Полёт на Альфа Центавра с помощью новового двигателя - Электро Пульс Кольца

[Astrodrive]

Эх, вашу бы энергию и фантазию, да на внутрисистемные полеты

У SpaceX всё конечно идёт не плохо, но вопрос остаётся: почему не собрать на орбите небольшой корабль на Ионных Двигателях (из 3-4 тяжёлых ракет)? Оставить его на орбите Земли и заправить его всем необходимым всего одной(!) дополнительной тяжёлой ракетой. И всё, не нужно 8 тяжёлых ракет на орбите Земли, что-бы заправить один Сташип.

И ещё остаётся вопрос как заправить Сташип на поверхности Марса? Там нужен целый роботизированный завод по производству сжиженного метана из водяного льда и атмосферы реакцией Сабатиера (CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O). Про это читал в западном научном журнале на английском.

Ионный Корабль можно оставить на орбите у Марса. Вниз спустить один маленький посадочный модуль с топливом для обратного взлёта. Основной принцип: "Нет нужды лезть в грави яму!" Как кто-то сказал до меня.

Затем можно конических модулей для базы (загруженных всем необходимым) накидать прямо с орбиты. Садится на Марс для этого не нужно. Долетел до орбиты Марса на Ионном Корабле, скинул модули и лети обратно, работа сделана.

Конический модуль сам тормозит в атмосфере конусом и потом открывает парашют. Потом робот грузовая машина ставит модуль на правильное место.

При возврате на Землю, просто вернул капсулу с космонавтами, а Ионный Корабль оставил на орбите для дальнейшего использования. Заправить его можно одной тяжёлой ракетой. Так что принцип "Не лезь в грави яму" работает.

[SONY]

почему не собрать на орбите небольшой корабль на Ионных Двигателях

Потому, что он будет лететь в несколько раз дольше, чем Starship.

[ядерная лапка]

почему не собрать на орбите небольшой корабль на Ионных Двигателях

Потому, что он будет лететь в несколько раз дольше, чем Starship.

adastra заявляла, что на ее плазменных движках VASIMR можно долететь до марса за 45 дней

[SONY]

adastra заявляла, что на ее плазменных движках VASIMR можно долететь до марса за 45 дней

Ага... При энергоустановке на 200 МВт с удельной мощностью не хуже 1 кВт/кг.

[ядерная лапка]

adastra заявляла, что на ее плазменных движках VASIMR можно долететь до марса за 45 дней

Ага... При энергоустановке на 200 МВт с удельной мощностью не хуже 1 кВт/кг.

Все так.Однако дозаправки на орбите и метановые заовдики на марсе лично у меня пораждают не меньше сомнений

[algol5720]

adastra заявляла, что на ее плазменных движках VASIMR можно долететь до марса за 45 дней

Ага... При энергоустановке на 200 МВт с удельной мощностью не хуже 1 кВт/кг.

Все так.Однако дозаправки на орбите и метановые заовдики на марсе лично у меня пораждают не меньше сомнений

Да осилит дорогу идущий...

[Astrodrive]

В космосе энергия солнечной радиации 1,380 Вт/м^2.

Эффективность солнечной панели уже достигла 32%. Это даёт 1,380 * 32% = 441.6 Вт/м^2.

Ставим солнечные батареи 200 метров на 200 метров = 40,000 м^2. Это 40,000 * 441.6 = 17,664,000 Вт = 17.6 МВт солнечной энергии.
Расход топлива m = 0.001 кг в секунду. Это сжиженный Аргон.

Для Ионного Двигателя:

       m v^2
E = ---------;
           2

v = sqrt (2 E / m);

v = sqrt (2 * 17,664,000 / 0.001 ) = 187,957 м/сек;

Это максимальная скорость ионнов достижимая с 17.6 МВт энергии от солнечных панелей. Изменение скорости за время равно ускорению.

Массу корабля мы допускаем 200,000 кг.

m(ионной струи) v(ионной струи)/1 сек = F = m(корабля) a(корабля?);
m(ионной струи) a(ионной струи) = F = m(корабля) a(корабля?);

0.001 * 187,957 = 200,000 а(корабля);
а(корабля) = 0.001 * 187,957 / 200,000 = 0.000939785 м/сек^2 = 0.001 м/сек^2 .

