Пазменный движок на кислороде.

[mihalchuk]

Стоп-стоп!
Предполагаем Луну в качестве места для старта двигателя.
Электроды - "сменяемые", т.е. возобновляемые.
Температура в камере где горит дуга до 10.000 Град. С.
Подача электроэнергии... ну...
Какая-нибудь.
Достаточная....

При таком условии... обязательно полетит!

[Alex_II]

При таком условии... обязательно полетит!

А вот с Луны как раз можно организовать "лазерный" старт - условия уж больно подходящие, да и требуемая энергия поменьше... Ну и реактор на борту не нужен - только на Луне. Но ЭМ-катапульта все равно проще...

[hecata]

Стоп-стоп!
Предполагаем Луну в качестве места для старта двигателя.
Электроды - "сменяемые", т.е. возобновляемые.
Температура в камере где горит дуга до 10.000 Град. С.
Подача электроэнергии... ну...
Какая-нибудь.
Достаточная.
Т.е. движок как может быть ничтожным, так и гигантским. Главное - масс-габаритное совершенство.
Температура на срезе сопла - 3000 Град. Цельсия. Т.о. Al2O3 остаётся в виде паров!

Тогда не понятно, как это охлаждать. Или тяга будет на уровне ЭРД.

Либо - ниже, но вдоль сопла дуют интенсивные потоки газа (кислород, гелий, вода и пр.) не дающие возможности сконденсироваться на поверхности зёрнам корунда. Для реактивной тяги всё равно, что отбрасывать - пар или песок!

Надо бы задаться требуемыми параметрами ДУ - тяга, вес, УИ.

For the first phase of work on Moon there is slight advantage in using carbon electrode and oxygen. If production of oxygen on Moon is established you can reduce weight you have to carry on some lunar freighter to LOS. Carbon electrodes will be supplied to LOS from Earth and oxygen will come from lunar base production.

Почему бы не возить водород или метан и использовать вполне обычные ЖРД? Вспоминаем CECE.

Later on when Al production is established on Moon you can go on and try to develop either some ALICE like system (if water supplies and its cycle allows that) or here proposed Al/O2 plasma system.

Link?

[Fakir]

А вот с Луны как раз можно организовать "лазерный" старт - условия уж больно подходящие, да и требуемая энергия поменьше...

Проблема не в энергии, а в моще - очень уж дикая она нужна, не мегаватты даже, а сотни мегаватт... И электростанцию такую слепить не просто, а уж лазер-то...

[Дем]

Проблема в том, что температура испарения Al2O3 2977 C, а значит он сконденсируется еще в конвергентной части сопла, и дальше в газодинамической работе участвовать не будет. Это известная проблема РДТТ - при увеличении доли алюминия выше некого числа УИ падает.

Тогда может лучше не алюминий а кремний? Диоксид испаряется при 2230 °C, а монооксид  - вообще при 1880 °C.
Кроме того, даже если он и будет выпадать на стенках сопла - то всё равно будет сдуваться с них в силу сохранения текучести...

[Туфи]

Предполагаем Луну в качестве места для старта двигателя.
Электроды - "сменяемые", т.е. возобновляемые.
Температура в камере где горит дуга до 10.000 Град. С.
Подача электроэнергии... ...Достаточная.
Т.е. движок как может быть ничтожным, так и гигантским. Главное - масс-габаритное совершенство.
Температура на срезе сопла - 3000 Град. Цельсия. Т.о. Al2O3 остаётся в виде паров!

Тогда не понятно, как это охлаждать. Или тяга будет на уровне ЭРД.

Либо - ниже, но вдоль сопла дуют интенсивные потоки газа (кислород, гелий, вода и пр.) не дающие возможности сконденсироваться на поверхности зёрнам корунда. Для реактивной тяги всё равно, что отбрасывать - пар или песок!

Надо бы задаться требуемыми параметрами ДУ - тяга, вес, УИ.

For the first phase of work on Moon there is slight advantage in using carbon electrode and oxygen. If production of oxygen on Moon is established you can reduce weight you have to carry on some lunar freighter to LOS. Carbon electrodes will be supplied to LOS from Earth and oxygen will come from lunar base production.

Почему бы не возить водород или метан и использовать вполне обычные ЖРД? Вспоминаем CECE.

