Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[Fakir]

У меня такое подозрение, что вы рассмативаете системы с магнитным удержанием.

Ну в общем-то тормозные потери актуальны что для магнитного, что для инерционного подходов (хоть и несколько в ином виде).
И если для магнитного еще можно хоть теоретически надеяться несколько снизить эти потери (как в хитрых волосовских схемах), то в случае инерциального синтеза они принципиально неустранимы. Единственная радость - что часть рентгена всё же застрянет в мишени, но часть небольшая, и это не улучшит погоды радикально.
Ну, циклотронные потери (гарантированно приканчивающие бор в магнитном случае) у инерциального отсутствует - но это лишь чуть-чуть смягчает приговор. "Адвокат попался хороший, и ему дали не 120 лет тюрьмы, а всего 110 - представляете, как повезло?"
Неизбежно боровый синтез, даже если чудом окажется возможен, будет минимум на порядок хуже гелиевого.

Но для ракет годится только инерционное.

Полагаю, что всё обстоит с точностью до наоборот, но стоит ли здесь и сейчас об этом спорить?

[Fakir]

Если Вы внимательно поизучаете литературу, то увидите, что от идеи поджига мишени электронным пучком все в мире отказались ещё в 70-х годах. Потому, что электронный пучок нельзя сфокусировать на мишени.

Немножко не поэтому, НЯЗ - вернее, иная причина была первопричиной, пардон за каламбур А именно слишком высокая проникающая способность электронов - центральная область мишени преждевременно разогревалась, еще до прихода ударной волны, сжатие получалось ну совершенно уже не адиабатическим...


А фокусирование... оно не всегда и подразумевалось-то в 70-х, а зачастую даже наоборот - не требовалось (вспоминаем первую "Ангару").

Помимо собственно лазера, Вам необходимо организовать очень симметричное сжатие мишени. Поэтому - сферически-симметричное облучение и никаких сильных внешних магнитных полей.

Н-ну... ИМХО, не факт, не очевидно. Давайте посмотрим на наших пинчистов: у них там по определению присутствуют магнитные поля, которые должны быть достаточно заметными - пусть не самого пинча, но от  подводящих линий, да плюс нестационарность - однако я никогда не слышал, чтобы кто-то по этому поводу высказывал хоть какие-то опасения.

P.S. Картинка с NIF - примерный размер лазера

Размер - еще бы полбеды, но вот ресурс...

[Fakir]

Ну вроде я слышал, что до Марса надо месяц лететь на ЯРД. А на ТЯРД  - 3 дня. У ТЯРД тяга больше некуда.

С точностью до наоборот. Как раз тяга не так и велика, и именно по причине высокого УИ.

1. Импульс ЛТЯРД, приводимый в литературе - 1 млн секунд (я считаю это значение завышенным).

Да ушш... Причём в разы, если не на порядок... Интересно, кто это писал, про миллион?

[Иван Моисеев]

У меня такое подозрение, что вы рассмативаете системы с магнитным удержанием.

Ну в общем-то тормозные потери актуальны что для магнитного, что для инерционного подходов (хоть и несколько в ином виде).
И если для магнитного еще можно хоть теоретически надеяться несколько снизить эти потери (как в хитрых волосовских схемах), то в случае инерциального синтеза они принципиально неустранимы. Единственная радость - что часть рентгена всё же застрянет в мишени, но часть небольшая, и это не улучшит погоды радикально.
Ну, циклотронные потери (гарантированно приканчивающие бор в магнитном случае) у инерциального отсутствует - но это лишь чуть-чуть смягчает приговор. "Адвокат попался хороший, и ему дали не 120 лет тюрьмы, а всего 110 - представляете, как повезло?"

Суть сказанного можно отнести к любой ТЯ схеме.

Неизбежно боровый синтез, даже если чудом окажется возможен, будет минимум на порядок хуже гелиевого.

Пока оба варианта - теоретические возможности. А для ракеты боровый вариант как минимум на порядок лучше гелиевого.

Но для ракет годится только инерционное.

Полагаю, что всё обстоит с точностью до наоборот, но стоит ли здесь и сейчас об этом спорить?

Собственно, данная тема именно по таким вопросам. Магнитную схему можно отбрасывать сразу по критерию тяговооруженности.
В принципе, конечно, "медведя можно научить кататься на мотоцикле, но будет ли ему от этого польза, а главное - удовольствие?"

[Иван Моисеев]

1. Импульс ЛТЯРД, приводимый в литературе - 1 млн секунд (я считаю это значение завышенным).

Да ушш... Причём в разы, если не на порядок... Интересно, кто это писал, про миллион?

R. Hide, L. Wood & J. Nuckolls в 1972.
Мое изложение их схемы можно посмотреть здесь:
http://path-2.narod.ru/vp/m_art/p_if.doc
После них многие брали именно 1 млн с.
Я считал диапазон 10е5-10е7 м/с, полагая вариант  10е6 основным.

[Fakir]

Суть сказанного можно отнести к любой ТЯ схеме.

Если сутью считать крайне большие потери на тормозное излучение в случае синтеза протон-бор - то да (ну, за исключением экзотики), разве что с нюансами.
А так... есть принципиальные особенности у магнитного и инерциального - в одном случае добавочные циклотронные потери (минус), в другом - "застревание" (некоторый плюс), но куда большая требуемая циркулирующая мощность и принципиальная невозможность самоподдерживающегося горения (большой минус, очень большой).  

Неизбежно боровый синтез, даже если чудом окажется возможен, будет минимум на порядок хуже гелиевого.

Пока оба варианта - теоретические возможности.