Средняя дистанция Марса от Земли 225 миллионов километров.
Скорость выхода на орбиту Марса 4.25 км/сек. Начальная скорость нашего корабля на орбите Земли 11 км/сек. Допускаем что половину пути корабль разгоняется, а вторую замедляется до
4.25 км/сек - орбитальную скорость на Марсе.

Ускорение на орбите:
v(уход с орбиты) = v(орбиты) + at;
11,000 = 7,000 + 0.001 t;
t = 4,000 / 0.001 = 4,000,000 сек = 46.2 дней;

Ускорение до Марса (половина пути на Марс):
x = vt  + at^2/2;
at^2/2 + vt - х = 0;
at^2 + 2vt - 2х = 0;
https://www.calculatorsoup.com/calculators/algebra/quadratic-formula-calculator.php

a = 0.001;
v = 11,000;
x = 250,000,000,000/2 (половина пути на Марс) = 125,000,000,000;
0.001 t^2 + 22,000 t - 250,000,000,000;

t = 8,261,360 сек  = 95.6 дней;
Достигнута скорость v = v0 + at;
v = 11,000 + 0.001 * 8,261,360 = 19,261 м/сек;

Замедление:
v(на орбите Марса) = v(корабля) - at;
4,250 = 19,261 - 0.001*t;
4,250 - 19,261 = - 0.001*t;
t = 15,011 / 0.001 = 15,011,000 сек = 173.7 дней;

Тут Замедление не вписывается в дистанцию. Помогите пожалуйста с математикой.
Получаем приблизительное время полёта 315.5 дней. Это приблизительный расчёт конечно. Я его не подгонял ещё к реальной массе корабля на команду из 3 человек.

Если сложить все эти секунды и умножить на 0.001 кг/сек то получится 27 тонн топлива. Корабль всего 200 тонн и масса топлива 54 тонн для пути туда и обратно. Ну и команда 3 человека.

Понадабится две тяжёлые ракеты что бы запустить корабль и одна что бы его заправить (когда мы подгоним его под массу для экипажа в 3 человека). Одна тяжёлая ракета Сташип выводит на орбиту 150 тонн. То есть масса оптимального Ионного Корабля будет где-то около 450 тонн. Получается очень лёгкий и быстрый Ионный Корабль. В сравнении Сташип весит 5,000 тонн.

Сташип как пассажирский корабль берёт 100 человек. Это 50 тонн ракеты на одного человека. При таком же раскладе Ионный Корабль, весящий 450 тонн, может взять всего 7 человек и один посадочный/возвратный модуль весом 100 тонн.

Возможно имеет смысл для России и Китая совместно строить лёгкие Ионные Корабли для полётов на Марс и Луну. Ионный Корабль можно оставить на орбите и тогда он играет роль космической станции. Другие корабли могут пристыковываться и доставлять необходимые грузы для жизни космонавтов на такой Ионной Станции.

[ядерная лапка]

Долго как то.может от земли эту штуку ускорять каким-нибудь ярд потом отбрасывать и у марса тормозить на ионниках.

[Astrodrive]

НАСА в данный момент разрабатывает Ядерный Тепловой Двигатель.

https://www.nasa.gov/mission_pages/tdm/nuclear-thermal-propulsion/index.html

Он очень тяжёлый, и его надо куда-то в космос для безопасности выкидывать когда закончится охладитель/топливо. Охладитель/топливо тоже тяжёлый бак, который выбрасывает топливо не эффективно как обычная химическая ракета.

А Ионные Двигатели в близи от солнца работают от лёгких Солнечных Панелей. Для улучщения скорости можно развернуть гигантскую Солнечную Панель из очень тонкой и более лёгкой аморфной Силиконовой Плёнки (с более низкой эффективностью) на пластиковом парусе.

Ещё можно сделать Разгонную Ионную Ступень, расходующую 10 грамм топлива в секунду (а не 1 грамм/секунду как основной Ионный Корабль). Топливо расходуется быстрее в 10 раз и потом этот разгонный блок отсоединяется. А электричество он получает от основной гигантской Солнечной Панели из Силиконовой Плёнки. Так что это ионное топливо тоже разгоняется электрической решёткой до максимально возможной скорости. Это может сработать для более быстрого ускорения.

Хотя 315.5 дней тоже неплохо.