Later on when Al production is established on Moon you can go on and try to develop either some ALICE like system (if water supplies and its cycle allows that) or here proposed Al/O2 plasma system.

Link?

About cooling the chamber and nozzle I think that some kind of magnetic focusing of stream of ionized particles can solve at least partialy issue with cooling (and maybe even clogging).

On the other hand hecata you are right about need to specify the thrust, Isp and weight of such engines. I agree that liquid engines are most efficient solution but I just tried to elaborate the issue in the spirit of this topic. Topic starter wanted creative discusion about oxygen based ionic engines and when the talk came to erosion of electrodes during such process and other materials I supported carbon as material for electrode which will erode during work.

As for the links you hecata asked well look here and here for ALICE. Hydrogen is working fluid in ALICE based rocket engines and I didn't notice that they care much about clogging the nozzle with Al2O3.

As for the links about Al/O2 I think you guys can give me more info. Only once I hear about Al/O2 rocket engine. Couple years ago in some news article in english (not very reliable source I know journalists are same all over the world) there was talk about that Russians approached the NASA with such proposal about Al/O2 rocket engines made on Moon etc., and there goes more about it... something like this was said... NASA is aware of such posibility but isn't interested for creation and exploatation of engines based on such crude technology... that is at least my recolection of that article. Do you have links about Al/O2 rocket engine?

[Alex_II]

Проблема не в энергии, а в моще - очень уж дикая она нужна, не мегаватты даже, а сотни мегаватт... И электростанцию такую слепить не просто, а уж лазер-то...

Погоди, а ты сколько тонн с поверхности Луны поднимать хочешь? Откуда там сотни мегаватт на вывод тонны-двух на низкую орбиту?

[Fakir]

Надо ж смотреть не на ПН, а на взлётную массу. А она как ни крути - с учётом массы рабочего тела, а УИ не больно-то велик. Воздуха нет, им для создания "лазерной тяги" не воспользуешься.
Так что десятки тонн минимум стартовая. И разгонять до требуемой скорости - орбитальной - надо в пределах видимости, что доп. ограничение.

Я как-то давным-давно прикидывал (с подачи Татарина, кажется) для варианта мощного дугового ЭРД на кислороде ( ), с подводом энергии по кабелю или рельсам - чуть ли гигаватты получались.
С лазерным следует ожидать величин как минимум стамегаваттного порядка, и это весьма оптимистично.

[Сторонний]

Надо ж смотреть не на ПН, а на взлётную массу. А она как ни крути - с учётом массы рабочего тела, а УИ не больно-то велик. Воздуха нет, им для создания "лазерной тяги" не воспользуешься.
Так что десятки тонн минимум стартовая. И разгонять до требуемой скорости - орбитальной - надо в пределах видимости, что доп. ограничение.

Я как-то давным-давно прикидывал (с подачи Татарина, кажется) для варианта мощного дугового ЭРД на кислороде ( ), с подводом энергии по кабелю или рельсам - чуть ли гигаватты получались.
С лазерным следует ожидать величин как минимум стамегаваттного порядка, и это весьма оптимистично.

Не понимаю, зачем ЭРД нужен, вроде и так нормальная схема, - получаем алюминий и кислород, из алюминия вытягиваем проволоку, которая подаётся в двигатель как горючее.
 Дуга служит для воспламенения проволоки.

[Fakir]

...это всё хорошо, за одним маленьким "но" - алюминий-кислородные движки на тонны (любого типа) не отработаны, и не вполне понятно, как они могут быть сделаны, и какими получатся (в т.ч. по ресурсу, надёжности, etc.).

[Сторонний]

...это всё хорошо, за одним маленьким "но" - алюминий-кислородные движки на тонны (любого типа) не отработаны, и не вполне понятно, как они могут быть сделаны, и какими получатся (в т.ч. по ресурсу, надёжности, etc.).

Это верно, но предложение нейромантика, на мой взгляд, это вариант того "как сделать".
 Только он зачем-то решил сделать таким образом ЭРД.

[hecata]

About cooling the chamber and nozzle I think that some kind of magnetic focusing of stream of ionized particles can solve at least partialy issue with cooling (and maybe even clogging).

Этот принцип используется в VASIMR, но тогда нужен хороший процент ионизированности газа. И невысокая плотность рабочего тела/тяга.

