Ядерный двигатель

[Iltis]

oby1 пишет:

SGS_67 пишет:
А зачем вообще нужны концентраторы в космосе, давайте попробуем разобраться не торопясь.

Боинг на этом погорел - через пару-тройку лет их СБ с концентраторами начали стремительно деградировать до полного финиша. Не выдержали ячейки постоянного экспонирования под " увеличительным стеклом" на солнце.

не могу,простите, не влезть. ("В интернете кро-то не прав" (С) )

Проблема в боинговскими концентраторами на BSS 702 заключалась  не в ФЭПах, а в ухудшении качества отражателей  за счет загрязнения из-за дегазации корпуса  аппарата и потемнения зеркал. 
вот пруфлинк 

наземные концентраторы работают на 500-800х  кратных концентрациях бех особых проблем, у боинга было всего 2 -4 (емнип). ну и не забывайте про защитные стекла на ФЭПах,которые фильтруют неиспользуемый ультрафиолет.

[Iltis]

вот интересная картинка для дискуссии

 это солнечные концентраторы  фирмы zenith solar (гуглится). в фокусе -  матрица ФЭПов:


Концентрация, емнип, около 900х. Матрица требует активного охлаждения, а если это ФЭПы с медным раиатором и активным охлаждением убрать , то алюминиевая монтажная плата под ними плавится
Полный кпд всей системы, т.е. если использовать и электричество и тепловую энергию, процентов 60. 
Можно ли это диво использовать на орбите ? 

[naunau]

Iltis пишет:
Можно ли это диво использовать на орбите ?

Меняем площади СБ на площади концентраторов. Меняем относительно простые СБ на более сложную систему требующую сложные системы охлаждения. ФЭП находящиеся в существенно более агрессивных условиях будут быстрее деградировать. Тепловая энергия которая увеличивает КПД на земле, будет понижать КПД в космосе за счёт систем охлаждения.
Такая система наверное имела бы смысл за орбитой юпитера или сатурна, но есть же РИТЭГ.

[oby1]

Iltis пишет:
не могу,простите, не влезть

 И это радует  :-)

naunau пишет:
Такая система наверное имела бы смысл за орбитой юпитера или сатурна

 Или на поверхности Луны и Марса.

[Iltis]

naunau пишет:
ФЭП находящиеся в существенно более агрессивных условиях

Почему более агрессивных то? Как уже известно, работа при  концетрированном солнечном излучении не ведет к особой деградации структуры ФЭПа. А радиации больше не становится.

[naunau]

Iltis пишет:

naunau пишет:
ФЭП находящиеся в существенно более агрессивных условиях

Почему более агрессивных то? Как уже известно, работа при концетрированном солнечном излучении не ведет к особой деградации структуры ФЭПа. А радиации больше не становится.

Ну солнечное излучение и есть радиация, и вы его на ФЭПе концентрируете. У любой СБ есть ресурс. На земле вот нет космической радиации, а СБ деградируют.

[Iltis]

Да, с этим согласен. Хотя вот литература говорит, что кремниевые СБ без концетрации деградирует больше чем трехпереходные  GaAs с концентрацией. Речь идет о наземных системах. Хотя концентраторные   системы сравнивать сложно, уж больно их много и такого большого опыта применения (по сравнению с кремниевыми) все еще нет.

[Hrono]

naunau пишет:
Такая система наверное имела бы смысл за орбитой юпитера или сатурна, но есть же РИТЭГ.

  Скажите, есть ли какие-то принципиальные ограничения на создание РИТЭГа большой мощности, например, мощностью во всё тот же мегаватт?

[Chilik]

Hrono пишет: 
 Скажите, есть ли какие-то принципиальные ограничения на создание РИТЭГа большой мощности, например, мощностью во всё тот же мегаватт?

Здравый смысл.
Этот источник энергии нельзя выключить, начиная с момента наработки изотопов.

[Hrono]

Chilik пишет:
Здравый смысл.
Этот источник энергии нельзя выключить, начиная с момента наработки изотопов.

 По той причине, что если произойдёт разрушение системы отвода тепла, РИТЭГ расплавится и произойдёт радиоактивное загрязнение?
 Если так, то можно сделать модульную конструкцию.

[naunau]

Hrono пишет:

naunau пишет:
Такая система наверное имела бы смысл за орбитой юпитера или сатурна, но есть же РИТЭГ.

Скажите, есть ли какие-то принципиальные ограничения на создание РИТЭГа большой мощности, например, мощностью во всё тот же мегаватт?

