Ядерный Российский буксир для дальнего космоса

[SONY]

С импульсом в 100км\с ему много водорода не надо можно хранить сжатый до 750атм в обычном баллоне.

Возьмём огромный, 228 литров, композитный (дюралюминиевый лайнер, обёрнутый углеродным волокном) баллон специально для водорода:
https://worthingtonindustries.com/getmedia/7c9504f2-8f53-4bca-9800-dac5b6d194ab/ALT-1015E-13-US-3079-R0.pdf
Его тестовое давление как раз 750 бар (рабочее, вообще-то, только 500, но закроем на это глаза).
Масса баллона 176,4 кг.
Теперь самое интересное: сколько там помещается водорода?
Плотность водорода при давлении 750 бар и температуре 25 градусов Цельсия составляет 41,1 кг/м^3. Т.е. в баллоне этом, объёмом 0,228 м^3, уместится аж целых 9,37 кг водорода.
Ещё раз напоминаю: масса баллона - 176,4 кг.

Всё ещё думаете, что "можно хранить сжатый до 750атм в обычном баллоне"?..

Что же до воды и кислорода для дыхания, то масса потребного для дыхания кислорода настолько ничтожна на фоне массы потребного рабочего тела, что даже не смешно.

[ядерная лапка]

С импульсом в 100км\с ему много водорода не надо можно хранить сжатый до 750атм в обычном баллоне.

Возьмём огромный, 228 литров, композитный (дюралюминиевый лайнер, обёрнутый углеродным волокном) баллон специально для водорода:
https://worthingtonindustries.com/getmedia/7c9504f2-8f53-4bca-9800-dac5b6d194ab/ALT-1015E-13-US-3079-R0.pdf
Его тестовое давление как раз 750 бар (рабочее, вообще-то, только 500, но закроем на это глаза).
Масса баллона 176,4 кг.
Теперь самое интересное: сколько там помещается водорода?
Плотность водорода при давлении 750 бар и температуре 25 градусов Цельсия составляет 41,1 кг/м^3. Т.е. в баллоне этом, объёмом 0,228 м^3, уместится аж целых 9,37 кг водорода.
Ещё раз напоминаю: масса баллона - 176,4 кг.

Всё ещё думаете, что "можно хранить сжатый до 750атм в обычном баллоне"?..

Что же до воды и кислорода для дыхания, то масса потребного для дыхания кислорода настолько ничтожна на фоне массы потребного рабочего тела, что даже не смешно.

Это зависит от задачи.Я лишь привел несколько вариантов.Есть еще метан или боргидрид лития.И потом если рядом есть халявная вода а полет не подразумевает большого расхода топлива (смена орбиты станции на которой есть отработаная вода) то можно и в баллоне.Неэффективно?Так я и не спорю.Я выше писал что мне аргон больше нравится.Водород вообще эффективно хранить не получается.Криогенные баки тоже не легкие.А в случае долгих полетов топливо из таких баков испарится.Так что тут универсального решения нет.Кстати я могу ошибаться, но ЕМНИП он не только на водороде работать может.Мне не понятно другое.Конаныхин говорит о тяге в килограмы и поджиге плазмы лазером.Тут либо он что-то не то говорит, либо я не тот двигатель смотрел...В общем если там действительно ничего прорывного типа "тяги в килограммы" при импульсе в 100км\с то никто не будет брать водород для ЭРД ради 6Н и 100км\с с 300квт.ИД-500 выдаст с 300квт те же 6Н и импульс 70км\с.Меньше УИ зато без всех этих вородных "радостей"

[Inti]

Получается что выгоднее хранить жидкий водород. 1 кг жидкого = 14 литров. Криогенные баки в невесомости и вакууме могут быть очень лёгкими на самом-то деле, а с испарением можно успешно бороться с учётом электростанции на борту. Главное этим бакам выдержать перегрузки при выводе на орбиту. Может типа надувные\складные их делать и разворачивать уже на орбите?
Update: нашёл кое-что на эту тему, даже с видосом - https://www.geekwire.com/2020/ancient-art-origami-provides-pathway-building-better-tank-rocket-fuel/

[SONY]

Это зависит от задачи.

При любой задаче абсолютно бессмысленно использовать рабочее тело, доля массы которого в массе заправленного бака - 5%.

ArcJet даст тот же полный импульс и ту же тягу при той же массе заправленных баков, но потребляя в 20 раз меньше электричества. Более того, т.к. в случае arcjet-а 95% массы будет приходится на расходуемое рабочее тело, а не на бак, то delta-V будет даже выше!

Я лишь привел несколько вариантов.Есть еще метан или боргидрид лития.

