Ядерный Российский буксир для дальнего космоса

[nonconvex]

Отлично, если со Старшипом не получится, так и сделаем.

Да почему, все получится. Натянете на старшип простыню солнечные батареи, и вперед, навстречу открытиям!

[Dulevo]

По поводу...
The US government is taking a serious step toward space-based nuclear propulsion | Ars Technica

Будет запускаться как верхняя ступень Фалкон-9 или Вулкана.
Попытаются хранить жидкий водород до 2-х месяцев в космосе.
Нагрев топлива - до 2700 градусов.

Попытаются сделать возможной заправку на орбите для удлинения миссии.

[Дмитрий Инфан]

Зато есть вера в радаиаторы с температурой порядка 1000 К

Какой материал это выдержит? Титан и сталь рассчитываются до 600 градусов, а надо 700 с лишним.

[SONY]

Какой материал это выдержит? Титан и сталь рассчитываются до 600 градусов, а надо 700 с лишним.

Температура плавления большинства сталей выше 1650 К. Температура плавления титана - 1940 К.
Проблемы окисления в космосе нет. Механические нагрузки минимальны.

[Shin]

Какой материал это выдержит? Титан и сталь рассчитываются до 600 градусов, а надо 700 с лишним.

Температура плавления большинства сталей выше 1650 К. Температура плавления титана - 1940 К.
Проблемы окисления в космосе нет. Механические нагрузки минимальны.

А конструкционная прочность при скольких градусах?

[SONY]

А конструкционная прочность при скольких градусах?

А какая разница?..

Механические нагрузки минимальны.

[garg]

А конструкционная прочность при скольких градусах?

А какая разница?..

Механические нагрузки минимальны.

Ну вообще нифига не минимальны. Теплоноситель газ  работает только при определенном давлении (ниже давление ниже плотность, а жидкость без достаточного давления может выкипеть опять таки с существенным повышением давления в итоге.

Но вообще для этого есть жаропрочные сплавы, множество просто. С достаточной механической прочностью вплоть до 800-900 и изредка даже около 1000 цельсия. Это без сверхэкзотики. Экзотика вопрос сложный.

А 600 градусов - это бытовая сталь. Нет на такое, смысла ориентироваться.

[SONY]

Ну вообще нифига не минимальны. Теплоноситель газ

Теплоноситель - жидкость.

а жидкость без достаточного давления может выкипеть

У галлия, например, температура кипения при давлении в 1 атмосферу составляет 2477 К.
Вы считаете это слишком большим давлением?..

[garg]

Поменяли опять? Вроде гелием собирались охлаждать. Ну ладно. Если галлий не растворит трубы (а он тоже в амальгаму может) то пусть. Но прокачка жидкости помимо давления паров сама создаст неплохое давление в несколько атмосфер. Да и тепловое расширение есть и
 давление в жидкости оно создаст хорошее. Так что некая заметная прочность материалам нужна. И использовать их вплоть до плавления не вариант. 1000 может 1100 - предел. Если только мы не освоим супер углерод-углеродные материалы как Локхид в своем проекте реактора в соседней теме (если они есть в природе).

[Настрел]

Но вообще для этого есть жаропрочные сплавы, множество просто. С достаточной механической прочностью вплоть до 800-900 и изредка даже около 1000 цельсия. Это без сверхэкзотики.

36Х18Н25С2 - 1100. Без особой экзотики применяется в печах. Просто дорогая из-за хрома и никеля, которых в ней почти половина.
 
з.ы. а в клапанах ДВС стойкость 950 вродебы.

[Настрел]

А кто-то считал, или может посчитать на коленке чем плоха схема гибридного ЯРД у которого холодная сторона турбоагрегата охлаждается водородом, далее водород догревается в АЗ до 3000К, а на выходе из АЗ догревается дуговым разрядом от Турбоагрегата?
 
Чисто умозрительно, это позволяет повысить импульс на 25-50%(КПД электрической части). И при этом не нагревать АЗ выше 3000К, т.е. оставить реактор твердофазным. А радиатор турбоагрегата охлаждаемый криоводородом будет иметь микроскопические размеры и вес.

