Электрореактивные двигатели

[Буцетам]

Хочется тяжёлого газа? Есть лучше ксенона - радон. Он тяжелее, ионизируется легче, снижается тоже проще ксенона

Да не сильно легче ионизируется, всё равно цена иона большая. С этой точки зрения самый лучший вариант это свинец-висмут. 7 эВ на ион, а у ксенона в 2 раза больше. Из летучих альтернатив - йод, решает проблему с баковым коэффициентом полностью

[telekast]

Единственная пакость - радиоактивен и ядовит, вазюкаться с ним в лаборатории приключение из серии ртуть, литий,  стронций, етц. Для людей с берилиевыми тестикулами.

Не знаю, какие там проблемы работать с литием, но главная проблема с радоном в том, что он не просто радиоактивен, а имеет период полураспада менее четырёх суток для самого стабильного изотопа (радон-222). Через пару недель от исходного радона (если он весь - самый стабильный 222-й) остаётся 7,9%.
Это - проблема, которая делает радон фундаментально непригодным для ЭРД, в то время как излучение от него (которое, кстати, абсолютно безопасно, пока радон не попал внутрь организма) - проблема сугубо техническая.

В так-то радон при распаде радия, урана, тория и пр. образуется, чуть ли не в промышленных объемах

Одна тонна урана-238 (именно он даёт самый долгоживущий радон-222) производит в сутки примерно 1 080 000 000 000 000... атомов радона. Это 0,40 мкг газа.
Одна тонна тория-232 (он даёт радон-220 с периодом полураспада менее одной минуты) производит в сутки примерно 351 648 000 000 000 атомов радона (на всякий случай отмечу, что накопить это количество невозможно, т.к. он распадается за минуты). Это 0,13 мкг газа.
Одна тонна урана-235 (он даёт радон-219 с периодом полураспада менее четырёх секунд) производит в сутки примерно 6 912 000 000 000 000 атомов радона (ага, накопить его не то, что за сутки, за минуту не получится!). Это аж целых 2,5 мкг газа - успех!

Можно набить отходами АЭС бак и качать из него образующийся радон в ЭРД

В отходах АЭС главным источником радона будет уран-238. Всё остальное будет заниматься только попытками уничтожить всё вокруг, но не производить радон.

P.S. объёмы производства радона даны для состояния "векового равновесия". В случае урана-238 его придётся дожидаться где-то так примерно с миллион лет :-)

Про литий в ЭРД я читал на Хабре или Пикабу давно в статье об ЭРД от человека занимавшегося их разработкой. По меньшей мере он так заявлял. Типа были попытки, но закончилось взрывам, когда после теста вакуумную камеру попытались.... помыть.
Спасибо за пояснение по изотопам радона. И по темпом его "производства". Но бреднЯ была красивая, согласитесь.

[telekast]

Хочется тяжёлого газа? Есть лучше ксенона - радон. Он тяжелее, ионизируется легче, снижается тоже проще ксенона

Да не сильно легче ионизируется, всё равно цена иона большая. С этой точки зрения самый лучший вариант это свинец-висмут. 7 эВ на ион, а у ксенона в 2 раза больше. Из летучих альтернатив - йод, решает проблему с баковым коэффициентом полностью

12,5% экономии на дороге на валяются. Свинец и висмут и прочие хороши, но, в отличии от газов могут оседать на конструкциях самого КА.
Имху 

[Demir_Binici]

...главная проблема с радоном...

Как всё грустно. А такая прекрасная идея была.

Есть лучше ксенона - радон. Он тяжелее, ионизируется легче, снижается тоже проще ксенона

Цитата: telekast от 9/30/2025, 11:12:35 AM

Но бреднЯ была красивая

Красивое.

[algol5720]

Главный вопрос в баковом коэффициенте. Ксенон хранят под давлением, и масса бака - несколько десятков процентов от массы топлива. У криптона плотность, грубо говоря, в 2 раза меньше чем у ксенона. У аргона - в 4 раза меньше чем у ксенона. А это означает что бак под аргон будет весить больше чем аргоновое топливо.

А я с чего начал?..

В том баке, где ксенон будет составлять 90+% его начальной массы, аргон будет составлять лишь около половины, что с лихвой перекроет рост УИ.

Как же Маск решил баковую и энергетическую проблемы на v3? Ну энергетическую достаточно  понятно увеличил площадь батарей.Недостаток топлива конечно можно компенсировать более высоким уи.

[SONY]

Да не сильно легче ионизируется, всё равно цена иона большая. С этой точки зрения самый лучший вариант это свинец-висмут. 7 эВ на ион

С этой точки зрения куда лучше обеднённый уран: 6,1 эВ на ион массой 238 (0,026 эВ/а.е.м.). Следом цезий - 3,9 эВ на ион массой 133 (0,029 эВ/а.е.м.).
У висмута же получается 7,3 эВ на ион массой 209 (0,035 эВ/а.е.м.). У свинца - ещё больше.

Но всё это не имеет значения т.к. металлические рабочие тела (кроме крайне летучей ртути) недопустимы в качестве рабочего тела ЭРД: оседают на элементах космического аппарата, достаточно быстро выводя его из строя (солнечные батареи превращаются в зеркала, изоляторы - в проводники).

По меньшей мере он так заявлял. Типа были попытки, но закончилось взрывам, когда после теста вакуумную камеру попытались.... помыть.

Мне известен только один взрыв лития, связанный с ЭРД. Там систему водяного охлаждения во время испытаний прорвало в бак для кипячения лития. А это, мягко говоря, немного другое, нежели мытьё.
И взрывоопасность - это прям вот совсем иное, нежели радиотоксичность...

Как же Маск решил баковую и энергетическую проблемы на v3?

Просто поставил большие тяжёлые баки...

[Старый]

кроме крайне летучей ртути

Ртуть тоже. 

[algol5720]

Как же Маск решил баковую и энергетическую проблемы на v3?

Просто поставил большие тяжёлые баки...

Как-то их(баки) не заметно на раскладывающихся старлинках. Тягу можно скомпенсировать количеством движков,но тогда основная масса придется на панели.бака же вообще не заметно.

[Буцетам]

С этой точки зрения куда лучше обеднённый уран: 6,1 эВ на ион массой 238 (0,026 эВ/а.е.м.). Следом цезий - 3,9 эВ на ион массой 133 (0,029 эВ/а.е.м.).
У висмута же получается 7,3 эВ на ион массой 209 (0,035 эВ/а.е.м.). У свинца - ещё больше.

У свинца не больше, у свинца столько же. А уран конечно идеален в плане УИ и КПД, но оседание урана на конструкциях - нерешаемая проблема в принципе. А на свинце-висмуте решаемая, всего то нужен периодический(!) прогрев поверхностей до 500-600 °С. А уран ещё и в двигатель не подашь никак, очень высокая температура плавления и низкое давление паров. Бак придётся раскалять до 1000К или около того, теплоизоляция съест всю выгоду. А у эвтектики свинец-висмут очень низкая температура плавления и теплоизоляция будет минимальная.
Я ж не просто так ткнул пальцем в таблицу Менделеева "уооо свинец", ок? Я оценил в комплексе
Так вот в комплексе, цезий конечно неудачный вариант. Он очень дорогой и годовое производство недостаточное для активной эксплуатации. А УИ слишком высокий.
Фактически, при заданном УИ, например, 1600 секунд, КПД на цезии будет не выше чем на свинце. Даже несмотря на рекордно низкую энергию ионизации. Это как раз потому, что у цезия атом такой лёгкий, слишком лёгкий. И при низком УИ свинец возьмёт больше энергии на ускорение, а цезий меньше. И доля энергии на ионизацию в общих затратах для цезия будет выше.
При высоких УИ (3000+) цезий выйдет вперёд, но высокие УИ нужны только дурачкам всяким, что готовы по полгода пыхтеть до Луны, вместо того чтоб долететь за пару месяцев

[Буцетам]

кроме крайне летучей ртути

Ртуть тоже.

С чего бы? Отогрев поверхностей - абсолютно не проблема. Обмотатлся тоненькой фольгой, под фольгу несколько витков проволоки. Нагрел на пару сотен градусов и подержал...повторил. Ртуть так-то отличный вариант, но йод лучше

[Старый]

Обмотатлся тоненькой фольгой,

Тогда и ртуть не нужна. 

[SONY]

Ртуть тоже. 

SERT-2 на ртути более двадцати лет летал...
Она же в космический вакуум неплохо испаряется. Лужа, конечно, может сохраняться веками, но тончайшая плёнка достаточно быстро испариться.

Как-то их(баки) не заметно на раскладывающихся старлинках.

А что вы там вообще видите?..

У свинца не больше, у свинца столько же.

У свинца 7,4 эВ на ион со средней массой 207 (0,036 эВ/а.е.м.).

А на свинце-висмуте решаемая, всего то нужен периодический(!) прогрев поверхностей до 500-600 °С.

А вы забавный :-) Всего-то нагревать солнечные батареи, объективы оптических приборов и т.д. до шести сотен градусов :-)

А УИ слишком высокий.

УИ какой угодно. Он напряжением питания регулируется.

Даже несмотря на рекордно низкую энергию ионизации. Это как раз потому, что у цезия атом такой лёгкий, слишком лёгкий. И при низком УИ свинец возьмёт больше энергии на ускорение, а цезий меньше. И доля энергии на ионизацию в общих затратах для цезия будет выше.

Я вам специально приводил энергию не только на ион, но и на единицу массы, чтобы вы такими заблуждениями не занимались...

Впрочем, цена иона отнюдь не равна энергии ионизации, а всегда в разы выше. Так что реальные затраты на ионизацию по большому счёту надо экспериментально определять.

[Буцетам]

У свинца не больше, у свинца столько же.

У свинца 7,4 эВ на ион со средней массой 207 (0,036 эВ/а.е.м.).

А вы забавный! 7,4 и 7,3 это как называется, а? Это называется "одно и тоже"   Масса 207 и 209 это тоже называется "одно и то же"...и свинец с висмутом это одно и то же для ЭРД.

А на свинце-висмуте решаемая, всего то нужен периодический(!) прогрев поверхностей до 500-600 °С.

А вы забавный :-) Всего-то нагревать солнечные батареи, объективы оптических приборов и т.д. до шести сотен градусов :-)

Строить надо вокруг двигателя, разумеется. Для больших аппаратов (всякие там тэмы и межорбитальные буксиры на сотни кВт) проблемы вообще нет, двигательный блок выносится на штанге на несколько метров от аппарата и всё.
Для старлинков тоже есть варианты: или штанга, или располагать двигатель с "подветренной стороны", чтобы остаточная атмосфера сдувала облако назад. Ну или делать из солнечных батарей щит, а двигатель размещать с задней стороны щита, по центру. Заднюю сторону отогревать, да

[Буцетам]

Даже несмотря на рекордно низкую энергию ионизации. Это как раз потому, что у цезия атом такой лёгкий, слишком лёгкий. И при низком УИ свинец возьмёт больше энергии на ускорение, а цезий меньше. И доля энергии на ионизацию в общих затратах для цезия будет выше.

Я вам специально приводил энергию не только на ион, но и на единицу массы, чтобы вы такими заблуждениями не занимались...

Смотрю, вы даже не поняли о чём речь? Ну да, не поняли. А речь о том, что даже СПД теряют КПД при низких удельных импульсах <1800сек. Теряют потому что при понижении УИ, на ускорение тратится всё меньше энергии, а затраты на ионизацию не меняются. Вот поэтому доля затрат на ионизацию растёт, КПД падает.
Чем легче атом, тем выше УИ при одной и той же приложенной для разгона энергии. Цезий по атомной массе примерный аналог ксенона, значит граница, от которой КПД начнёт падать, для цезия примерно та же - 1800 секунд. А свинец сильно тяжелее, может без падения КПД забираться ниже, например до 1500 секунд. Так что при 1500-1600сек свинец и висмут выиграют у цезия по КПД.

А УИ слишком высокий.

УИ какой угодно. Он напряжением питания регулируется.

Нет, не какой угодно. Энерговооружённость у всех реальных аппаратов низкая, тяги вечно не хватает. Время перелёта к Луне в 6-12 месяцев это неприемлемо гигантская величина. Для того чтобы прийти к нормальным цифрам, УИ надо снижать а тягу, соответственно, повышать при той же потребляемой мощности.
Из всех типов ЭРД, с нормальным КПД в низкоимпульсном диапазоне может работать только СПД. Но и у него УИ высоковат, надо не 1800-2000сек, а 1500-1600. Вот чтобы опуститься до 1500сек без потери КПД и нужны тяжёлые рабочие тела. Выбор тут невелик: ртуть, таллий, свинец и висмут

[Старый]

SERT-2 на ртути более двадцати лет летал...

В смысле?   Вообще-то он до сих пор летает. 

[Буцетам]

С этой точки зрения куда лучше обеднённый уран: 6,1 эВ на ион массой 238 (0,026 эВ/а.е.м.).

уран конечно идеален в плане УИ и КПД, но оседание урана на конструкциях - нерешаемая проблема в принципе. А уран ещё и в двигатель не подашь никак, очень высокая температура плавления и низкое давление паров. Бак придётся раскалять до 1000К или около того, теплоизоляция съест всю выгоду.

Я, Буцетам, решил проблему подачи! Что уран, что торий можно подавать в виде паров тетрагидробората Th(BH₄)₄ / U(BH₄)₄.
Первый потенциал ионизации у Th и U - 7эВ, у бора - 8эВ, у водорода - 13,5эВ. Можно попробовать настроить СПД так, чтобы пик энергии электронов в плазме был сдвинут вниз и ионизировался преимущественно торий/уран. А можно ничего не делать, пусть ионизируется и улетает всё подряд. В тетрагидроборате 80% массы составляет металл. Этого достаточно чтобы средний УИ бал низким, ниже чем у свинца. Ну а если недостаточно, то конечно ну его...надо брать свинец или ртуть.
А, и СПД должен быть с проводящей стенкой ускорительной камеры, ну либо ДАС. Потому что на стенке отложится торий и сделает её проводящей всё равно

[Антикосмит]

кроме крайне летучей ртути

Ртуть тоже.

С чего бы? Отогрев поверхностей - абсолютно не проблема. Обмотатлся тоненькой фольгой, под фольгу несколько витков проволоки. Нагрел на пару сотен градусов и подержал...повторил. Ртуть так-то отличный вариант, но йод лучше

Ртуть дает амальгамы с кучей металлов. Йод имеет бешеную корродирующую силу: обычная спиртовая настойка йода растворяет золото. Возгонятся ваши йодиды и всё. Шутка.

[Буцетам]

Йод имеет бешеную корродирующую силу:

Йод не бешенно силён, он - лох, толстый слабый окислитель с огромным атомом (пузом). Из-за размеров пуза он даже не может нормально окислить водород, связь до водорода не дотягивается и аш-йод разлагается уже при умеренном нагреве. Энергия "бешенного окисления" йодом водорода - 0,2МДж/кг. А у воды - 14МДж/кг !!!
Что он там растворяет с такой немощью, это большой вопрос...
Жирный, слабый, с электротрицательностью уровня серы, ох и окислитель!

[Антикосмит]

Йод имеет бешеную корродирующую силу:

Йод не бешенно силён, он - лох, толстый слабый окислитель с огромным атомом (пузом). Из-за размеров пуза он даже не может нормально окислить водород, связь до водорода не дотягивается и аш-йод разлагается уже при умеренном нагреве. Энергия "бешенного окисления" йодом водорода - 0,2МДж/кг. А у воды - 14МДж/кг !!!
Что он там растворяет с такой немощью, это большой вопрос...
Жирный, слабый, с электротрицательностью уровня серы, ох и окислитель!

Но золото берет. А фтор не берет.

[cross-track]

Йод имеет бешеную корродирующую силу:

Йод не бешенно силён, он - лох, толстый слабый окислитель с огромным атомом (пузом). Из-за размеров пуза он даже не может нормально окислить водород, связь до водорода не дотягивается и аш-йод разлагается уже при умеренном нагреве. Энергия "бешенного окисления" йодом водорода - 0,2МДж/кг. А у воды - 14МДж/кг !!!
Что он там растворяет с такой немощью, это большой вопрос...
Жирный, слабый, с электротрицательностью уровня серы, ох и окислитель!

Но золото берет. А фтор не берет.

Скорее, берет не золото, а примеси, если они есть в золоте. Чистое золото вряд ли берет. Хотя может и берет; прочитал, что йод используют как один из способов "добычи" золота из использованных радиодеталей и микросхем.