Пилотируемый полет на Плутон за кратчайшее время

[Blackhavvk]

Обратный полет на самом деле меньшая проблема, чем выход на орбиту Плутона. Вообще сложно давать оценку без промежуточных итераций, Марса, пояса, Каллисто, Энцелада, Титании 

[telekast]

Есть еще както предлагавшийся мной  солнечный парус "ноборот", инфракрасный фотонный движитель: ядерный реактор - "кипятильник" + радиатор односторонний излучатель.

[SONY]

А что там с радиацией?

Saturn has relatively weak radiation belts, thus making radiation considerations manageable. The outermost edge of the main radiation belt is situated at 3.5 Saturn radii, which is planetward of Enceladus' orbit (4 Saturn radii) and Titan's orbit (20 Saturn radii).

https://link.springer.com/article/10.1007/s10686-021-09810-z
Какие-либо конкретные оценки я находил в первую очередь для более близкого к Сатурну Мимаса, который внутри основного радиационного пояса, и для которого:

Electron flux ~1/40th that of Europa
...
Overall dose is dominated by energetic electrons

https://sci.esa.int/documents/35171/36506/1567258876922-5-ESLAB46-Day3-Nordheim.pdf
Т.е. даже там уровень радиации не такой уж большой.
На слайде 11 есть графики для нескольких спутников Сатурна, и судя по ним на Энцеладе потоки быстрых электронов ещё в 5-15 раз ниже. Причём чем выше энергия - тем больше разница.
Так что можно подтвердить вывод первой публикации, что пребывание людей на поверхности Энцелада не представляет серьёзной угрозы.

[SONY]

Если отбросить околонаучные спекуляции вроде взрыволёта, то остаётся двигатель на прямом использовании ядерной энергии FFRE или DUFFRE и подобные. Проблема в том что они требуют дорогого и сильно радиоактивного топлива. По его радиотоксичности можно сказать что плутоний-239 рядом не стоял.

Вообще-то у них всего три варианта топлива: уран-233, уран-235 и плутоний-239. Плутоний из них - самый опасный, так что решительно непонятно, как вы получили "По его радиотоксичности можно сказать что плутоний-239 рядом не стоял".
Ну и FFRE куда как скорее можно назвать "околонаучной спекуляцией", нежели взрыволёт. Ибо FFRE - это сугубо теоретическая концепция, а вот по взрыволёту проводились практические исследования, которые показали как стабильность полёта на взрывах, так и возможность создания устойчивой к ядерному взрыву плиты.

[mihalchuk]

Назад лететь надо?

[mihalchuk]

В-общем, я берусь. Можно на химии, можно на ионниках с ядерным реактором, но лучше - комбинация. 8-10 лет.
Маршрут такой:
Земля - Юпитер - Солнце - Земля - Плутон. У Солнца дается разгонный импульс на химии. У Земли подсаживается экипаж. У Плутона до года торможение на ионниках.

[Ну-и-ну]

В-общем, я берусь. Можно на химии, можно на ионниках с ядерным реактором, но лучше - комбинация. 8-10 лет.
Маршрут такой:
Земля - Юпитер - Солнце - Земля - Плутон. У Солнца дается разгонный импульс на химии. У Земли подсаживается экипаж. У Плутона до года торможение на ионниках.

А назад?

[ratcustorb]

В-общем, я берусь. Можно на химии, можно на ионниках с ядерным реактором, но лучше - комбинация. 8-10 лет.
Маршрут такой:
Земля - Юпитер - Солнце - Земля - Плутон. У Солнца дается разгонный импульс на химии. У Земли подсаживается экипаж. У Плутона до года торможение на ионниках.

А назад?

Возле Юпитера космонавты такую дозу получат, что назад лететь будет некому...

[mihalchuk]

Платят за полёт "туда".
Обратно - разогнаться на ионниках, а Земля пошлёт корабль, чтобы снять экипаж.

[Ну-и-ну]

В-общем, я берусь. Можно на химии, можно на ионниках с ядерным реактором, но лучше - комбинация. 8-10 лет.
Маршрут такой:
Земля - Юпитер - Солнце - Земля - Плутон. У Солнца дается разгонный импульс на химии. У Земли подсаживается экипаж. У Плутона до года торможение на ионниках.

Красиво, с подсадкой и гравманеврами. Пилотируемая часть только туда - лет на шесть? Небыстро оно.

На химии у Солнца - это гидразиновое что-то, по определению, ибо на ~пятый год. Значит УИ так себе. Также весьма стрёмно подсаживаться на проносящийся мимо корабль - одно неосторожное движение - и привет, назад не вернуться.

