Электрореактивные двигатели

[Бертикъ]

Космос - это вам не наземный стенд, там во всех местах, куда не напускают намеренно кучу газа, всегда высокий вакуум.

А Вы об СВА космических аппаратов слышали?
И вообще я говорю не о Пашене в разрядном канале (там то даже если случайно пробьет, то всё равно на пользу), а о Пашене в нештатных местах. Например - внутри одного из конденсаторов. Они же не сертифицированы на работу в вакууме, да и их керамические изоляторы не сертифицированы на вибрационные перегрузки при запуске РН. Малейшая трещинка и идет утечка, которая в конце концов приводит к Пашену.
В принципе это я всё про то, что космическая сильноточная и высоковольтная батарея требует собственного ОКРа, потому как раньше такого в космосе не было.

[ОАЯ]

Почему идет разговор о высоковольтных конденсаторах? Разве нет возможности вначале подготовить модулированный высокочастотный силовой сигнал разумного потенциала для высокочастотного трансформатора и с высоковольтной обмотки просто пропускать переменный ток через высоковольтный диод?

[Бертикъ]

вначале подготовить модулированный высокочастотный силовой сигнал

Как подготовить? Примерно опишите всю электросхему, начиная от =24 В.

[ОАЯ]

- 24 вольт: блок защиты, резервирования, зарядки аккумуляторов, питание низковольтной аппаратуры...

- Преобразователь трансформаторный 1...100 килоГерц, 24 В / 300 В...800 В.

- 300 В...800 В: блок защиты, низкочастотный модулятор на функциональную частоту подходящую для ионника,
 
- Преобразователь трансформаторный 1 Мгц...10 Мгц 300 В...800 В / 10 КилоВольт 10 КВ*А

- Высоковольтная обмотка + цепь последовательно включенных высокочастотных выпрямительных диодов с уравнивающими резисторами

- Высоковольтный сумматор с 10...100 входами и 1 выходом.

- Электроды двигателя питаются низкочастотными импульсами.

[Бертикъ]

А какое из этих устройств формирует рабочие импульсы напряжения/тока?
Ведь для работы КСПУ нужны именно импульсы напряжения в несколько кВ, длительностью порядка 500-1000 мкс и "мощностью" порядка десятков МВт.

Вообщем, ИМХО, если такую электронику и можно создать, то вряд ли она будет проще и легче конденсаторной батареи с достаточно тривиальной по конструкции системой зарядки.
Тем более, что конденсаторы вместе с индуктивностью КСПУ создают самосогласованный колебательный контур, который и определяет рабочие процессы в ускорителе. Т.е. если переходить на "искусственный" токовый импульс, сформированный внешней электроникой, то это уже будет другой двигатель, который надо будет рассчитывать и оптимизировать "с нуля".

[ОАЯ]

В схеме с двойным преобразованием тоже самое - только без высоковольтных конденсаторов.
Если импульс 1000 мкс, то 500 Гц генератор с прямоугольными импульсами питает генератор в 1...10 МГц. На выходе видеоимпульсы проходят повышающий высоковольтный трансформатор. Напряжение с него выпрямляется (возможно, высоковольтный конденсатор сглаживает 1 мкс импульсы) и поступают на электроды (возможно после суммирования - зависит от конструкции двигателя).
   Нужна резонансная схема как в сварочниках или плавильных печах - создайте обратную связь по низкой частоте.
   
Есть еще один плюс. Если на прямую от конденсатора питать электроды, то энергия, запасенная в конденсаторе израсходуется только на 20 %, т.к. снижение напряжения на конденсаторе отключит процесс ускорения ионов. Это не страшно с точки зрения КПД двигателя. Но страшно с точки зрения отношения массы к емкости. Придется с собой возить 80% процентов не нужной массы конденсаторов.

[Бертикъ]

КСПУ не ионник. Там не "голые" ионы ускоряются в электрическом поле, а ток (и частицы в нем), протекающий через плазму, ускоряется в собственном магнитном поле. Сила Лоренца. Так что всё, что запасено в конденсаторе, уходит в плазму (за исключением омического нагрева конденсаторов).