[ядерная лапка]

ярд конечно тяжелый.Но емнип 70% массы топлива у жрд  это окислитель у ярд его нет.на водороде уи вроде 900с это почти в 3 раза больше чем у жрд на амиаке примерно около 600с для больших ракет выйгрыш в массе есть.Вообще можно сделать аппарат который и туда и назад летал бы на ярд разогнался выключил у марса включил на торможение.Только хватит ли ресурса двигателя.Да и водород выкипает так что непонятно зачем наса его делают.Может на амиаке может могут обеспечить ресурс хз.СССР смогли заставить работать ярд 1 час на том и забили.Но вот для разгона вполне подошел бы...По поводу ионного на СБ.Чем дальше от солнца тем меньше энергии.Кроме того сб могут быть повреждены метеоритами да так они со временем деградируют.10 месяцев туда + 10 месяцев назад + ждать окно на марсе экипаж если не умрет от радиации то лучевую болезнь получит точно.А вот для грузов такая штука будет в самый раз.Можно сделать мощный реактор как там выше присали на 200мвт но тогда вместо леса из сб будет лес из радиаторов.Капельного холодильника пока нет...Вся надежда на старшип :=)

[Дем]

Допускаем что половину пути корабль разгоняется, а вторую замедляется

Это не слишком выгодный режим, если лететь середину пассивно - то надо и топлива меньше, соотвественно ускорение при той же мощности будет выше.

Для улучщения скорости можно развернуть гигантскую Солнечную Панель из очень тонкой и более лёгкой аморфной Силиконовой Плёнки (с более низкой эффективностью) на пластиковом парусе.

При мощностях в мегаватты - уже имеет смысл думать в сторону зеркало+паровая турбина, фольга толщиной в микроны лёгкая, а газ можно греть до тысяч градусов и иметь высокий КПД

[Дем]

на водороде уи вроде 900с это почти в 3 раза больше чем у жрд на амиаке примерно около 600с для больших ракет выйгрыш в массе есть.

А тут надо не забывать вес бака, у того же шаттла для 100 тонн водорода бак весил 50 тонн. Притом его надо было тащить до упора.

[SONY]

у того же шаттла для 100 тонн водорода бак весил 50 тонн

У Шаттла бак на 106 тонн водорода и 629 тонн кислорода в финальной версии весил 26,5 тонн.

[Дем]

У Шаттла бак на 106 тонн водорода и 629 тонн кислорода в финальной версии весил 26,5 тонн.

Основной обьём всё-таки водород. И вес теплоизоляции этого обьёма.
Ну и нагрев сгоранием гораздо выше чем нагрев теплопередачей от ТВЭЛов.

[SONY]

Основной обьём всё-таки водород. И вес теплоизоляции этого обьёма.

Вес - механическая прочность, необходимая чтобы выдержать нагрузки при разгоне сотен тонн кислорода.
Масса теплоизоляции была менее 2,2 тонны.

[Lunatik-k]

В космосе энергия солнечной радиации 1,380 Вт/м^2.

Эффективность солнечной панели уже достигла 32%. Это даёт 1,380 * 32% = 441.6 Вт/м^2.

Ставим солнечные батареи 200 метров на 200 метров = 40,000 м^2. Это 40,000 * 441.6 = 17,664,000 Вт = 17.6 МВт солнечной энергии.
Расход топлива m = 0.001 кг в секунду. Это сжиженный Аргон.

Для Ионного Двигателя:

      m v^2
E = ---------;
          2

v = sqrt (2 E / m);

v = sqrt (2 * 17,664,000 / 0.001 ) = 187,957 м/сек;

Это максимальная скорость ионнов достижимая с 17.6 МВт энергии от солнечных панелей. Изменение скорости за время равно ускорению.

Массу корабля мы допускаем 200,000 кг.

m(ионной струи) v(ионной струи)/1 сек = F = m(корабля) a(корабля?);
m(ионной струи) a(ионной струи) = F = m(корабля) a(корабля?);

0.001 * 187,957 = 200,000 а(корабля);
а(корабля) = 0.001 * 187,957 / 200,000 = 0.000939785 м/сек^2 = 0.001 м/сек^2 .