Topic starter wanted creative discusion about oxygen based ionic engines and when the talk came to erosion of electrodes during such process and other materials I supported carbon as material for electrode which will erode during work.

Я думаю, надо все же достаточно четко разделить вариант с электрическим разгоном РТ и газодинамическим.

As for the links you hecata asked well look here and here for ALICE. Hydrogen is working fluid in ALICE based rocket engines and I didn't notice that they care much about clogging the nozzle with Al2O3.

Спасибо! Интересный вариант, и вот этот уже имеет шансы на жизнь. С другой стороны - если есть вода, то есть ли LH2/LOX. С водой, кстати, есть очень интересные проекты двигателей с электрическим разложением воды на борту на водород и кислород и использование их в обычных МЖРД ориентации.

As for the links about Al/O2 I think you guys can give me more info. Only once I hear about Al/O2 rocket engine. Couple years ago in some news article in english (not very reliable source I know journalists are same all over the world) there was talk about that Russians approached the NASA with such proposal about Al/O2 rocket engines made on Moon etc., and there goes more about it... something like this was said... NASA is aware of such posibility but isn't interested for creation and exploatation of engines based on such crude technology... that is at least my recolection of that article. Do you have links about Al/O2 rocket engine?

Нет, никогда не встречал. Вообще, расчеты в RPA для AL/O2 (спасибо Гость 22) показывают достаточно высокую долю жидкого AL2O3 на выходе (90% от всего) и весьма высокий вакуумный УИ - 340 секунд, но думаю, в реальности будет сильно, сильно хуже из-за проблем с горением, проблем с конденсацией оксида алюминия. Если взять избыток окислителя 3,  и посчитать sea level Isp  - получается 93 секунды. Вот это видимо реальное значение.

Думаю, комплексно, с учетом технических проблем и получающихся значений удельного импульса, технология не жизнеспособна.

[нейромантик]

Тут выше сказали, что на Луне нет углерода, а так ли это? Помимо углерода неплохо бы знать сколько на Луне воды в связанном состоянии, - в составе горных пород.

Судя по тому, что нашли американцы и наши, углерода в реголите, как ни странно, практически нет. Как, например и меди и серы.
Все горные породы предельно обезвожены.
Возможно (возможно, на уровне предположений) в скальных породах углерод и связанная вода есть, но это лишь рассуждизмы. При начале добычи Гелия-3, будет получаться большое количество спутных газов, в основном водорода.
Что первое, что второе - дело очень далёкого будущего. И в случае наиболее вероятного близкого будущего лунной базы, прийдётся иметь дело с кислородом, кремнием, алюминием и титаном, если на Луне всё-таки будут производиться конструкции для космических кораблей и орбитальных станций.

For the first phase of work on Moon there is slight advantage in using carbon electrode and oxygen. If production of oxygen on Moon is established you can reduce weight you have to carry on some lunar freighter to LOS.

Without production oxygen and aluminium there, this engin is usless. Main casue for invitation this engin, is easy-takeabality of fuel for it.

What thrust and Isp you want by the way?

At first, I`l want to now, is it engine is possible.

Тогда не понятно, как это охлаждать. Или тяга будет на уровне ЭРД.

Так это и будет ЭРД. Кислород-алюминиевая пара предложена как наиболее доступная в лунных условиях, и обеспечивающая разогрев газов и за счёт химической реакции между компонентами.

Почему бы не возить водород или метан и использовать вполне обычные ЖРД? Вспоминаем CECE

Если у нас флаговтыковая миссия, или прилетаем мы раз в 10-20 лет, то смысла парить мозг химерами, конечно нет. А вот если мы собираемся открывать производство проката для нужд космической промышленности, такой двигатель будет незаменим. А вот на ввозимом топливе, прокат будет просто золотым. Орбитальные станции будет дешевле строить за счёт доставки "всего" с Земли.

Тогда может лучше не алюминий а кремний? Диоксид испаряется при 2230 °C, а монооксид - вообще при 1880 °C.

Может быть. Но у кремния выше потери электроэнергии - он полупроводник, а алюминий - проводник.

About cooling the chamber and nozzle I think that some kind of magnetic focusing of stream of ionized particles can solve at least partialy issue with cooling (and maybe even clogging).

