Вопрос про возможность совмещение технологий.

[Dark]

Очень упрощенно - у нас в обычных ЖРД есть турбонасос, дающий немаленькую мощность на валу. Если на него посадить электрогенератор, можно получить несколько МВт электроэнергии, а то и больше. Полученную электроэнергию можно ли использовать для разгона выхлопа из сопла с целью повышения скорости истечения? Я понимаю, что чудес не бывает, и если мы отбираем мощность для генератора, упадет тяга. Но можно ли повысить существенным образом импульс?
Скажем на старте генератор отключаем для максимальной тяги, а в вакууме включаем на максимальный импульс при минимальной тяге?

[Chilik]

То есть мы сначала отбираем энергию у смеси топливо-окислитель, а потом пытаемся её же вернуть туда же, откуда взяли, но с потерями на КПД и увеличением массы системы за счёт дополнительных узлов? Так работать точно не будет. Вот если дополнительная энергия берётся извне, например, от бортового реактора, то схема обсуждаема в принципе.

[Dark]

Я это понимаю. Вопрос в возможности увеличить импульс. К слову потери, не должны быть уж очень большими в цепи "турбина-генератор", другое дело что я не знаю насколько насколько эффективно можно использовать электроэнергию для разгона на выходе.

Ключевой вопрос - можно ли навесить на обычный ЖРД электромагнитную приблуду, которая бы увеличивала его импульс? Вопрос об электроэнергии на это оставляю в стороне. Понятно что внешний реактор весом 1 кг и с выходом 1000 ГВт был бы идеален, но сам принцип можно проверить, отбирая мощность с турбонасоса.

[hcube]

УИ увеличить можно. Выглядит это так - ты отбираешь энергию у части выхлопа, СНИЖАЯ ее УИ, потом греешь ыхлоп, ПОВЫШАЯ УИ. Поскольку УИ - это СКОРОСТЬ истечения, а передаешь ты ЭНЕРГИЮ, которая пропорциональна квадрату скорости, то снижаться УИ будет больше, чем повышаться. Поэтому СИЛОВОЙ генератор на валу ТНА особого смысла не имеет - даже привода проще напрямую питать газом, отбираемым перед турбиной ТНА. Однако, от такого генератора в принципе можно запитать электронику двигателя, сэкономив на батареях - тогда двигатель получается полностью автономным и без ограничения ресурса, накладываемого АКБ, более того - он может даже и отдавать энергию в общую сеть питания. Для РБ это непригодно - там есть длительные участки отключения, а вот для РН - вполне.

[Dark]

Я догадываюсь с отбором мощности с ТНА  итоге потеряем больше чем приобретем. Однако можно узнать насчет второго вопроса? - разгон выхлопа за счет внешнего источника электроэнергии. Сугубо в экспериментальном порядке - на столе у нас самодельный мини-ЖРД, к нему есть неограниченный доступ электричества из розетки. Что можно прилепить к нему чтобы поднять его импульс в работающем состоянии?

[Peter]

Доводя эту идею до логического завершения, получим ТФЯРД - даже преобразователей не надо, просто греем водород, выигрыш идет за счет уменьшения молекуялрной массы.

[Андрей Суворов]

Что можно прилепить к нему чтобы поднять его импульс в работающем состоянии?

Плазмотрон на магнетроне
Вообще-то, такие штуки уже есть - в системах коррекции наклонения спутников. Однокомпонентная ДУ на гидразине даёт УИ 235 секунд, а с электроподогревом - 600. Никакой мистики

[sychbird]

Тогда сразу возникает вопрос, ведь можно греть любой ЖРД по этой схеме. При указанном Вами соотношении УИ, ИМХО, любые геморои с подачей микроволны на борт носителя с земли становяться осмысленными.  А на заотмосферном участке можно микроволну со спутника подавать. Для вывода на ГСО. Кто нибудь прикидывал потребное  увеличение массы носителя в соотношении с ростом УИ? Стоит ли игра свеч?

[поверхностный]

Предположим, у нас двигатель с внешним нагревом. Двигатель работает в вакууме.