Средняя дистанция Марса от Земли 225 миллионов километров.
Скорость выхода на орбиту Марса 4.25 км/сек. Начальная скорость нашего корабля на орбите Земли 11 км/сек. Допускаем что половину пути корабль разгоняется, а вторую замедляется до
4.25 км/сек - орбитальную скорость на Марсе.

Ускорение на орбите:
v(уход с орбиты) = v(орбиты) + at;
11,000 = 7,000 + 0.001 t;
t = 4,000 / 0.001 = 4,000,000 сек = 46.2 дней;

Ускорение до Марса (половина пути на Марс):
x = vt  + at^2/2;
at^2/2 + vt - х = 0;
at^2 + 2vt - 2х = 0;
https://www.calculatorsoup.com/calculators/algebra/quadratic-formula-calculator.php

a = 0.001;
v = 11,000;
x = 250,000,000,000/2 (половина пути на Марс) = 125,000,000,000;
0.001 t^2 + 22,000 t - 250,000,000,000;

t = 8,261,360 сек  = 95.6 дней;
Достигнута скорость v = v0 + at;
v = 11,000 + 0.001 * 8,261,360 = 19,261 м/сек;

Замедление:
v(на орбите Марса) = v(корабля) - at;
4,250 = 19,261 - 0.001*t;
4,250 - 19,261 = - 0.001*t;
t = 15,011 / 0.001 = 15,011,000 сек = 173.7 дней;

Тут Замедление не вписывается в дистанцию. Помогите пожалуйста с математикой.
Получаем приблизительное время полёта 315.5 дней. Это приблизительный расчёт конечно. Я его не подгонял ещё к реальной массе корабля на команду из 3 человек.

Если сложить все эти секунды и умножить на 0.001 кг/сек то получится 27 тонн топлива. Корабль всего 200 тонн и масса топлива 54 тонн для пути туда и обратно. Ну и команда 3 человека.

Понадабится две тяжёлые ракеты что бы запустить корабль и одна что бы его заправить (когда мы подгоним его под массу для экипажа в 3 человека). Одна тяжёлая ракета Сташип выводит на орбиту 150 тонн. То есть масса оптимального Ионного Корабля будет где-то около 450 тонн. Получается очень лёгкий и быстрый Ионный Корабль. В сравнении Сташип весит 5,000 тонн.

Сташип как пассажирский корабль берёт 100 человек. Это 50 тонн ракеты на одного человека. При таком же раскладе Ионный Корабль, весящий 450 тонн, может взять всего 7 человек и один посадочный/возвратный модуль весом 100 тонн.

Возможно имеет смысл для России и Китая совместно строить лёгкие Ионные Корабли для полётов на Марс и Луну. Ионный Корабль можно оставить на орбите и тогда он играет роль космической станции. Другие корабли могут пристыковываться и доставлять необходимые грузы для жизни космонавтов на такой Ионной Станции.

Может плохо смотрел, но не увидел в формулах изменение(уменьшение) массы корабля за время полета.
Топливо постепенно расходуется, масса уменьшается,  тяга двигателей остается постоянной, если есть запас по мощности у солнечных батарей.
т.е. ускорение постепенно увеличивается.
К моменту начала торможения масса корабля уже будет другой(меньше).
А если выкидывать за борт отходы от продуктов жизни деятельности космонавтов то еще больше сократится масса.
Время полета должно сократиться.

[Astrodrive]

Формулы были самые простые, чтобы показать возможность использования Ионных Двигателей на лёгком корабле.

Массу финального лёгкого корабля мы берём 450 тонн. Зеркало+паровая турбина слишком тяжёлые для такого лёгкого корабля.

Вот пример, уже есть Солнечные Батареи с Эффективностью 36.1%. Так что для разгона лёгких кораблей вблизи Солнца нужно использовать Солнечные Батареи.

https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru/index.php?topic=18938.msg2549595#msg2549595

Расчёт показывает, что если разгонятся быстрее чем за 315.5 дней, то нужно более большая площадь Солнечных Батарей. При подстановке в формулу 0.01 кг вместо 0.001 кг (расход топлива в секунду), получается более маленькая скорость струи топлива (ионной струи). Что в результате не даёт значительного увеличения ускорения лёгкого корабля (весом в 450 тонн).

       m v^2
E = ---------;
           2

v = sqrt (2 E / m);

v = sqrt (2 * 17,664,000 / 0.01 ) = 59,437 м/сек; была 187,957 м/сек.