Impossible, b-c ionisation of plasma in stream is to low. Temperature in stream is about 10.000 C.

Do you have links about Al/O2 rocket engine?

I no heared about it, some practical. Not bit more, like Berillium-Ox or Berillium-Ftor.

Я как-то давным-давно прикидывал (с подачи Татарина, кажется) для варианта мощного дугового ЭРД на кислороде (  ), с подводом энергии по кабелю или рельсам - чуть ли гигаватты получались.

Т.е. для старта "с земли"? Вернее "с Луны"?
 :shock:
Гигаватты в короткое время - это можно... Но габариты двигателя будут более чем не маленькие...

...это всё хорошо, за одним маленьким "но" - алюминий-кислородные движки на тонны (любого типа) не отработаны, и не вполне понятно, как они могут быть сделаны, и какими получатся (в т.ч. по ресурсу, надёжности, etc.).

Судя по другим плазмотронам с "подогревом" дуги из химического источника (пропан-кислород, бензин-кислород), особых проблем в изготовлении быть не должно. Хотя, хоть маленькую бы модельку, размером 200 на 200 мм сделать чисто для теоретических исследований бы не помешало. На пару десятков киловатт...
 :wink:

[khach]

Теоретическая мысля. Если кислород (или вода) в качестве рабочего тела -это данность, от которой невозможно отказаться, то что делать с окислительной способностью кислорода? По опыту кислородных плазмотронов- кислород в виде плазмы съедает и электроды, и изоляторы и вообще все подряд. Нужен раскислитель. В качестве раскислителя использовали пары ацетона, спирта, бензина, пропан-бутан, аммиак, водород. В общем, желательно организовывать завесную защиту электродов, элементов сопла, изоляторов с помощью восстановительной плазмы. Завеса может быть локальной. Но вот рассчет такой двухфазной плазмы- дело непростое. Притом, если раскислителя локально "перенаддать"- начинают расти углеродные "усы", а на них разряд начинается нежелательный.

[Alex_II]

Надо ж смотреть не на ПН, а на взлётную массу. А она как ни крути - с учётом массы рабочего тела, а УИ не больно-то велик. Воздуха нет, им для создания "лазерной тяги" не воспользуешься.
Так что десятки тонн минимум стартовая. И разгонять до требуемой скорости - орбитальной - надо в пределах видимости, что доп. ограничение.

Откуда десятки тонн? Вспоминаем взлетную ступень ЛМ - 4500кг - общая масса, 2400 (примерно) сухая с космонавтами. При тяге в 1,6т и УИ в 300с
Сколько у нас будет УИ лазерного двигателя с кислородом в качестве рабочего тела?
В общем - единственное реальное ограничение - надо разогнать в пределах прямой видимости...

[Сторонний]

Что вас всех экзотикой так торкнуло, не понимаю, - если есть производство на Луне, зачем нам на аппарате таскать какой-то могучий и сложный источник энергии или иметь могучий лазер на Луне и непростой приёмник на корабле?

 Кислород + алюминиевая проволока, обычный двигатель, по-моему всё очень мило.

[Сторонний]

Тут выше сказали, что на Луне нет углерода, а так ли это? Помимо углерода неплохо бы знать сколько на Луне воды в связанном состоянии, - в составе горных пород.

Судя по тому, что нашли американцы и наши, углерода в реголите, как ни странно, практически нет. Как, например и меди и серы.
Все горные породы предельно обезвожены.
Возможно (возможно, на уровне предположений) в скальных породах углерод и связанная вода есть, но это лишь рассуждизмы.

В реголите ничего и не должно быть, это космический мусор с хорошей скоростью шарахнувшийся об Луну, для того, чтобы что-то найти надо "копнуть" на десятки-сотни метров или даже на километры, там в принципе что угодно может быть, даже аналоги нашей нефти.

[Дмитрий Виницкий]

Бугогааа!

[Alex_II]

Бугогааа!

Вот уж сторонники неорганического происхождения обрадовались бы  :wink:
А вот как насчет газовых залежей вулканического проихождения? Какие-то ловушки теоретически могли уцелеть - хоть и сомнительно...

[Дмитрий Виницкий]

Какие "ловушки"? Вы о чём? На Луне уже открыты морские осадочные толщи? :wink: