Солнечно-термический ракетный двигатель /СТРД/

[pkl]

mihalchuk пишет:
СТРД - такая же химера для перелётов. Единственное реальное возможное применение коррекция траектории о объектов типа ОС. Но и здесь нагрев электричеством конкурирует.

К.п.д. будет меньше: часть энергии мы теряем на преобразовании солнечного света в ток, часть - при передаче, часть - при нагреве рабочего тела. В СТРД энергия солнечного света для нагрева водорода используется напрямую. Конечно, тоже будут потери на излучение, но, имхо, не такие уж большие.

[pkl]

Serge пишет:

pkl пишет:
В том то и дело, что надо разрабатывать СОВЕРШЕННО НОВУЮ ДУ. Причём это какая-то химера получается - квЖРД + СТРД. И, похоже, разработка зашла в тупик - уже много лет ничего нового.

Вообще, давно заметил: если пытаться улучшить хорошую идею, получится только хуже. Многие наши "конструктора" делают эту ошибку.

Да ладно... Судя по описанной схеме это обычный жрд кислород - водород. Единственное что его отличает от такого обычного жрд это наличие теплового нагрева водорода перед его подачей в камеру сгорания. Именно за счет этого можно изменить баланс окислитель топливо в сторону большего количества топлива, При этом добившись той же температуры в КС. 

Да еще и самовоспламенение смеси за счет перегретости водорода.

Где тут сложности ? еще более простой чем обычный кислород водородный жрд - упрощение за счет самовоспламенения смеси.

Сложности в наличии теплового аккумулятора и оптического концентратора, которые придётся таскать на себе. При этом у.и. такого двигателя не так уж сильно отличается от обычного квЖРД. При этом существует более простой способ воспламенения кислородно-водородного топлива, чем тепловой аккумулятор. Из-за чего, видимо, разработка и заглохла.

[mark20000]

pkl пишет:

mihalchuk пишет:
СТРД - такая же химера для перелётов. Единственное реальное возможное применение коррекция траектории о объектов типа ОС. Но и здесь нагрев электричеством конкурирует.

К.п.д. будет меньше: часть энергии мы теряем на преобразовании солнечного света в ток, часть - при передаче, часть - при нагреве рабочего тела. В СТРД энергия солнечного света для нагрева водорода используется напрямую. Конечно, тоже будут потери на излучение, но, имхо, не такие уж большие.

КПД, конечно меньше, но СБ постоянно Солнцем освещены, а полная мощность на станции не всегда нужна. В частности, когда космонавты спят.

Так, что имеем практически бесплатную энергию. А когда халява и уксус сладкий кпд не важен.

[pkl]

mark20000 пишет:
У солнечного термического двигателя есть существенные ограничения.
 
 Первое это УИ. Нагрев рабочего тела осуществляется в теплообменнике, а температура теплообменника не может быть выше температуры 4 200 градусов.(для карбида тантала-гафния) соответственно максимально возможный УИ (для водорода) будет чуть больше 1000 сек. Немного лучше, чем у ТФЯРД.

Это в два раза больше, чем у РД-0146!

 Второе -очень сложно получить большую тягу. так для мегаваттного двигателя тяга составит всего 20 кг, при этом диаметр солнечного концентратора не менее 40 м Т.е. масса самого двигателя получается слишком большой и он не будет иметь преимущество перед ЖРД. 

 Если сделать оптический концентратор из композитов, удельная тяга у него также может превосходить тфЯРД! 40 м, точнее 2 х 20 м - не так уж и много. Это близко к размерам антенн современных спутников-ретрансляторов. У Турайи размер антенн - 16х12 м.

Хм... а сколько времени займёт перелёт с ОИСЗ на ОИСЛ при такой тяге?

Фактически это означает, что двигатель имеет очень ограниченную область применения. Видимо он мог бы найти применение в качестве корректирующего на небольших ОС. Такой двигатель работает долго, топливо подвозиться извне, поэтому может быть выигрыш по массе.

Такой двигатель, как и классический тфЯРД, будет занимать промежуточное положение между ЖРД и ЭРД. Я вижу его область применения как межорбитальные перелёты ОИСЗ-ОИСЛ и назад. Возможно, ещё к Венере. Это может быть альтернатива ядерному буксиру. Или дополнение к нему. Допустим, грузы - ЯЭДУ, а людей - СТРД.

[pkl]

mark20000 пишет:
КПД, конечно меньше, но СБ постоянно Солнцем освещены, а полная мощность на станции не всегда нужна. В частности, когда космонавты спят.

Так, что имеем практически бесплатную энергию. А когда халява и уксус сладкий кпд не важен.

Не совсем - на орбитальной станции постоянно что-то работает. Даже когда космонавты спят. Эксперимент, длящиеся месяцами. Аккумуляторы заряжаются. МКС, куда уж мощную СЭП имеет, а всё равно приходится следить за балансом. Да и проще ЖРД.

[mark20000]

pkl пишет:
Такой двигатель, как и классический тфЯРД, будет занимать промежуточное положение между ЖРД и ЭРД. Я вижу его область применения как межорбитальные перелёты ОИСЗ-ОИСЛ и назад. Возможно, ещё к Венере. Это может быть альтернатива ядерному буксиру. Или дополнение к нему. Допустим, грузы - ЯЭДУ, а людей - СТРД.

Для межорбитальных маневров он не подходит - тяга слишком маленькая. Гравитационные потери "съедят" преимущество от большого УИ.

[pkl]

Но ведь ИСЗ и АМС маневрируют на ЭРД с куда меньшей тягой!

[mark20000]

pkl пишет:
Но ведь ИСЗ и АМС маневрируют на ЭРД с куда меньшей тягой!

Это разные вещи. Вот для орбитальных маневров он как раз и походит. Особенно если есть дозаправка с Земли как в случае с ОС.

Единственное - не могу оценить его массу, Не получится ли, что большая масса двигателя "съест" экономию топлива.

[pkl]

Так я потому и заинтересовался СТРД, когда стала появляться информация, что масса ТЭМ "поплыла".

Поясню: у СТРД у.и. больше, чем у ЖРД. А удельная тяга больше чем у ЭРД. Так что, мне кажется, стоит порыть в этом направлении. Конечно, не увлекаясь всякими химерами.

[mark20000]

 Я думаю, что ТЭМ даже с "поплывшей" массой все равно будет эффективнее и большее применение найдет.

[C-300]

октоген пишет:
Эх, взяли бы килограмм полония(30 лимонов долл) и делали тепловой движок на нем. Отводить 14 квт тепловой мощности на старте и в полете не думаю что станет огромной проблемой. Ну и бак под шугобразный водород нужен.

Этим в 50-х - 60-х гг занималась фирма TRW. Судя по отсутствию реальных движков дело того не стоит.

[C-300]

pkl пишет:
Поясню: у СТРД у.и. больше, чем у ЖРД. А удельная тяга больше чем у ЭРД. Так что, мне кажется, стоит порыть в этом направлении. Конечно, не увлекаясь всякими химерами.

ЯРД для бедных по сути.

[pkl]

Александр Хороших пишет:

pkl пишет:
Поясню: у СТРД у.и. больше, чем у ЖРД. А удельная тяга больше чем у ЭРД. Так что, мне кажется, стоит порыть в этом направлении. Конечно, не увлекаясь всякими химерами.

ЯРД для бедных по сути.  

Да, ЯРД для бедных! Стоит дёшево, риски минимальны.

[C-300]

pkl пишет:
Да, ЯРД для бедных! Стоит дёшево, риски минимальны.

Тут надо подумать над:
1. Ввод излучения в КС. Потребуется оптический элемент с высокой прозрачностью, но стойкий к высоким температуре и давлению. Видимо, это будет кварцевая пластина, охлаждаемая тем же водородом.
2. Нагрев самого водорода. 
3. Система подачи. ИМХО, электронасосный агрегат или расширительная схема. Но тут считать надо. В первом случае потребуются солнечные батареи, во втором - надо считать охлаждение КС.

[mark20000]

Александр Хороших пишет:

октоген пишет:
Эх, взяли бы килограмм полония(30 лимонов долл) и делали тепловой движок на нем. Отводить 14 квт тепловой мощности на старте и в полете не думаю что станет огромной проблемой. Ну и бак под шугобразный водород нужен.

Этим в 50-х - 60-х гг занималась фирма TRW. Судя по отсутствию реальных движков дело того не стоит.

Так такой двигатель надо постоянно охлаждать. Т.е., когда тяга не нужна, сопло надо глушить и гонять РТ по кругу, охлаждая в радиаторах.

[pkl]

Александр Хороших пишет:

pkl пишет:
Да, ЯРД для бедных! Стоит дёшево, риски минимальны.

Тут надо подумать над:
1. Ввод излучения в КС. Потребуется оптический элемент с высокой прозрачностью, но стойкий к высоким температуре и давлению. Видимо, это будет кварцевая пластина, охлаждаемая тем же водородом.
2. Нагрев самого водорода.
3. Система подачи. ИМХО, электронасосный агрегат или расширительная схема. Но тут считать надо. В первом случае потребуются солнечные батареи, во втором - надо считать охлаждение КС.

Зачем такие сложности, если можно просто нагревать брусок графита или карбида какого с множеством каналов внутри?

[C-300]

pkl пишет:
Зачем такие сложности, если можно просто нагревать брусок графита или карбида какого с множеством каналов внутри?

П. 3 всё равно остаётся.  
Ну и вопрос - а этот брусок графита будет устойчив к водородной коррозии?..

[pkl]

Мне нравится вытеснительная подача сжатым гелием - двигатель всё равно вакууме работает. А коррозия... А фиг с ней, РБ всё равно одноразовый. Скорость эрозии каналов определяем опытным путем и высчитываем расстояние между ними в бруске.

[октоген]

Про эррозию забудьте, в ярд при гораздо более тяжелых условиях( потоки нейтронов) ее победили. Почти, по крайней мере до исчерпания ресурса движка.

[Chilik]

Александр Хороших пишет: Ну и вопрос - а этот брусок графита будет устойчив к водородной коррозии?..

У графитов есть известная проблема с химической эрозией в среде водорода. Особенно сильно проявляется при температурах в диапазоне 800-1200 С (по памяти, плюс-минус 50 градусов). В этом интервале интенсивно идёт образование метана и эрозия за счёт этого. При более низких температурах вообще всё хорошо, при более высоких довольно велик ещё и коэффициент физической эрозии (sputtering), но там всё довольно сильно зависит от средней энергии атомов водорода. Но полная скорость эрозии падает раз в 3-5 по сравнению с "метановым пиком". Короче, плазмохимия, в которой всякие чудеса бывают.