Это максимальная скорость ионнов достижимая с 17.6 МВт энергии от солнечных панелей. Изменение скорости за время равно ускорению.

Массу корабля мы допускаем 450,000 кг.

m(ионной струи) v(ионной струи)/1 сек = F = m(корабля) a(корабля?);
m(ионной струи) a(ионной струи) = F = m(корабля) a(корабля?);

0.01 * 59,437 = 450,000 а(корабля);
а(корабля) = 0.01 * 59,437 / 450,000 = 0.00132 м/сек^2; была 0.00093 м/сек^2.

Лёгкий корабль выводится на орбиту тремя супер тяжёлыми ракетами Сташип (150 тон полезной нагрузки каждая). Из 450 тонн (примерно):

100 тонн Марсианский Посадочный модуль,
55 тонн топливо - сжиженный Аргон,
50 тонн Солнечные Батареи,
20 тонн Ионные Двигатели,
5 тонн возвратная капсула (для приземления на Землю с экипажем)
---------------------------------------------------
220 тонн остаётся для корпуса, экипажа, полезной нагрузки. Экипаж 5 человек.

Можно и доставлять кораблём-роботом на орбиту Марса модули для колонии. Потом эти конические модули сбрасываются с орбиты, тормозят в атмосфере и открывают парашут. На Марсе грузовик-робот расставляет их в правильном порядке.

Эти модули для колонии нагружены всем необходимым для обитания людей (воздух, вода, пища).

55 тонн топливо - сжиженный Аргон,
50 тонн Солнечные Батареи,
20 тонн Ионные Двигатели,
---------------------------------------------------
330 тонн = 6 модулей по 50 тонн каждый. Ещё и остаётся 30 тонн.

Для экранирования экипажа от космической радиации, обставляем жилой модуль баками с сжиженным Аргоном. Двойным кольцом из длинных цилиндров.

Экранируем только жилой модуль. Грузовые и двигательные модули экранировать не надо. Корабль прилетает на Марс с оставщимися 27 тоннами сжиженного Аргона (хватит для возвращения). Можно добавить ещё 10 тонн топлива, чтобы оставалась экранизация до возврата на Землю. Это топливо можно использовать позже для изменения орбиты пока корабль заправляется около Земли для нового полёта. 

По сравнению с лёгкими Ионными Кораблём, Сташип выглядит не эффективно. В особенности в роли корабля-робота для доставки жилых модулей на Марс.

Не эффективно такую ракету спускать с орбиты в "гравитационную яму", а потом её тянуть обратно на орбиту. Так же  Реактивные Жидко-топливные  Двигатели не эффективны по сравнению с Ионными. Нужно 9 ракет для выведедния одного Сташипа на орбиту (1 + 8 с толпивом для заправки). Когда один лёгкий Ионный Корабль для выведения на орбиту требует всего 3 Сташипа.

Так что России и Китаю не нужно копировать Сташип, а нужно разрабатывать проект лёгкого Ионного Корабля.

[ядерная лапка]

Формулы были самые простые, чтобы показать возможность использования Ионных Двигателей на лёгком корабле.

Массу финального корабля мы берём где-то около 450 тонн. Зеркало+паровая турбина слишком тяжёлые для такого лёгкого корабля.

Да реактор нужен и капельник
Вы не можете просматривать это вложение. 

[Astrodrive]

Да реактор нужен и капельник

Дайте пожалуйста расчёт корабля, для корабля весом в 450 тонн.

Например для лёгкого Ионного корабля весом в 450 тонн:

100 тонн Марсианский Посадочный модуль,
55 тонн топливо - сжиженный Аргон,
50 тонн Солнечные Батареи,
20 тонн Ионные Двигатели,
5 тонн возвратная капсула (для приземления на Землю с экипажем)
---------------------------------------------------
220 тонн остаётся для корпуса, экипажа, полезной нагрузки. Экипаж 5 человек.

Мне просто интересно сколько будет весить Топливо, Охладитель и Реактор для Ядерного Теплового Двигателя. Ведь вес топлива по сравнению со Сташипом снижается только на 70%, а Сташип топливо весит аж 1,170 тонн!

[ядерная лапка]

Дайте пожалуйста расчёт по весу корабля, для корабля весом в 450 тонн.