablya-sposobnogo-dostavit-lyudey-na-mars.html ,
http://gizmodo.com/marshall-space-center/

[Mark]

Mark, а в связи с отказом от Constellation Program этот проект тоже закрыт? Как я понимаю, полет на Марс сейчас планируют как "экономный" - ракета SLS на запасе двигателей RS-25, корабль MPCV в кооперации с ЕКА, жилой отсек с минималным жилим объемом для экипажа

Полет на Марс и астероиды сделает НАСА на ЯРД, а первый технологичны полет ЯРД будет уже в 22-23 годах.

[Дмитрий]

Дмитрию В. Вы А в чем разница между наземной, лабораторной, экспериментальной установкой и той, что работала в космосе? Ресурс ионных двигателей, которые разработаны в США и России не более сотни-1500 часов суммарной работы. На таких двигателях далеко не улетишь.Например к Марсу.Тяга не достаточна.Поэтому в России не могут долететь до астероидов. А в Японии, США могут.

[Mark]

В России будут после 2030 тоже и  ЯРД, об етом гаварил КБ Салют, полетим на астероиды и Марса. Да,   толко НАСА будет первая.

[Mark]

NASA Researchers Studying Advanced Nuclear Rocket Technologies, 10.01.2013

By using an innovative test facility at NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Ala., researchers are able to use non-nuclear materials to simulate nuclear thermal rocket fuels -- ones capable of propelling bold new exploration missions to the Red Planet and beyond.
The Nuclear Cryogenic Propulsion Stage team is tackling a three-year project to demonstrate the viability of nuclear propulsion system technologies. A nuclear rocket engine uses a nuclear reactor to heat hydrogen to very high temperatures, which expands through a nozzle to generate thrust. Nuclear rocket engines generate higher thrust and are more than twice as efficient as conventional chemical rocket engines.

The team recently used Marshall's Nuclear Thermal Rocket Element Environmental Simulator, or NTREES, to perform realistic, non-nuclear testing of various materials for nuclear thermal rocket fuel elements. In an actual reactor, the fuel elements would contain uranium, but no radioactive materials are used during the NTREES tests. Among the fuel options are a graphite composite and a "cermet" composite -- a blend of ceramics and metals. Both materials were investigated in previous NASA and U.S. Department of Energy research efforts

The NTREES facility is designed to test fuel elements and materials in hot flowing hydrogen, reaching pressures up to 1,000 pounds per square inch and temperatures of nearly 5,000 degrees Fahrenheit -- conditions that simulate space-based nuclear propulsion systems to provide baseline data critical to the research team.
"This is vital testing, helping us reduce risks and costs associated with advanced propulsion technologies and ensuring excellent performance and results as we progress toward further system development and testing," said Mike Houts, project manager for nuclear systems at Marshall.

A first-generation nuclear cryogenic propulsion system could propel human explorers to Mars more efficiently than conventional spacecraft, reducing crews' exposure to harmful space radiation and other effects of long-term space missions. It could also transport heavy cargo and science payloads. Further development and use of a first-generation nuclear system could also provide the foundation for developing extremely advanced propulsion technologies and systems in the future -- ones that could take human crews even farther into the solar system.
Building on previous, successful research and using the NTREES facility, NASA can safely and thoroughly test simulated nuclear fuel elements of various sizes, providing important test data to support the design of a future Nuclear Cryogenic Propulsion Stage. A nuclear cryogenic upper stage -- its liquid-hydrogen propellant chilled to super-cold temperatures for launch -- would be designed to be safe during all mission phases and would not be started until the spacecraft had reached a safe orbit and was ready to begin its journey to a distant destination. Prior to startup in a safe orbit, the nuclear system would be cold, with no fission products generated from nuclear operations, and with radiation below significant levels.
"The information we gain using this test facility will permit engineers to design rugged, efficient fuel elements and nuclear propulsion systems," said NASA researcher Bill Emrich, who manages the NTREES facility at Marshall. "It's our hope that it will enable us to develop a reliable, cost-effective nuclear rocket engine in the not-too-distant future."

The Nuclear Cryogenic Propulsion Stage project is part of the Advanced Exploration Systems program, which is managed by NASA's Human Exploration and Operations Mission Directorate and includes participation by the U.S. Department of Energy. The program, which focuses on crew safety and mission operations in deep space, seeks to pioneer new approaches for rapidly developing prototype systems, demonstrating key capabilities and validating operational concepts for future vehicle development and human missions beyond Earth orbit.
Marshall researchers are partnering on the project with NASA's Glenn Research Center in Cleveland, Ohio; NASA's Johnson Space Center in Houston; Idaho National Laboratory in Idaho Falls; Los Alamos National Laboratory in Los Alamos, N.M.; and Oak Ridge National Laboratory in Oak Ridge, Tenn.

http://www.sciencedaily.com/releases/2013/01/130110103501.htm

[mark2000]

Не разделяю Вашего оптимизма по ЯРД.