[Настрел]

Вы не можете просматривать это вложение. 
Типа такого

[vlad7308]

А кто-то считал, или может посчитать на коленке чем плоха схема гибридного ЯРД у которого холодная сторона турбоагрегата охлаждается водородом, далее водород догревается в АЗ до 3000К, а на выходе из АЗ догревается дуговым разрядом от Турбоагрегата?

неоткуда взять такие электрические мощности
это же десятки-сотни мегаватт
если бы они были - нафиг вообще нужен этот ЯРД?

[SONY]

Поменяли опять? Вроде гелием собирались охлаждать.

Что охлаждать?..
Гелий-ксеноновая смесь - рабочее тело газовой турбины. А вот эту рабочую смесь всегда планировалось охлаждать жидкостью. Более того, по первоначальному плану эта жидкость должна была выбрасываться в космос, там охлаждаться, и затем собираться уже холодная. "Но что-то пошло не так".

Да и тепловое расширение есть и давление в жидкости оно создаст хорошее.

Расширительный бак? Не, не слышали...

Так что некая заметная прочность материалам нужна.

Предел упругости стали 12Х18Н10Т при комнатной температуре - около 200 МПа.
Это значит, что трубка из этой стали с внутренним диаметром 10 мм и толщиной стенки 0,1 м (да, одна десятая доля миллиметра, трубка по сути из фольги) может выдержать давление в 4 МПа или 40 бар. Это на пределе, конечно, реально эксплуатационное давление должно быть не выше 25 бар. Но это для трубки из "фольги"!
Если трубка с внутренним диаметром 10 мм будет иметь стенки адекватной толщины, ну хоть 1,0 мм (а не 0,1 мм), то она те же 25 бар спокойно выдержит и при 1000 К, и даже при более высокой температуре.
В ведь 25 бар нам тут не нужны...

36Х18Н25С2

Такие стали нужны там, где большие нагрузки. А радиатор - это вовсе не та деталь, которая их испытывает...

Чисто умозрительно, это позволяет повысить импульс на 25-50%(КПД электрической части).

А вы не умозрительно, а точный расчёт сделайте...

[Настрел]

А кто-то считал, или может посчитать на коленке чем плоха схема гибридного ЯРД у которого холодная сторона турбоагрегата охлаждается водородом, далее водород догревается в АЗ до 3000К, а на выходе из АЗ догревается дуговым разрядом от Турбоагрегата?

неоткуда взять такие электрические мощности
это же десятки-сотни мегаватт
если бы они были - нафиг вообще нужен этот ЯРД?

Яж картинку даже нарисовал. Проще некуда.
Ярд нужен, чтобы размер радиаторов турбогенератора уместить в размер и вес чемодана. Получить импульс 1500 сек., тягу в сотни килоньютоннов, массу и размеры в габаритах 4-6 метровых вторых ступеней.

Стихами - идея в том, что мы в отличии от ЯЭРДУ, тепло не излучаем в пустоту, а "его уносит рабочее тело на пользу дела".

Еще раз на пальцах: "обычный" ЯРД Реактор греет на 2 гигаватта. Все эти 2 гигаватта легко уносит водород нагреваясь до 3000К. Уменьшаем расход водорода вдвое. Реактор так перегреется. Но мы вместо недостающего водорода запускаем такое же количество молей гелия через реактор по теплообменнику. Итого снова с реактора снимаем 2 гигавата, и он не перегревается, но зато половина ушла в гелий. 1 гигаватт горячего гелия пускаем в турбину, снимаем с неё 500 мегават электричества. Оставшиеся 500 мегаватт после турбины пускаем на подогрев водорода перед реактором, и заодно охлаждение холодного конца турбоагрегата. А 500 мегаватт сгенеренного электричества - вкачиваем в поток водорода на выходе из реактора. Получаем выхлоп в 4000К (или 4500К, тут я плыву) без расплавления реактора с соответствующим увеличением импульса.
Т.е. кпд установки как у ярд, тяга в два раза меньше, но импульс на 25-50% больше. Может и вдвое можно импульс поднять. Тут считать надо сколько надо  минимум водорода чтобы унести тепло с холодного конца турбоагрегата без перегрева всей установки. Еще и кпд электронагрева как то учитывать.

[Настрел]

А вы не умозрительно, а точный расчёт сделайте...