Если речь идёт об эн.установке для питания ЭРДУ, то при низких значениях кВт на килограмм, утрачивается смысл в данной конструкции. Несмотря на высокий УИ ЭРД, масса затраченного топлива может оказаться выше, чем при использовании обычных ЖРД на одну и туже ПН. Буксиру на ЭРД нужно таскать не только груз, но и себя. 
На текущий момент РИТЭГ как эн.уст. для ЭРДУ бессмысленна из-за низкого КПД. Поэтому РИТЭГ используют там где не нужна большая мощность или дополнительно нужна его ТЕПЛОВАЯ энергия. 

[Hrono]

naunau пишет:
Буксиру на ЭРД нужно таскать не только груз, но и себя.
На текущий момент РИТЭГ как эн.уст. для ЭРДУ бессмысленна из-за низкого КПД.

 Почему вы думаете, что реактор с КПД около 25% будет легче, чем РИТЭГ с КПД около 10%? Если РИТЭГ сделан на основе плутония-238 ему не нужна такая мощная радиационная защита, как реактору.

[Кубик]

Hrono пишет: Если РИТЭГ сделан на основе плутония-238 ему не нужна такая мощная радиационная защита, как реактору.

Вот сколько будет стоить такое количество плутония-238, габариты установки, это вопрос..Да, вот тут, видимо по привычке путать шпионов, или чтобы вас напугать, для него названа критическая масса..    http://profbeckman.narod.ru/Pluton.files/Glava8.pdf   

[Hrono]

Кубик пишет:
Вот сколько будет стоить такое количество плутония-238, габариты установки, это вопрос.

  Стоимость и габариты действительно имеют значение, особенно стоимость, с этой точки зрения можно рассмотреть использование других изотопов, которые, правда, не отличаются такой удобной радиоактивностью, зато значительно дешевле.
 Относительно КПД, у реакторов советских спутников серии УС-А указан КПД 3%, у современных РИТЭГ он раза в три выше, а может быть и в пять раз.

Кубик пишет:
Да, вот тут, видимо по привычке путать шпионов, или чтобы вас напугать, для него названа критическая масса..  http://profbeckman.narod.ru/Pluton.files/Glava8.pdf  

 Спасибо за ценную информацию. Мне как-то не приходило в голову, что плутоний-238 это ещё и сырьё для атомной бомбы, причём хорошее сырьё.

[Кубик]

Hrono пишет: Мне как-то не приходило в голову, что плутоний-238 это ещё и сырьё для атомной
бомбы, причём хорошее сырьё.

Я же сказал - после чёткого упоминания, что только "нечётные" изотопы способны делиться нейтронами - и ничтоже сумняшеся - дважды, что ли, появляется таблица с критической массой для плутония-238, да  ещё примерно, как у 239-го, небольшой, в то же время для 241-го по тексту якобы меньшая , а в таблице больше...Террористов запутывают?   :|

[Hrono]

Кубик пишет:
Я же сказал - после чёткого упоминания, что только "нечётные" изотопы способны делиться нейтронами - и ничтоже сумняшеся - дважды, что ли, появляется таблица с критической массой для плутония-238, даещё примерно, как у 239-го, небольшой, в то же время для 241-го по тексту якобы меньшая , а в таблице больше...

 Так это ошибка? А я-то подумал, что открыл нечто новое, поскольку никогда не встречал упоминание о плутонии-238 как сырье для реактора или атомной бомбы.

 Ещё один вопрос, если вы в курсе. Реактор Роскосмоса возможно будет выключить, а потом снова включить, а если да, то чем его собираются охлаждать после выключения?

[naunau]

Hrono пишет:
Ещё один вопрос, если вы в курсе. Реактор Роскосмоса возможно будет выключить, а потом снова включить, а если да, то чем его собираются охлаждать после выключения?

Маневрировать ЯР можно, хоть и сложно. Охлаждаться будет штатной системой охлаждения.
РИТЭГ будет тяжелее из-за низкого КПД, т.е. нужно рассеять больше тепла в % от тепловой мощности, и более низкой температуры радиатора. Из-за закона Стефана-Больцмана, чем ниже Т, тем больше площадь радиатора.
Причём каждые 100К уменьшают площадь радикально (Т^4). У РИТЭГ в ядре около 900К максимум, у яд.реактора(обещанного) Т активной зоны 1200-1500К. 
Поэтому основной путь для уменьшения массы ядерного ТЭМ, это либо увеличение Т АЗ реактора, либо капельный холодильник.
Спасти буксир на РИТЭГ может только ЭРД с очень большим УИ 10000 с и более, иначе он проиграет ЖРД. Либо буксируемой ПН нужен в конце пути мощный источник энергии, но тогда это не многоразовый буксир.

Можете поиграться в Excel c формулой Циолковского и УИ, и вычислить соотношения кВт/кг и УИ при которых ЭРД будут выигрывать у ЖРД. Также учтите, что для двигателей малой тяги требуется большая ХС при выведении, чем для мощных ЖРД, из-за эффекта Оберта.