ЯРД обладает преимуществом перед другими двигателями в сравнительно узкой области. При х/с менее 3 - 4 км/сек он проигрывает кислород-водородным двигателям, при х/с более 7 - 8 км/сек ЯЭРДУ с электрическими двигателями. При массах ПН менее 7 - 8 тон проигрывает указанным двигателям при любых х/с.

Иными словами это означает, что ЯРД будет выгоден лишь для доставки крупных грузов (в том числе пилотируемых экспедиций) к Луне, на ГСО или пролетающим вблизи Земли астероидам. Даже при полетах к Марсу преимущества его перед ЯРДУ с электрическими двигателями исчезает.

С учетом того, что для нашей страны "тянуть" две ядерные программы не по силам, выбор в пользу ЯРДУ с электрическими двигателями считаю сделан правильно.

[Alex_II]

Дмитрий пишет:
Ресурс ионных двигателей, которые разработаны в США и России не более сотни-1500 часов суммарной работы.

Да вы чо? А СПД-100 по вашему никогда на орбите не был?
http://www.fakel-russia.com/spd100.html Ресурс 9000 часов, как видите... А впервые на орбите он был кажется в 1994м году...

[Mark]

mark2000,

ЯРД для НАСА это сегодня самая лучшая альтернатива для пилотируемых полетов на Марс.  Там тоже никто не говори есть это возможно, они работают над сосданием. Всё.
Выбор Роскосмоса для ТЕМ тоже очень хорошая альтернатива, а если будет созданы бимодальный двигатель для ТЕМ (нужны будет тоже ЯРД), будут полеты на Марс толко за 30 суток. Только когда, ест тоже вопрос надежности и финансирования.

[mark2000]

Mark пишет:
 mark2000,

 ЯРД для НАСА это сегодня самая лучшая альтернатива для пилотируемых полетов на Марс. Там тоже никто не говори есть это возможно, они работают над сосданием. Всё.
 Выбор Роскосмоса для ТЕМ тоже очень хорошая альтернатива, а если будет созданы бимодальный двигатель для ТЕМ (нужны будет тоже ЯРД), будут полеты на Марс толко за 30 суток. Только когда, ест тоже вопрос надежности и финансирования.

Хотелось бы посмотреть расчет 30 суточного полета, нет ли ссылки?

Я прикинул на листке бумаги, у меня получилось, что необходимо развить скорость 40 км/сек. ЯРД такую скорость не обеспечит.

[Mark]

Расчет 30 суточного полета ест в НАСА и Ад Астра публикацйи.

1- Нужно до 200 Мвт. Тоже будет проблем роскрутки.
2- Скорость до 50 км/сек

Плазменные как и ЯРД имеют свои недостатки. Хруничев предлагает бимодальный двигатель, это комбинация этих двигатели. Для старта или торможении включаем ЯРД, а потом работают плазменные или МПД двигатели на 10000с с тягу на более чем 100кг. Смотрите тоже даты и анализы про ЯРД от НАСА.

http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20120009207_2012009494.pdf

[mark2000]

Mark пишет:
Расчет 30 суточного полета ест в НАСА и Ад Астра публикацйи.

1- Нужно до 200 Мвт. Тоже будет проблем роскрутки.
2- Скорость до 50 км/сек

Плазменные как и ЯРД имеют свои недостатки. Хруничев предлагает бимодальный двигатель, это комбинация этих двигатели. Для старта или торможении включаем ЯРД, а потом работают плазменные или МПД двигатели на 10000с с тягу на более чем 100кг. Смотрите тоже даты и анализы про ЯРД от НАСА.

 http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20120009207_2012009494.pdf

Спасибо!
Попробую одолеть.

[Mark]

BIMODAL NUCLEAR THERMAL ROCKET (BNTR) PROPULSION FOR FUTURE HUMAN MARS EXPLORATION MISSIONS,  
Статя с 2003 года.Stan Borowski National Aeronautics and Space Administration Glenn Research Center
 
Информация про ядерный LOX-Augmented Nuclear Thermal Rocket, LANTR двигатель. На этом бимодальным двигателе будет возможно например сделать одноступечны носитель с ПН до 100  тонн.


http://eltamiz.com/files/BNTR.pdf

[Mark]

mark2000 пишет:

Mark пишет:
mark2000,

ЯРД для НАСА это сегодня самая лучшая альтернатива для пилотируемых полетов на Марс. Там тоже никто не говори есть это возможно, они работают над сосданием. Всё.
Выбор Роскосмоса для ТЕМ тоже очень хорошая альтернатива, а если будет созданы бимодальный двигатель для ТЕМ (нужны будет тоже ЯРД), будут полеты на Марс толко за 30 суток. Только когда, ест тоже вопрос надежности и финансирования.

Хотелось бы посмотреть расчет 30 суточного полета, нет ли ссылки?

Я прикинул на листке бумаги, у меня получилось, что необходимо развить скорость 40 км/сек. ЯРД такую скорость не обеспечит.

Смотри тоже:

Feasibility Analysis for a Manned Mars Free-Return Mission in 2018, Future In-Space Operations (FISO)
telecon colloquium, Dennis Tito, Taber MacCallum, John Carrico, Mike Loucks.

http://www.aiaa.org/uploadedFiles/About-AIAA/Press-Room/Key_Speeches-Reports-and-Presentations/2013_Key_Speeches/Inspiration-Mars-FISO-Presentation2013-04-03.pdf
 
Да, 30 суточный полет на Марс ест на ЯРД невозможны.

[Mark]

Mark пишет:

KBOB пишет:
ну так я непонял CFEET "Compact Fuel Element Environmental Test" запланированный на этот год прошел?
какие результаты?
http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2012-3819

Повторяю что Fuel Element Environmental Test и Fabrication будут:
Цитата:

1. Fuel Element Design, Fabrication, and Test AES, 12-14 год
2. Non-Nuclear Ground Testing AES, 15-20 год
3. Flight Technology Demonstration, 20-24 год

ЯРД, что будет нового, например:

- Higher temp. fuels being developed– 2,700K (Composite), 2,900K (Cermet)and ~3,100K (Ternary Carbides). 
- УИ от 915 до 1005с (Rover/NERVA:1959–72 толко 825 до 850с)
--многоразовые ЯРД с УИ на 850с

[Mark]

NASA team pushing towards thermal nuclear propulsion systems, January 2013.

Первым шагом на пути разработки следующего поколения ядерных ракетных двигателей является работы для тестирования и сертификации новых материалов, с которыми может быть увеличена максимальная реактор температура ядра. Для етого был построен черес НАСА ядерный экологической симулятор, NTREES, который можно безопасно и тщательно протестировать широкий спектр элементов ядерного топлива без опасности для окружающей среды.
Одна из предлагаемых топливных сборок выполнен из металлокерамики (композитных керамических и металлических материал) с составом шестьдесят процентов двуокиси урана (UO2) и 40% вольфрама металла. Он пронзил с около 100отверстиями, которые нагревают водорода, как она проходит через реактор. Отверстия являются около 2 мм в диаметре и одетый с 90 микрон толщиной трубы вольфрамрениевых сплавов. 

В ходе программы NERVA было установлено, что аналогичные топливных элементов страдает от бедствий UO2 в металл урана, который перенесен в пределах металлокерамики, вызывая структурных недостатков. Для стабилизации UO2, был добавлен 5-10% оксида гадолиния. Однако Гадолиний является хороший нейтронов поглотитель и его использование как стабилизатор сил увеличение размера реактора. NTREES позвалаэт тестовать топливные элементы и материалы в горячей проточной водорода, достигнув давления до 1000 фунтов на квадратный дюйм и температуры почти 2 760 ° C, условия, которые имитируют космических ядерных двигательных установок для предоставления исходных данных,  важнейшее значение для исследовательской группы. NTREES является идеальной системой для тестов, а также целый ряд других возможных проблем в реальных условиях.

НАСА иследователь Bill Emrich сказал: "Это мы надеемся, что он позволит нам разработать надежную, экономически эффективной ядерной ракетный двигатель в не слишком отдаленном будущем".

http://www.gizmag.com/nasa-nuclear-cryogenic-propulsion/25772/
 
Другом словом, у НАСA есть очень большой оптимиз над созданием ЯРД. Толко так    

[mark2000]

Mark пишет:
 Хруничев предлагает бимодальный двигатель, это комбинация этих двигатели. Для старта или торможении включаем ЯРД, а потом работают плазменные или МПД двигатели на 10000с с тягу на более чем 100кг. 

Что то похожее разрабатывалось в КБХА в конце 80-х, правда для других целей.

Трех режимная установка, способная работать как ЯРД и как ЯЭУ на двух уровнях мощности;


Дальше этого макета дело не пошло, но проведенные работы показали, что задача по созданию подобной энергодвигательной установки решаемая. Так, что достичь Марса за 30 дней можно.

[Mark]

mark2000 пишет:
Так, что достичь Марса за 30 дней можно

Уже С. Королев мечтал чтобы за 15 дней на Марс полетить, хвати и за 30-40  дней    

[Mark]

В Journal of the British Interplanetary Society 44 (1991) была статья от Robert Zubrin про "Nuclear Salt Water Rockets: High Thrust at 10,000 sec ISP"

Принцип выноса зоны реакции из корпуса двигателя позволяет снять ограничение температурных режимов реактора, и достигать значительно больших температур и давлений. Так, по некоторым расчетам, при эффективности выгорания ядерного топлива 0.8, скорость истечения рабочего тела для такого ЯРД составит 66000 м/с, удельный импульс 6730 секунд, мощность двигателя — 427 ГВт, тяга 12,7 меганьютон, тяговооруженность = 40, масса двигателя 33 тонны.

 

http://path-2.narod.ru/design/base_e/nswr.pdf

[ronatu]

mark200000 пишет:
http://habrahabr.ru/company/apps4all/blog/176227/

Под эгидой NASA строят термоядерный космический двигатель перевод

Научно-популярное , Космонавтика , Блог компании «Apps4All»
NASA и частные компании всеми силами хотят отправить человечество на Марс. Команда Университета Вашингтона, финансируемая космическим агентством, в свою очередь намеревается для этого разработать термоядерный двигатель, который сможет доставить человека на Красную планету за 30 дней, а также сделать возможными и другие космические путешествия.

«Используя существующее ракетное топливо практически невозможно для человечества исследовать что-то за пределами Земли», — говорит ведущий исследователь Джон Слоуг. «Мы надеемся получить достаточно энергии для того, чтобы межпланетные путешествия стали обычным делом»,

Предлагаемый Fusion Driven Rocket (FDR) – двигатель 150-тонного корабля, который использует магнетизм для сжатия литиевых или алюминиевых частей вокруг дейтерий-тритийного топливного ядра для инициации термоядерного синтеза. Результирующая сила реакции вызывает распыление вещества на скорости 30 км/с, она и толкает корабль вперед.





Отработанное топливо выбрасывается за корабль и так как весь процесс основан на магнетизме, износ двигателя минимален. При этом пеллета размером с зерно может обеспечить такое же количество импульса, что и галлон ракетного топлива.

Все это требует электрической энергии для управления и поддержания реакции, но инженер Энтони Панкокти утверждает, что преимущества такого магнитного двигателя в том, что космический корабль может питать сам себя только солнечной энергией.

«Он очень масштабируем – мы можем добиться термоядерной реакции в гораздо меньшем масштабе», — говорит он. «Мы можем запустить созданный двигатель от 200 киловаттной солнечной панели, т.е. примерно той же мощности, которую генерируют сейчас панели МКС».

При помощи FDR время полета до Марса может сократиться до 30-90 дней, по сравнению с 8 месяцами полета на «химической» тяге. Для 30-дневного путешествия понадобится всего трехдневная работа двигателя для разгона и еще три дня на его замедление на орбите Марса.

Такой двигатель также будет значительно дешевле на стадии разгона, чем химические ракеты, так как ему требуется гораздо меньше топлива на преодоление земной гравитации. Для предлагаемой 150-тонной конструкции примерно треть можно будет занять грузом, а уменьшенное время полета также уменьшит влияние радиации на космонавтов.

Многие космические полеты заканчиваются торможением об атмосферу для экономии топлива. Новый привод, однако, настолько эффективен, что такое торможение становится бессмысленным, так как масса защиты будет больше, чем масса расходуемого топлива.

Команда протестировала все части FDR в лаборатории и сейчас начинает строить двигатель в рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts Program, обеспечивающей финансирование для долгосрочных космических программ. FDR один из 10 проектов, добравшихся до Второй Стадии. Прототип FDR будет создан в ближайшие полтора года, а готовый корабль надеются создать к 2020 году – но при увеличении финансирования сроки могут быть и сокращены.

Учитывая жесткую экономию Правительства США это маловероятно, но FDR может сделать химические или ионные двигатели настолько же устаревшими, насколько сейчас нам кажется устаревшим паровой двигатель.