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?
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.
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.
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.
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?
Доводя эту идею до логического завершения, получим ТФЯРД - даже преобразователей не надо, просто греем водород, выигрыш идет за счет уменьшения молекуялрной массы.
ЦитироватьЧто 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 :)
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?
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.
ЦитироватьТогда 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.
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...
ЦитироватьКогда 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:
ЦитироватьЦитироватьКогда 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.
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?
ЦитироватьУ 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?
ЦитироватьНе 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.
ЦитироватьДля тяги в 10 кН и времени работы двигателя 300 с среднее растояние можно взять порядка 1500 км.
Это на каких же орбитах оно находится?
ЦитироватьМне 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...
ЦитироватьЭто на каких же орбитах оно находится?
Я прикидывал для случая выведения с опорной на ГСО. Орбита станции примерно соответсвует орбите МКС.
ЦитироватьНу, 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....
А вот если сделать несколько иначе - за счёт отобранной в насосе энергии сделать "магнитное сопло" - то выигрыш получить можно?