Но с чисто академической точки зрения - красиво.

[Вернер П.]

Красиво, с подсадкой и гравманеврами.

Еще красивее может быть только с промежуточным отдыхом на Земле 

[telekast]

В-общем, я берусь. Можно на химии, можно на ионниках с ядерным реактором, но лучше - комбинация. 8-10 лет.
Маршрут такой:
Земля - Юпитер - Солнце - Земля - Плутон. У Солнца дается разгонный импульс на химии. У Земли подсаживается экипаж. У Плутона до года торможение на ионниках.

А назад?

Возле Юпитера космонавты такую дозу получат, что назад лететь будет некому...

Мимо Юпа корабль пролетает без экипажа, как я понял, используя его для разгона, а жкипаз "вскакивает на подножку" уже тогда, когда разогнаный Юпом и Солнцем "вагон" пролетает опять мисо Земли уже непосредственно к Плутону. На пилотируемом участке никаких пролетов у Юпа не планируется.
Имху

[Alexandr_A]

Вообще-то у них всего три варианта топлива: уран-233, уран-235 и плутоний-239.

Откуда вы это взяли? Есть публикация в научном журнале, где был разобран именно этот момент. Главные критерии в выборе топлива, это сечение реакции деления нейтронами и разумное время полураспада. Эти два критерия самые важные, с большим отрывом, в том числе потому, что они сильно отличаются у разных изотопов. Количество нейтронов на деление, тепловыделение в процессе хранения, распределение энергии распада (желательно больше на осколки и меньше на гамма и нейтроны), трудности с производством. Получилось, что номер один в списке это америций-242m, примерно на порядок активнее плутония-239. Так же хорош калифорний-251 - менее активен, но сложнее в призводстве. Еще пара изотов кюрия более-менее, а плутоний и уран сильно отстают по основным критериям - создать критмассу не получится, либо выход осколков будет затруднен и топливо тупо перегреется от их энергии.

Ну и FFRE куда как скорее можно назвать "околонаучной спекуляцией", нежели взрыволёт. Ибо FFRE - это сугубо теоретическая концепция, а вот по взрыволёту проводились практические исследования, которые показали как стабильность полёта на взрывах, так и возможность создания устойчивой к ядерному взрыву плиты.

Я бы не называл практическими исследованиями, когда ученые юмористы предлагают "звезду смерти" весом сотни тысяч тонн. И до миллионов доходило для межзвездных вариантов ЕМНИП.)

[SONY]

Откуда вы это взяли?

Я это взял из необходимости использования тонн топлива, а мы за всю историю не получили и грамма чистых америция-242m или калифорния-251.

плутоний и уран сильно отстают по основным критериям - создать критмассу не получится, либо выход осколков будет затруднен и топливо тупо перегреется от их энергии.

Расскажите это NASA, а то у них в Final Report: Concept Assessment of a Fission Fragment Rocket Engine (FFRE) Propelled Spacecraft всё отлично работает на плутонии...
Вы не можете просматривать это вложение.
И авторы тех самых статей, в которых "Получилось, что номер один в списке это америций-242m", затем написали:

In our previous work, we indicated that several nuclear fuels had significant advantages for reduced critical mass such as Am^242m and Cf²⁵¹. Practically, however, the most abundant fissile materials are based on U²³⁵ and Pu²³⁹, and accordingly our designs used these two materials.

Я бы не называл практическими исследованиями, когда ученые юмористы предлагают "звезду смерти" весом сотни тысяч тонн

Они предлагали это для межзвёздного корабля поколений... Вы считаете, что корабль поколений для межзвёздных перелётов должен быть размером с МКС?..

[Alexandr_A]

И авторы тех самых статей, в которых "Получилось, что номер один в списке это америций-242m", затем написали:

Они просто предлагают добиться критмассы на плутонии-239 используя высокоэффективные отражатели и другие приёмчики. Но обратите внимание на размер радиаторов в их корабле. Если бы применили америций-242m, при прочих равных, масса радиаторов была бы меньше в разы. Тут простая физика - топливо будет гореть так же интенсивно при в разы меньшей плотности облака. Выход осколков больше, тепла меньше.

Я это взял из необходимости использования тонн топлива, а мы за всю историю не получили и грамма чистых америция-242m или калифорния-251.

Даже калифорний-252 серийно производят. Об этом известно так как он не оружейный изотоп, а самое интересное тупо засекречено. 
Если надо тоннами производить америций, это конечно дорого, но можно построить завод наработчик по типу плутониевого. 

Они предлагали это для межзвёздного корабля поколений... Вы считаете, что корабль поколений для межзвёздных перелётов должен быть размером с МКС?..

 

[SONY]

Они просто предлагают добиться критмассы на плутонии-239 используя высокоэффективные отражатели и другие приёмчики.

Только что вы заявляли "создать критмассу не получится", а тут, ВНЕЗАПНО, оказывается, что взяв эффективный отражатель - получится...

Но обратите внимание на размер радиаторов в их корабле.

Только что вы заявляли "топливо тупо перегреется", а тут, ВНЕЗАПНО, оказывается, что возьмём радиаторы побольше - и не перегреется...

Если бы применили америций-242m, при прочих равных, масса радиаторов была бы меньше в разы.

Если бы они взяли америций-242m, то их корабль стал бы невозможным. Чтобы произвести тонны этого изотопа потребуются века, только вот незадача, он распадается так быстро, что веками накапливать его не получится...

Даже калифорний-252 серийно производят.

Калифорний-252 естественным образом накапливается в больших количествах, т.к. имеет малое сечение взаимодействия с тепловыми нейтронами: пока калифорний-251 интенсивно выгорает либо преобразуется в тот самый калифорний-252, 252-й просто спокойно накапливается в реакторе. И, тем не менее, его производство всё равно составляет менее одного грамма в год... Ещё раз напомню, что даже для полётов внутри Солнечной Системы нам нужно иметь порядка тонны изотопа.

Т.е. вы читали про проект Орион, но не обратили ни малейшего внимания, какую задачу решали конструкторы?..
Для пилотируемого полёта на Марс с высадкой на поверхность стартовая масса была всего 741 тонна (18-й страница PDF-файла):
https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19760065935/downloads/19760065935.pdf
Т.е. монструозные массы требовались лишь под монструозные задачи.

[Alexandr_A]

Только что вы заявляли "создать критмассу не получится", а тут, ВНЕЗАПНО, оказывается, что взяв эффективный отражатель - получится...

Только что вы заявляли "топливо тупо перегреется", а тут, ВНЕЗАПНО, оказывается, что возьмём радиаторы побольше - и не перегреется...

Разумеется, тащить на Плутон и обратно огромные радиаторы - это я рассматриваю как провал идеи. И все ради того что бы использовать доступный плутоний. 

Если бы они взяли америций-242m, то их корабль стал бы невозможным. Чтобы произвести тонны этого изотопа потребуются века, только вот незадача, он распадается так быстро, что веками накапливать его не получится...

Во первых для одного полета на Плутон нужно гораздо меньше. Тонны нужны для полета на межзвездные расстояния.
Производить его раз в 10 затратнее чем плутоний-239. 

Калифорний-252 естественным образом накапливается в больших количествах, т.к. имеет малое сечение взаимодействия с тепловыми нейтронами: пока калифорний-251 интенсивно выгорает либо преобразуется в тот самый калифорний-252, 252-й просто спокойно накапливается в реакторе. И, тем не менее, его производство всё равно составляет менее одного грамма в год... Ещё раз напомню, что даже для полётов внутри Солнечной Системы нам нужно иметь порядка тонны изотопа.

Это не так работает. Изотопы с большим сечением захвата не выгорают в специальных реакторах. Для этого топливо извлекают и перерабатывают как можно чаще, а так же есть жидкостные схемы с онлайн переработкой. 

Ещё раз напомню, что даже для полётов внутри Солнечной Системы нам нужно иметь порядка тонны изотопа.

Если точно статью искать надо, но для полета к Плутону столько не нужно. Там было что-то вроде 1 тонны америция на расстояние 0.8 св.года в одну сторону. 
И не забывайте, что в случае с плутонием и масса радиаторов и кпд по топливу, даст интегральный отрицательный эффект. 

[SONY]

Во первых для одного полета на Плутон нужно гораздо меньше. Тонны нужны для полета на межзвездные расстояния.

Для полёта к Юпитеру, согласно представленному выше отчёту, нужно четыре тонны, а к Плутону - гораздо меньше? Серьёзно?..
Межзвёздные перелёты там вообще никто не рассматривает, т.к. в их случае речь шла бы о тысячах тонн.

Производить его раз в 10 затратнее чем плутоний-239.

Ну да, конечно... Открываем статью Результаты измерения содержания изотопов актинидов, неодима, цезия и глубины выгорания в образце высоковыгоревшего топлива ВВЭР-1000 разрушающими методами и видим, что плутония-239 в отработанном топливе 6180 г/тонну, а америция-242 (хоть это и не указано в публикации прямо, но речь про 242m, т.к. америций-242 распадается чрезвычайно быстро, вообще не накапливаясь в весовых количествах) - 2,0 г/тонну. Причём плутоний-239 составляет 42,47% от всего плутония, а америций-242 - 0,22%.
Мне правда нужно объяснять, почему изотоп, которого нарабатывается в тысячи раз меньше, и который составляет долю процента в изотопном составе элемента, производить в десятки тысяч, а не в десять, раз сложнее?..

Это не так работает. Изотопы с большим сечением захвата не выгорают в специальных реакторах.

Ещё как выгорают!

Для этого топливо извлекают и перерабатывают как можно чаще, а так же есть жидкостные схемы с онлайн переработкой.

Это работает с производством плутония-239 и урана-233, но не америция-242m или калифорния-251.
Как производят плутоний-239? Облучают уран-238 нейтронами, получают уран-239, который за десятки минут распадается в нептуний-239, имеющий время жизни в несколько дней. Нептуний-239 имеет малое сечение захвата нейтронов, а потому не выгорает, и если мы его вытащим из реактора, дав распасться уже вне его, то получим плутоний-239, который не выгорает, т.к. находится вне реактора.
Как производят уран-233?  Облучают торий-232 нейтронами, получают торий-233, который за десятки минут распадается в протактиний-233, имеющий время жизни в несколько десятков дней. Протактиний-233 имеет малое сечение захвата нейтронов, а потому не выгорает, и если мы его вытащим из реактора, дав распасться уже вне его, то получим уран-233, который не выгорает, т.к. находится вне реактора.
Как производят америций-242m? Облучают нейтронами америций-241, который мгновенно превращается в америций-242m - всё. Нет никаких вариантов не подвергать америций-242m нейтронному облучению, избежав его выгорания, он неизбежно образуется прямо в реакторе, в потоке нейтронов, а потому тут же начинает выгорать.
Аналогично с калифорнием-251: он производится мгновенно из калифорния-250, а потому никак не может быть защищён от выгорания.
Вот посмотрите схему, как идёт процесс:
Вы не можете просматривать это вложение.

Если точно статью искать надо

Я вам статьи уже давно дал...

[Alexandr_A]

Для полёта к Юпитеру, согласно представленному выше отчёту, нужно четыре тонны, а к Плутону - гораздо меньше? Серьёзно?..
Межзвёздные перелёты там вообще никто не рассматривает, т.к. в их случае речь шла бы о тысячах тонн.

В отчете, где говорится о FFRE на плутонии? Не удивительно.

Ну да, конечно... Открываем статью Результаты измерения содержания изотопов актинидов, неодима, цезия и глубины выгорания в образце высоковыгоревшего топлива ВВЭР-1000 разрушающими методами и видим, что плутония-239 в отработанном топливе 6180 г/тонну, а америция-242 (хоть это и не указано в публикации прямо, но речь про 242m, т.к. америций-242 распадается чрезвычайно быстро, вообще не накапливаясь в весовых количествах) - 2,0 г/тонну. Причём плутоний-239 составляет 42,47% от всего плутония, а америций-242 - 0,22%.
Мне правда нужно объяснять, почему изотоп, которого нарабатывается в тысячи раз меньше, и который составляет долю процента в изотопном составе элемента, производить в десятки тысяч, а не в десять, раз сложнее?..

В ВВЭР-1000 в обычном топливе так и должно быть. А для производства трансплутониевых изотопов в обычных реакторах, нужны как минимум специальные сборки топлива содержащие только нужные изотопы. Существуют оптимальные цепочки как например из урана-238 получить калифорний-251. Грубо говоря изотоп с номером 239 облучают одним потоком нейтронов, а 250 другим и длительность облучения для каждой такой сборки своя. 
Все эти сложности давно изучены и даже близко не стоят с полётом человека на Плутон.

[pkl]

Итак, предположим выделили деньги на пилотируемый полет к Плутону для всестороннего изучения. Верхний лимит бюджета не ограничен. Какие должны быть параметры корабля и тип двигательной установки для данного полета исходя из современного уровня техники?
И подвопрос: за какое минимальное время можно туда долететь на современных технологиях?

Странник, сколько уже можно про пилотируемый полёт к Плутону? Вы такую тему на Астрофоруме создали. Вы хоть её посещаете? Там все всё уже сказали.