И просто для информации - вот примерно такая форма тока в КСПУ. Уровень "плато" зависит от энергетики, но ориентировочно - от десятков до сотен кА.
Вы не можете просматривать это вложение.

[ОАЯ]

Всего килоампер в каждом из десяти...сотни каналов? 

Кстати, получается расход газа не равномерен с точки зрения КПД. В пике КПД высокий. Но по мере уменьшения становиться жалко тратить газ на не максимальный разгон и соотв.-е ускорение КА?

Спасибо за график!!!  Но график тока должен отражать ионные процессы в газе. Процесс ионообразования должен прекратиться после снижения напряжения на 20%. Даже при наличии магнитного поля.

[Бертикъ]

Кстати, получается расход газа не равномерен с точки зрения КПД. В пике КПД высокий. Но по мере уменьшения становиться жалко тратить газ на не максимальный разгон и соотв.-е ускорение КА?

А там и напуск газа - импульсный и согласован с разрядом (вернее - напуск уже предионизованного в специальных разрядных камерах газа).

[ОАЯ]

Нашел график магнетрона (похож?).


И зависимость от магнитной индукции



https://lemzspb.ru/kriticheskiy-tok-v-solenoide-grafik/

Теперь понятно, почему пологий спад тока. 
"Пологий спад анодного тока обусловлен следующими причинами: влиянием краевых эффектов, неоднородностью магнитного поля, некоаксиальностью электродов, падением напряжения вдоль катода, разбросом по скоростям эмитированных электронов и т. д. "
https://lemzspb.ru/kriticheskiy-tok-v-magnetrone-eto/
И магнитная индукция.

[Бертикъ]

В КСПУ магнитное поле создает не внешний соленоид, а сам разрядный ток.
Вот примерно такая физическая картина там (это не КСПУ, но очень близкий родственник).

Вы не можете просматривать это вложение.

Магнитное поле создается разрядным током вокруг центрального катода, а снаружи - цилиндрический анод (у КСПУ он состоит из множества стержней).

[SONY]

А Вы об СВА космических аппаратов слышали?

А вы о её плотности слышали?..
Если не брать моменты работы ЖРД, то там и 10^-4 мбар никогда не достигаются, т.е. вокруг космического аппарата всегда поддерживается высокий вакуум, в котором никакие пробои невозможны.

И вообще я говорю не о Пашене в разрядном канале (там то даже если случайно пробьет, то всё равно на пользу), а о Пашене в нештатных местах. Например - внутри одного из конденсаторов. Они же не сертифицированы на работу в вакууме, да и их керамические изоляторы не сертифицированы на вибрационные перегрузки при запуске РН. Малейшая трещинка и идет утечка, которая в конце концов приводит к Пашену.

А я вам говорю, что во всех местах будет высокий вакуум, в том числе и внутри конденсаторов (они - плёночные, им герметичность не нужна), а потому никакой пробой физически невозможен.

Почему идет разговор о высоковольтных конденсаторах? Разве нет возможности вначале подготовить модулированный высокочастотный силовой сигнал разумного потенциала для высокочастотного трансформатора и с высоковольтной обмотки просто пропускать переменный ток через высоковольтный диод?

Нам нужно получить порядка киловольта при токе от нескольких десятков килоампер до 100+ кА.
Берём вместо киловольта десятки вольт - получаем ток в районе мегаампера.
Вы как себе это технически представляете?..

[thunder26]

Внутри негерметичного приборного отсека величины порядка 1е-6 мм.рт.ст.

[Бертикъ]

А вы о её плотности слышали?..
Если не брать моменты работы ЖРД, то там и 10^-4 мбар никогда не достигаются, т.е. вокруг космического аппарата всегда поддерживается высокий вакуум, в котором никакие пробои невозможны.

Слышал.