Метан на 80% состоит из углерода, и его хранение - тоже та ещё задача.

Боргидрид лития состоит из бесполезных бора и лития на 82%.

И потом если рядом есть халявная вода а полет не подразумевает большого расхода топлива (смена орбиты станции на которой есть отработаная вода) то можно и в баллоне.Неэффективно?Так я и не спорю.

Так на кой чёрт предлагать заведомо предельно неэффективные решения?..

Я выше писал что мне аргон больше нравится.

Который тоже не особо-то просто хранить... Не такая жесть, как с водородом, конечно, но до криптона и, тем более, ксенона по удобству хранения ему "как до Луны пешком".

Так что тут универсального решения нет.

Есть: криптон и ксенон. Ещё в последнее время йод активно развивают.

Кстати я могу ошибаться, но ЕМНИП он не только на водороде работать может.

Да, потенциально он может работать вообще на любом газе или паре. И наиболее реалистичное рабочее тело для него - аммиак. Он относительно лёгкий, особенно после разложения, легко хранится (при давлении в пределах всего 10 атмосфер и комнатной температуре сжижается), очень дешёвый, по меркам космической техники (где сплошь и рядом гидразин) безопасный, может быть добыт в поясе астероидов и на кометах.

Только 100 км/с удельного импульса на аммиаке никак не будет...

Конаныхин говорит о тяге в килограмы и поджиге плазмы лазером.Тут либо он что-то не то говорит, либо я не тот двигатель смотрел...

Конаныхин непрерывно бредит, не обращайте на него внимания.

[ядерная лапка]

Так на кой чёрт предлагать заведомо предельно неэффективные решения?
Что лучше доставить на орбиту тонну условного ксенона или взять отработанную воду на станции разложить на водород и использовать для перемещения этой станции?Буксир просто даст энергию для производства этого топлива.Даже двигатель может быть на буксире другой, а на станции стоять на водороде.И без разницы что масса водорода там 20% зато вам не нужно топливо с земли...Так что да даже неэффективные способы хранения могут быть использованы.

[AlexandrU]

В атмосфере (или, тем более, в воде) - да. Но в вакууме, где сброс только излучением, есть оптимальный КПД, и он весьма низкий, в пределах 10%.

Безусловно, реальный ХИ горячее со стороны подвода теплоносителя и холоднее - со стороны его выхода.
Поэтому в реальности 38 м^2, о которых я говорил выше, являются завышенной оценкой. Реальный радиатор ещё меньше.

О каких именно "другие хар-ки" вы говорите?...

Верхняя точка цикла 1500К, нижняя 400К. Подводимая тепловая мощность 1900МВт, сбрасываемая 1430МВт при КПД ≈25% и температурах от 700К до 400К через ХИ площадью 700м². Если снизить КПД до 10%, то сбрасываемая мощность 1710МВт при температурах от ≈1000К до 400К через ХИ площадью ≈500м². Отношение мощности к площади ХИ в первом случае 0,67кВт/м², во втором 0,38кВт/м², т.е. уменьшая КПД вы снизите отношение мощности к массе.

Вообще, по квадрату Карно можно ходить слоном, но слон - машина тяжёлая, поэтому все стараются ходить конём.

[SONY]

Что лучше доставить на орбиту тонну условного ксенона или взять отработанную воду на станции разложить на водород и использовать для перемещения этой станции?Буксир просто даст энергию для производства этого топлива.Даже двигатель может быть на буксире другой, а на станции стоять на водороде.И без разницы что масса водорода там 20% зато вам не нужно топливо с земли...Так что да даже неэффективные способы хранения могут быть использованы.

Я уже написал, что эффективнее:

"ArcJet даст тот же полный импульс и ту же тягу при той же массе заправленных баков, но потребляя в 20 раз меньше электричества. Более того, т.к. в случае arcjet-а 95% массы будет приходится на расходуемое рабочее тело, а не на бак, то delta-V будет даже выше!"
Если что, arcjet прекрасно может работать на воде.

Верхняя точка цикла 1500К, нижняя 400К. Подводимая тепловая мощность 1900МВт, сбрасываемая 1430МВт при КПД ≈25% и температурах от 700К до 400К через ХИ площадью 700м². Если снизить КПД до 10%, то сбрасываемая мощность 1710МВт при температурах от ≈1000К до 400К через ХИ площадью ≈500м². Отношение мощности к площади ХИ в первом случае 0,67кВт/м², во втором 0,38кВт/м², т.е. уменьшая КПД вы снизите отношение мощности к массе.