Теперь мы поставим многоступенчатую турбину с нагревом рабочего тела между ступенями. После каждого нагрева внутренняя энергия рабочего тела восстанавливается (поскольку только от температуры и зависит). В пределе мы получаем ЛЮБОЕ количество ступеней с одинаковой мощностью, то есть БЕСКОНЕЧНЫЙ выход энергии в расчете на кг рабочего тела. Критики знают , что размер ступеней будет расти по экспоненте.

Можно показать это по-другому. На диаграмме давление-от-объема адиабата выглядет, как экспонента. Полезная работа при бесконечном расширении стремится к константе. При изотермическом расширении давление обратно пропорционально объему, при бесконечном расширении газа работа стремится к бесконечности. Понятно, что и нагрев продолжается всю дорогу.

Теперь следующий вопрос - нафига нам турбины? В активной турбине газ сначала расширяется в обычном сопле, после чего его кинетическую энергию забирает колесо турбины. Но ведь нам в итоге все равно надо именно разгонять газ. В итоге модель вырождается в просто сопло с большим расширением и с нагревом стенок. Стенки сопла нагревают газ. КПД получается ниже, но кому он нужен, когда сильно растет УИ!

Где-то уже дискутировали на эту тему, но ни до чего не доспорились.

[Андрей Суворов]

Тогда сразу возникает вопрос, ведь можно греть любой ЖРД по этой схеме. При указанном Вами соотношении УИ, ИМХО, любые геморои с подачей микроволны на борт носителя с земли становяться осмысленными.  

Нет. Пока такой фокус освоен лишь с движками малой тяги, используемыми для коррекции наклонения. При этом устройство, генерирующее СВЧ, находится на спутнике и питается от солнечных батарей спутника и его аккумуляторов - чего-чего, а СЭП у связного геостационарного спутника зашибительская.

Когда заходит речь о тяге хотя бы в две тонны, мощность становится такой, что её просто сложно принять и переварить.

Т.е. такая схема является компромиссной между "чистыми" ЭРД (холловский, СПД) и "чистыми" ЖРДМТ, обеспечивая компромиссные параметры. Иногда это оказывается выгодно.

[Андрей Суворов]

Я, кстати, раздумываю, нельзя ли совместить магнетрон от СВЧ-печки и ЖРДМТ на перекиси (не гидразине, увы) в "любительской АМС"
У гидразина средний молекулярный вес продуктов разложения гораздо меньше, чем у перекиси, поэтому аналогичный аппарат будет иметь меньший УИ. Но, кстати, тут концентрация перекиси большого значения не имеет, она влияет, в первую очередь, на вес камеры нагрева... Т.е. может статься, что оптимум лежит в районе 75%.

Хотя, вон, люди строят свои ЭРД...

[sychbird]

Когда заходит речь о тяге хотя бы в две тонны, мощность становится такой, что её просто сложно принять и переварить..

Ну это понятно. Но какова  принципиальная перспектива? С моей точки зрения она должна оцениваться из соотношения  дополнительной потребной массы на то, что бы принять и переварить, и уменьшением массы топлива/баков в результате роста УИ. Если баланс обнадеживающий, тогда надо смотреть по стоимостному параметру: можно ли расчитывать на снижение  удельной стоимости выведения.
И по моему надо посмотреть отдельно для разных ступеней. Чисто умозрительно кажеться, что выигрыш мог бы быть на заатмосферном участке выведения для больших ПН. Из-за потерь на рассеяние. А если это так, то появляется смысл в строительстве больших заатмосферных станций.  :roll:
Черт возьми! Какая вкусная задача! И  почти по моей былой специальности - химии высоких энергий. Я правда не по микроволне специализировался, а по ИИ. По микроволне  в технике мало "копенгаген". :cry:

[Андрей Суворов]

Когда заходит речь о тяге хотя бы в две тонны, мощность становится такой, что её просто сложно принять и переварить..