Плотность СВА на несколько порядков выше плотности невозмущенного космического вакуума. Большой вклад в образование СВА вносят неизбежные утечки газов из гермообъемов, выхлопы двигателей, частицы пыли.
Наличие СВА способствует уменьшению электрического сопротивления промежутков между отдельными проводниками тока, что вызывает электрические пробои, сопровождающиеся электромагнитными импульсами, скачками напряженности электрического поля и т.п.

https://rudocs.exdat.com/docs/index-265579.html?page=3

[SONY]

Видите там про "выхлопы двигателей"?.. Вот при работе ЖРД сколько-нибудь заметное давление иногда получается. Во всех остальных случаях "на несколько порядков выше плотности невозмущенного космического вакуума" - это 10^-6 мбар внутри аппарата, когда космический вакуум - 10^-9 мбар.

[Бертикъ]

Видите там про "выхлопы двигателей"?.. Вот при работе ЖРД сколько-нибудь заметное давление иногда получается. Во всех остальных случаях "на несколько порядков выше плотности невозмущенного космического вакуума" - это 10^-6 мбар внутри аппарата, когда космический вакуум - 10^-9 мбар.

А Вы думаете, что на ТЭМе не будет ЖРД ориентации и стабилизации? Будут. И весьма нехилые при массе буксира 22 т.
Плюс разнообразные жидкие и газообразные рабочие тела (ЭРДУ, ХИ и т.д.). Так что СВА будет и весьма богатая.
Но. Еще раз повторю - при разговоре о пробоях я имел в виду не СВА, а возможное нарушение герметичности конденсаторов, которые не сертифицированы для космоса.
Однако, не вижу смысла в продолжении спора - пусть исполнители спорят с госприемкой.

[SONY]

А Вы думаете, что на ТЭМе не будет ЖРД ориентации и стабилизации? Будут. И весьма нехилые при массе буксира 22 т.

Думаю, что там будут гиродины. Причём учитывая концепцию массива ЭРД, ориентацию вдоль двух осей основную часть полёта можно будет осуществлять дросселированием маршевых двигателей, лишь продольная ось останется полностью за гиродинами. Безусловно, тут порой будет нужна разгрузка с помощью ЖРД ориентации, но это редкая краткосрочная операция, на время которой маршевые ЭРД просто будут отключаться.

Еще раз повторю - при разговоре о пробоях я имел в виду не СВА, а возможное нарушение герметичности конденсаторов, которые не сертифицированы для космоса.

Нарушаем их герметичность сразу, ещё до полёта - и всё. Я вам уже писал: они - плёночные, им герметичность в космосе не нужна.

Однако, не вижу смысла в продолжении спора - пусть исполнители спорят с госприемкой.

Спорить с госприёмкой им явно не придётся. Отчитаться по такому проекту, если сделано хоть что-то - это вообще не проблема. Всё равно единственное место, где можно полноценно испытать этот двигатель - это стенд самого ТРИНИТИ, так что никаких независимых измерений тут просто не может быть.
Но меня поражает, что при наличии реальных "фатальных" проблем двигателя вы стали прикапываться к той проблеме, которой просто нету.
Передача сотен киловатт мощности от энергоустановки к двигателям - это в любом случае киловольты (если мы только не планируем делать там сверхпроводящую ЛЭП). Генераторы там дают киловольты, по линии передач идут киловольты, логично и двигатели делать на киловольты. Но у вас это якобы проблема.
Абсолютно нечувствительные к условиям космоса плёночные конденсаторы, которые повсеместно используются в вакууме без каких-либо проблем независимо от того, специально они сделаны под космос или нет, вы вдруг объявляете большой проблемой.
А вот то, что двигатель в силу ничтожного ресурса просто бесполезен - это вы игнорируете... Ресурс двигателя по полному импульсу заявляется равным 50 МН*с - всего лишь втрое выше, чем у серийного СПД-140Д. За всю свою "жизнь" двигатель ТРИНИТИ "переварит" всего 500 кг рабочего тела - едва ли не меньше, чем он сам будет весить, если реалистично оценить массу конденсаторов! А если накинуть массу баков и криокулеров для долговременного хранения водорода, то как бы тут не скатиться до уровня абляционных двигателей в плане доли массы рабочего тела в массе двигательной установки... Это двигатель для очень коротких быстрых манёвров? Тогда на кой чёрт ему 100 км/с удельного импульса?! Под такие задачи нужно ЯРД делать, который пусть и имеет удельный импульс всего 8-9 км/с, зато сам получится радикально меньше и легче, что позволит взять не 500 кг рабочего тела, а многие тонны.

[thunder26]

Сказать, что работа высоковольтной аппаратуры при пониженном давлении не является технологической и конструкционной проблемой - как бы не есть правда. Даже при 100 В бывает горят опытные приборы при проверках. С кВ все будет непросто...

[Бертикъ]

На ТЭМе таки будут в наличии "вонючие" ЖРД:
Вы не можете просматривать это вложение.
Про конденсаторы. Не надо в очередной раз повторять, что они пленочные. Ежу понятно, что не бумажные. Дело не в намотке. А в том, что в верхней части конденсатора (внутри него) идут тоководы, и если этот объем потеряет герметичность, то там может образоваться совершенно непредсказуемая атмосфера. "Нарушаем их герметичность"?! Уважаемый, мы делаем не лабораторную модель и даже не опытную для любительского спутника, а летную ДУ для серьезного аппарата стоимостью многие миллиарды, и самопальное нарушение стандартного изделия (конденсатора) еще хуже, чем то, что он не сертифицирован для космоса. Так что еще раз повторю - конденсаторы надо будет проектировать и изготавливать с нуля в космическом исполнении. И при этом Ваши оптимистичные сотни килограмм превратятся в тонны.
Что же касается сравнения КСПУ с другими конкурентами, то, например, у СПД есть одно очень важное преимущество, которое в глазах функционеров от космонавтики, которые будут делать окончательный выбор, и определит этот выбор - он уже отработан в космосе. И это делает его заведомым фаворитом, даже не смотря на возможно не лучшие параметры. А если "ловить журавлей", то можно вообще никуда не полететь. И ТРИНИТИ получил своего "журавля" исключительно для поддержки, без всякой надежды на "выхлоп".

[SONY]

Сказать, что работа высоковольтной аппаратуры при пониженном давлении не является технологической и конструкционной проблемой - как бы не есть правда.

При пониженном - огромная проблема. В высоком вакууме - радикально проще, чем в нормальном воздухе.

Так что еще раз повторю - конденсаторы надо будет проектировать и изготавливать с нуля в космическом исполнении.

Вы застряли в прошлом веке.

Уже давно от этого отходят. Всё больше и больше компонентов берутся самые обычные, а никакие не "с нуля в космическом исполнении". Причём это касается не только компонентов, которым принципиально пофиг, типа плёночных конденсаторов, но и реально чувствительных к герметичности, например литиевых аккумуляторов: сотни спутников ежегодно оснащают обычными массовыми батареями, а не специализированными космическими, и всё работает. Начали это ещё в самом начале 2000-х с использования массовых "банок" SONY 18650HC, которые и сейчас всё ещё работают в таких серьёзных аппаратах, как Mars Express или Lunar Reconnaissance Orbiter. Массовые батареи Moli ICR18650J применяют даже в системах жизнеобеспечения скафандров для ВКД! В прошлогодней публикации NASA заключило:

Commercial 18650 Li-ion cells were deemed to be advantageous over large-format custom Li-ion cell technologies, due to their higher specific energy, superior production quality, better cell uniformity, enhanced safety and simpler battery management, and were evaluated for future NASA and other aerospace applications.

После этого вы будете продолжать настаивать, что нам нужны "с нуля в космическом исполнении" плёночные конденсаторы, а обычные, прошедшие тестирование в вакуумной камере, использовать никак нельзя?..

Если мы по каждому чиху будем "с нуля в космическом исполнении" всё разрабатывать, то так мы никогда Солнечную Систему не освоим. Будущее за отбором среди массовой продукции тех моделей, которые работают в космических условиях либо "из коробки", либо с минимальными доработками. И лишь если ну вот прямо никак ничего подходящего найти не получается, только тогда уже "с нуля в космическом исполнении". Пока у нас нет абсолютно никаких оснований, кроме ваших голословных заявлений, считать, что конденсаторы К75-100 не подходят для применения в космосе.