Вы эти все числа как считали-то?
С какого потолка у вас при нижней температуре цикла в 400 К температура радиаторов от 700 К до 400 К, а при нижней температуре цикла в 1000 К (что получается при 10% КПД) температура радиаторов от 1000 К до тех же самых 400 К?..

[ядерная лапка]

Что лучше доставить на орбиту тонну условного ксенона или взять отработанную воду на станции разложить на водород и использовать для перемещения этой станции?Буксир просто даст энергию для производства этого топлива.Даже двигатель может быть на буксире другой, а на станции стоять на водороде.И без разницы что масса водорода там 20% зато вам не нужно топливо с земли...Так что да даже неэффективные способы хранения могут быть использованы.

Я уже написал, что эффективнее:

"ArcJet даст тот же полный импульс и ту же тягу при той же массе заправленных баков, но потребляя в 20 раз меньше электричества. Более того, т.к. в случае arcjet-а 95% массы будет приходится на расходуемое рабочее тело, а не на бак, то delta-V будет даже выше!"
Если что, arcjet прекрасно может работать на воде.

Верхняя точка цикла 1500К, нижняя 400К. Подводимая тепловая мощность 1900МВт, сбрасываемая 1430МВт при КПД ≈25% и температурах от 700К до 400К через ХИ площадью 700м². Если снизить КПД до 10%, то сбрасываемая мощность 1710МВт при температурах от ≈1000К до 400К через ХИ площадью ≈500м². Отношение мощности к площади ХИ в первом случае 0,67кВт/м², во втором 0,38кВт/м², т.е. уменьшая КПД вы снизите отношение мощности к массе.

Вы эти все числа как считали-то?
С какого потолка у вас при нижней температуре цикла в 400 К температура радиаторов от 700 К до 400 К, а при нижней температуре цикла в 1000 К (что получается при 10% КПД) температура радиаторов от 1000 К до тех же самых 400 К?..

585с??
https://en.wikipedia.org/wiki/Arcjet_rocket

[Inti]

Получается что выгоднее хранить жидкий водород. 1 кг жидкого = 14 литров. Криогенные баки в невесомости и вакууме могут быть очень лёгкими на самом-то деле, а с испарением можно успешно бороться с учётом электростанции на борту. Главное этим бакам выдержать перегрузки при выводе на орбиту. Может типа надувные\складные их делать и разворачивать уже на орбите?
Update: нашёл кое-что на эту тему, даже с видосом - https://www.geekwire.com/2020/ancient-art-origami-provides-pathway-building-better-tank-rocket-fuel/

Сделать лёгкий бак для жидкого водорода предназначенный для буксира, и запустить его пустым. Потом забросить в прочном баке водород с Земли и перекачать его в лёгкий бак. Что тут не так кроме преодолимых технологических сложностей с жидким водородом?

[Юрий Темников]

ядерная лапка.Попробуйте найти ,если ещё не читали:Гильзин:"Электрические межпланетные корабли.Книга древняя,но весьма информативная.

[SONY]

585с??
https://en.wikipedia.org/wiki/Arcjet_rocket

Да.

585 секунд - это 5,74 км/с. Пусть у нас есть 30 тонн на массу космического аппарата и ещё 5 тонн - под массу бака с рабочим телом. Масса рабочего тела - 95% от массы бака, т.е. 4,75 тонны. Delta-V получается 837 м/с.
У двигателя ТРИНИТИ удельный импульс 100 км/с. Пусть у нас снова есть 30 тонн на массу космического аппарата и ещё 5 тонн - под массу бака с рабочим телом. Масса рабочего тела, если это газообразный водород в баллоне высокого давления - 5,04% от массы бака, т.е. 252 кг. Delta-V получается 723 м/с.
Как видим, несмотря на радикально меньший удельный импульс arcjet дал почти 16% прибавку delta-V. При этом он либо будет потреблять на порядок меньше энергии при той же тяге, либо давать на порядок больше тяги при той же потребляемой мощности.

[algol5720]

585с??
https://en.wikipedia.org/wiki/Arcjet_rocket

Да.

585 секунд - это 5,74 км/с. Пусть у нас есть 30 тонн на массу космического аппарата и ещё 5 тонн - под массу бака с рабочим телом. Масса рабочего тела - 95% от массы бака, т.е. 4,75 тонны. Delta-V получается 837 м/с.
У двигателя ТРИНИТИ удельный импульс 100 км/с. Пусть у нас снова есть 30 тонн на массу космического аппарата и ещё 5 тонн - под массу бака с рабочим телом. Масса рабочего тела, если это газообразный водород в баллоне высокого давления - 5,04% от массы бака, т.е. 252 кг. Delta-V получается 723 м/с.
Как видим, несмотря на радикально меньший удельный импульс arcjet дал почти 16% прибавку delta-V. При этом он либо будет потреблять на порядок меньше энергии при той же тяге, либо давать на порядок больше тяги при той же потребляемой мощности.