[Hrono]

naunau пишет:
Охлаждаться будет штатной системой охлаждения.
РИТЭГ будет тяжелее из-за низкого КПД, т.е. нужно рассеять больше тепла в % от тепловой мощности, и более низкой температуры радиатора. Из-за закона Стефана-Больцмана, чем ниже Т, тем больше площадь радиатора.

 Из чего следует, что у РИТЭГ радиатор будет холодней и больше? Про закон Стефана-Больцмана было выше, я помню.

naunau пишет:
Причём каждые 100К уменьшают площадь радикально (Т^4). У РИТЭГ в ядре около 900К максимум, у яд.реактора(обещанного) Т активной зоны 1200-1500К.

 Опять же, из чего следует, что в РИТЭГ температура радиатора будет меньше, даже при 900K, термопара это не циклическая тепловая машина с предельным КПД.

naunau пишет:
Спасти буксир на РИТЭГ может только ЭРД с очень большим УИ 10000 с и более, иначе он проиграет ЖРД.

 Да нет никаких проблем сделать УИ сколько угодно большим вплоть до скорости света, его стараются сделать поменьше, чтобы получить не совсем микроскопическую тягу, из-за этого используют ксенон.

naunau пишет:
Также учтите, что для двигателей малой тяги требуется большая ХС при выведении, чем для мощных ЖРД, из-за эффекта Оберта.

 Извиняюсь, а что такое "эффект Оберта"?

[naunau]

Hrono пишет:
Из чего следует, что у РИТЭГ радиатор будет холодней и больше?

Чтобы получить 1МВт эл.мощности при 25% КПД, должно быть 4МВт тепловой, рассеивать нужно 3МВт.
Чтобы получить 1МВт эл.мощности при 10% КПД (на практике 6-7%), должно быть 10МВт тепловой, рассеивать нужно 9МВт.
В 3 раза больше тепловой энергии нужно рассеять. 
При этом теплоноситель из ЯР на входе в холодильник  будет на 300-600К выше, чем у РИТЭГ (на практике РИТЭГи гораздо холоднее 900К). Дальше сами посчитайте.

Hrono пишет:
Да нет никаких проблем сделать УИ сколько угодно большим вплоть до скорости света

Ну и где же те фантастические ЭРД ? фонарик считать не будем.

Hrono пишет:
Извиняюсь, а что такое "эффект Оберта"?

Эффект Оберта
Одна из основ грав.манёвров КА.

[Hrono]

naunau пишет:
Чтобы получить 1МВт эл.мощности при 25% КПД, должно быть 4МВт тепловой, рассеивать нужно 3МВт.
Чтобы получить 1МВт эл.мощности при 10% КПД (на практике 6-7%), должно быть 10МВт тепловой, рассеивать нужно 9МВт.

 Вы интересно рассуждаете, сравнивая радиатор надо исходить из температуры теплоносителя, так как вы говорите, будет лишь в случае одинаковой температуры радиатора, однако действительно, если температура нагревателя 1500K, а температура холодильника на 25% меньше, это будет более горячее рабочее тело, чем при 900K и 10% КПД даже без учёта разницы в мощности.
 На самом деле исходя из одинаковой полезной мощности должен быть КПД оптимальный с точки зрения размера радиатора, вполне допускаю, что этот оптимальный КПД 25%.

naunau пишет:
При этом теплоноситель из ЯР на входе в холодильникбудет на 300-600К выше, чем у РИТЭГ (на практике РИТЭГи гораздо холоднее 900К). Дальше сами посчитайте.

 По-моему вы досочиняете удобные числа, при КПД 25% на выходе реактора с температурой нагревателя 1500K будет температура 1125K, при КПД 10% на выходе РИТЭГ с температурой нагревателя 900K будет температура 810K.
 Поясните также следующий момент, почему РИТЭГ должен быть холодней активной зоны реактора, он же проще.

naunau пишет:
Ну и где же те фантастические ЭРД ? фонарик считать не будем.

 Почему не будем? Чем вас не устраивает двигатель с максимальным удельным импульсом, если нужен высокий удельный импульс?
 Я вам могу сказать, "где", я прикинул сейчас какую тягу можно получить с мегаваттом и удельным импульсом в 1000 км/с, получилось 0,000002 ньютона. Если такой медленный разгон устраивает, почему бы и нет? Извиняюсь, если вдруг ошибся.

naunau пишет:
Эффект Оберта
Одна из основ грав.манёвров КА.

 Тот факт, что большой тягой возле тела с высоким тяготением разгоняться энергетически выгодней, называется "эффект Оберта"? Это прямое следствие закона сохранения энергии, как удобно, взять прямое следствие закона сохранения энергии и назвать в честь себя или ещё кого-то.