Ну это понятно. Но какова  принципиальная перспектива? С моей точки зрения она должна оцениваться из соотношения  дополнительной потребной массы на то, что бы принять и переварить, и уменьшением массы топлива/баков в результате роста УИ. Если баланс обнадеживающий, тогда надо смотреть по стоимостному параметру: можно ли расчитывать на снижение  удельной стоимости выведения.

Нет, на снижение удельной стоимости выведения рассчитывать нельзя . Примем за основу конструкции наземной станции РЛС СПРН в Туле, Гренландия.
Допустим, у нас фазированная антенная решётка диаметром 60 метров, работающая на длине волны 3 см, что даёт нам лямбда/D =5*10^-4. Допустим теперь, что до нашей "штуки" 1000 км (высота орбиты*1,73). Тогда минимальное пятно, в которое можно сфокусироваться, будет 500 метров. Сколько будет весить приёмная антенна такого размера?

Допустим, тяга разгонного блока 10 кН, при увеличении удельного импульса на 3000 м/с речь будет идти о 30 МВт, и плотность потока мощности составит всего-то 157 ватт на квадратный метр - почти в 10 раз меньше, чем от Солнца.

Если же мы в 10 раз увеличим передающую антенну (по площади - в 100 раз) и сфокусируем в пятно диаметром 50 метров, то и такая антенна будет довольно тяжёлой - ведь при 16 кВт/м2 нам нужно заботиться о том, чтобы приёмная антенна не перегрелась - а сверхпроводники на СВЧ не работают.

Опять же, 30 МВт на спутнике - это 100 МВт электричества на входе в передающую станцию - к.п.д всех устройств заметно ниже 100%, и генераторов, и антенн, часть просто "пролетает мимо".

Но стоимость сооружений будет циклопической.

[sychbird]

У меня получается, что при удельной мощности 0,5 Квт/м2 солнечной батареи для ОИС( слегка завышена на перспективу на 30%) и КПД преобразования в микроволну 40% для получения 30 Мвт из вашего расчета потребуется солнечная батарея 450*450 м. Не знаю как оценить расходимость микроволнового пучка в космосе? Для тяги в 10 кН  и времени работы двигателя 300 с среднее растояние можно взять порядка 1500 км.

Мне кажется на вскидку, что получается что близко к вменяемому для большой станции на ОИС. А ваше мнение?

[Андрей Суворов]

У меня получается, что при удельной мощности 0,5 Квт/м2 солнечной батареи для ОИС( слегка завышена на перспективу на 30%) и КПД преобразования в микроволну 40% для получения 30 Мвт из вашего расчета потребуется солнечная батарея 450*450 м.

То есть, примерно тысяча МКС-ных батарей, я правильно посчитал?

Не знаю как оценить расходимость микроволнового пучка в космосе?

Универсальная формула - лямбда поделить на дэ есть угол расхождения, где лямбда - длина волны излучения, дэ - диаметр антенны. Угол получается в радианах. Попытка "сфокусировать" излучение возможна в "ближней" зоне (D/F>>l/D), отчасти возможна в промежуточной, и совершенно невозможна в дальней зоне.

Для тяги в 10 кН  и времени работы двигателя 300 с среднее растояние можно взять порядка 1500 км.

Это на каких же орбитах оно находится?

Мне кажется на вскидку, что получается что близко к вменяемому для большой станции на ОИС. А ваше мнение?

Ну, если тысяча МКС-ных батарей для вас выглядят вменяемо...

[sychbird]

Это на каких же орбитах оно находится?

Я прикидывал для случая выведения с опорной на ГСО. Орбита станции примерно соответсвует орбите МКС.

Ну, если тысяча МКС-ных батарей для вас выглядят вменяемо...

Я ориентировался на перспективные проекты той же Энергии. Там где-то встречалось, ЕМНИП, 1000*1000 м.

Ход мысли следующий: конечно подобная станция сейчас выглядить монструозно. Но если представить ситуацию  лет через 15-20 и допустить, что с ее помощью можно выводить на ГСО все необходимые ПН и все ПН на отлетные траектории, а время ее существования десятки лет....

[Дем]

А вот если сделать несколько иначе - за счёт отобранной в насосе энергии сделать "магнитное сопло" - то выигрыш получить можно?