И еще для ТРИНИТИ не учитывается масса самой двигательной установки.

[ядерная лапка]

ядерная лапка.Попробуйте найти ,если ещё не читали:Гильзин:"Электрические межпланетные корабли.Книга древняя,но весьма информативная.

Спасибо!Поищу

[algol5720]

Мне кажется аммиак наиболее перспективным топливом для тфярд и для МПД.

[ядерная лапка]

585с??
https://en.wikipedia.org/wiki/Arcjet_rocket

Да.

585 секунд - это 5,74 км/с. Пусть у нас есть 30 тонн на массу космического аппарата и ещё 5 тонн - под массу бака с рабочим телом. Масса рабочего тела - 95% от массы бака, т.е. 4,75 тонны. Delta-V получается 837 м/с.
У двигателя ТРИНИТИ удельный импульс 100 км/с. Пусть у нас снова есть 30 тонн на массу космического аппарата и ещё 5 тонн - под массу бака с рабочим телом. Масса рабочего тела, если это газообразный водород в баллоне высокого давления - 5,04% от массы бака, т.е. 252 кг. Delta-V получается 723 м/с.
Как видим, несмотря на радикально меньший удельный импульс arcjet дал почти 16% прибавку delta-V. При этом он либо будет потреблять на порядок меньше энергии при той же тяге, либо давать на порядок больше тяги при той же потребляемой мощности.

Я правильно понял что этот движок ЖРД который еще и в эл дуге топливо нагревает?

[Юрий Темников]

Я правильно понял что этот движок ЖРД который еще и в эл дуге топливо нагревает?

Нет это Электродуговой плазменный двигатель.Просто гидразин это относительно удобное РТ.но из-за этого низкий УИ.

Из вики:В Германии исследователи из Института космических авиационных систем Университета Штутгарта годами изучали эти проблемы и разработали различные водородные дуговые реактивные двигатели, способные выдавать мощность от 1 до 100 кВт. Нагретый водород достигает скорости на выходе 16 километров в секунду (9,9 миль /с).
Для большого корабля ,ИМХО ,это лучший вариант.УИ и тяга хорошие,ЖВ в большых обьемах лучше сохраняется.Относительная масса баков значительно уменьшается.Наличие источника энергии позволяет использовать турбодетандер для длительного хранения ЖВ.
Для КВТК такие цифры:Начальная масса, т   24   14   32   
Заправляемый запас (О2+ Н2), т   до 19,6   до 11   до 27   
обЩая масса 32 т ,масса аппарата 5 т ,масса ЖВ более 4т

[C-300-2]

В ЕКА делают спутник способный летать на очень низкой орбите и питать ЭРД за счет воздуха.

О, а можно поделиться ссылочкой?.. Буду признателен!

[Arzach]

В ЕКА делают спутник способный летать на очень низкой орбите и питать ЭРД за счет воздуха.

О, а можно поделиться ссылочкой?.. Буду признателен!

Вероятно, речь вот об этом: World-first firing of air-breathing electric thruster.

[SONY]

Мне кажется аммиак наиболее перспективным топливом для тфярд и для МПД.

Для МПД - да. Но ттвердофазные ЯРД - только водород, без вариантов. Любое другое рабочее тело сделает его бессмысленным, лучше будет взять ЖРД.

Я правильно понял что этот движок ЖРД который еще и в эл дуге топливо нагревает?

Это движок, который нагревает рабочее тело электрической дугой, а затем направляет нагретый газ в сопло, как у ЖРД. Но при этом в нём нет никакого горения. Максимум там могут в ряде случаев (но далеко не всегда) использовать гидразин, который разлагается с выделением энергии, что несколько снижает расход электричества. Но вклад разложения не принципиальный, т.к. дуга всё равно даёт эдак втрое больше энергии.

[AlexandrU]

Вы эти все числа как считали-то?
С какого потолка у вас при нижней температуре цикла в 400 К температура радиаторов от 700 К до 400 К, а при нижней температуре цикла в 1000 К (что получается при 10% КПД) температура радиаторов от 1000 К до тех же самых 400 К?..

Температура 1000К это интегральное значение функции мощности от температур 1500-700-400К.
Крайние температуры цикла из презентации, 700К уже не помню откуда.
Кстати, если по удельной теплоёмкости 10%ой He-Xe смеси считать, то КПД 25% достигается при падении температуры с 1500К до 1100К, 700-400К на ХИ могут быть связаны с рекуператором или ограничением по ТО, а может и просто ошибка.