Не очень интеллектуально отвечать на вопрос:

А кто-то считал, или может посчитать на коленке чем плоха схема

Фразой "сделайте расчёт сами".
 
В приличных обществах, в таких случаях, если не могут посчитать сами, обычно или молчат, или присоединияются к просьбе и вместе ищут того, кто может посчитать.

[Шлангенциркуль]

И ведь правда, бабахнет пару раз активная зона от перегрева, и придется переходить на подобные весьма нетрадиционные удовольствия.
Но это, впрочем, в теме электрического союзмультфильма оффтоп.

[SONY]

В приличных обществах, в таких случаях, если не могут посчитать сами, обычно или молчат, или присоединияются к просьбе и вместе ищут того, кто может посчитать.

В приличных обществах сами считают элементарные вещи...

Еще раз на пальцах: "обычный" ЯРД Реактор греет на 2 гигаватта. Все эти 2 гигаватта легко уносит водород нагреваясь до 3000К. Уменьшаем расход водорода вдвое. Реактор так перегреется. Но мы вместо недостающего водорода запускаем такое же количество молей гелия через реактор по теплообменнику. Итого снова с реактора снимаем 2 гигавата, и он не перегревается, но зато половина ушла в гелий. 1 гигаватт горячего гелия пускаем в турбину, снимаем с неё 500 мегават электричества. Оставшиеся 500 мегаватт после турбины пускаем на подогрев водорода перед реактором, и заодно охлаждение холодного конца турбоагрегата. А 500 мегаватт сгенеренного электричества - вкачиваем в поток водорода на выходе из реактора. Получаем выхлоп в 4000К (или 4500К, тут я плыву) без расплавления реактора с соответствующим увеличением импульса.

И так, пусть у нас теплоёмкость водорода условно всегда равна - 16 кДж/(кг*К), т.е. условно считаем, что она всегда такая, как при 1500 К, пренебрегаем зависимостью теплоёмкости от температуры.
Пусть на входе водород имеет температуру 100 К.
В нормальном ЯРД мы подаём 43,10 кг/с водорода, который прогревается до 3000 К (на 2900 К) и отбирает у реактора 2000 МВт тепла.
В вашей идее мы подаём не 43,10 кг/с, а 21,55 кг/с водорода с начальной температурой 100 К.
Перед подачей в активную зону этому водороду передаётся 500 МВт тепла. Это нагревает водород на 1450 К - до 1550 К.
Теперь в активной зоне водороду передаётся ещё 1000 МВт тепла, что нагревает его ещё на 2900 К - до 4450 К... Ой, наша активная зона расплавилась.

Уменьшать подачу водорода нужно не вдвое, а только на четверть - до 32,32 кг/с.
Тогда перед активной зоной он прогреется на 967 К - до 1067 К.
В активной зоне он нагреется ещё на 1 933 К - до 3000 К.
Теперь после активной зоны мы подводим ещё 500 МВт, прогревая на дополнительные 967 К - до 3967 К.

Т.е. кпд установки как у ярд, тяга в два раза меньше, но импульс на 25-50% больше.

Т.к. удельный импульс пропорционален квадратному корню из температуры, удельный импульс возрастёт на 15%. Тяга же упадёт менее чем на 14%.

Теперь задумываемся над вопросом, какие массу и габариты будут иметь газовая турбина и генератор, дающие 500 МВт электрической мощности... Для справки, выглядят такие штуки примерно вот так:
Вы не можете просматривать это вложение.
А обычные ЯРД, если что, выглядят так:
Вы не можете просматривать это вложение.
Насколько хорошо дополнительные 15% удельного импульса компенсируют "некоторое" увеличение массы двигательной установки постарайтесь всё-таки рассчитать сами...

[garg]

Ну обычные турбины делают для работы годами. На гибридном ЯРД хватит ресурса в десятки часов. Насколько это позволит снизить массу хз, тут просим специалистов

[SONY]

Ну обычные турбины делают для работы годами. На гибридном ЯРД хватит ресурса в десятки часов. Насколько это позволит снизить массу хз, тут просим специалистов

Обычные турбины работают с температурой не более 2000 К, а тут - 3000 К. Так что рассчитанная на годы турбина тут как раз пару часов и проработает.