И тем не менее, по базовым, фундаментальным причинам боровый вариант хуже, причём НАМНОГО.

А для ракеты боровый вариант как минимум на порядок лучше гелиевого.

Да почему же?! Чем хорошо при той же массе и большей сложности конструкции иметь в 10-100 раз меньшую мощность?

Собственно, данная тема именно по таким вопросам. Магнитную схему можно отбрасывать сразу по критерию тяговооруженности

.

Да ничего подобного По отношению мощность/масса магнитные будут как минимум не радикально хуже. Ну давайте для совсем грубой оценки сравним NIF и JET, скажем

А самое главное - какой лазерный драйвер обеспечит должный ресурс работы?! Годы и годы в случае межзвёздного зонда, причём непрерывной работы!!!
KrF - пока что тоже никак не позволяет на это надеяться, что уж говорить о стекле.

[Иван Моисеев]

Суть сказанного можно отнести к любой ТЯ схеме.

Если сутью считать крайне большие потери на тормозное излучение в случае синтеза протон-бор - то да (ну, за исключением экзотики), разве что с нюансами.

Суть там была в далеко не полном перечне сложностей. По такой логике - у ЖРД крайне большой расход массы и гигантские проблемы с охлаждением (тоже далеко не полный перечень сложностей). Но - летают, однако.

И тем не менее, по базовым, фундаментальным причинам боровый вариант хуже, причём НАМНОГО.

По каким критериям хуже? Если смотреть систему в целом - сложности работы с бором могут быть перекрыты общим выигрышем. Опять же по аналогии - с криогенными топливами работать весьма сложно, но они широко используются.

А для ракеты боровый вариант как минимум на порядок лучше гелиевого.

Да почему же?! Чем хорошо при той же массе и большей сложности конструкции иметь в 10-100 раз меньшую мощность?

Непонятно, откуда такое падение мощности. И какой именно мощности?

Да ничего подобного По отношению мощность/масса магнитные будут как минимум не радикально хуже. Ну давайте для совсем грубой оценки сравним NIF и JET, скажем

Совсем грубая оценка, даже просто по фотографиям экспериментальных установок, сразу же закрывает вариант использования магнитного удержания для ракет. Расчеты эту оценку только усиливают.

А самое главное - какой лазерный драйвер обеспечит должный ресурс работы?! Годы и годы в случае межзвёздного зонда, причём непрерывной работы!!!
KrF - пока что тоже никак не позволяет на это надеяться, что уж говорить о стекле.

Стекло выбрасывается сразу, по тем же основаниям, что и магнитное удержание. Что касается ресурса - пока речь идет об экспериментальных установках, о нем просто не задумываются. В целом, ресурс - задача второго порядка по сравнению с задачей собственно поджига. И в любом случае проблема ресурса не относится к числу принципиально нерешаемых.

[Fakir]

По каким критериям хуже? Если смотреть систему в целом - сложности работы с бором могут быть перекрыты общим выигрышем. Опять же по аналогии - с криогенными топливами работать весьма сложно, но они широко используются.

Ну покажите же хоть какое-нибудь преимущество бора!
За исключением доступности топлива (которое, кстати, тоже относительно - не любой изотоп бора пригоден).

Непонятно, откуда такое падение мощности. И какой именно мощности?

Мощности в синтезе, вестимо.

Совсем грубая оценка, даже просто по фотографиям экспериментальных установок, сразу же закрывает вариант использования магнитного удержания для ракет.

С точностью до наоборот
Смотрим на JET (еще лучше - на что-нибудь типа MFTF), потом переводим глаза на NIF... грустим.

Стекло выбрасывается сразу, по тем же основаниям, что и магнитное удержание. Что касается ресурса - пока речь идет об экспериментальных установках, о нем просто не задумываются. В целом, ресурс - задача второго порядка по сравнению с задачей собственно поджига. И в любом случае проблема ресурса не относится к числу принципиально нерешаемых.

А вот это - бог его знает.

[Иван Моисеев]

По каким критериям хуже? Если смотреть систему в целом - сложности работы с бором могут быть перекрыты общим выигрышем. Опять же по аналогии - с криогенными топливами работать весьма сложно, но они широко используются.

Ну покажите же хоть какое-нибудь преимущество бора!
За исключением доступности топлива (которое, кстати, тоже относительно - не любой изотоп бора пригоден).

Баки не нужны.
В природном боре нужного изотопа - 80%. Разделение изотопов бора - давно отработанный процесс (правда, народ больше интересует неправильный изотоп, так что нужный изотоп - отходы соответствующего производства).

Непонятно, откуда такое падение мощности. И какой именно мощности?

Мощности в синтезе, вестимо.

Для ракеты важны скорость истечения и расход массы. Мощность синтеза влияет на эти характеристики опосредственно, в зависимости от рабочего процесса и кострукции.
Собствено сама реакция дает 18/5 мэва на нуклон для He3 и 8/12 мэва на нуклон для бора. Непонятно, откуда разница в 10-100 раз.    

Совсем грубая оценка, даже просто по фотографиям экспериментальных установок, сразу же закрывает вариант использования магнитного удержания для ракет.

С точностью до наоборот
Смотрим на JET (еще лучше - на что-нибудь типа MFTF), потом переводим глаза на NIF... грустим.

Смотреть унутре надо. Выкидываем из NIFа, то, что для ракеты не нужно - и получаем вполне приемлемую конструкцию. А из токамака уже ничего и не выкинешь.  А главное - масштабирование. Масса токомака растет как куб мощности, а инерциального реактора - медленнее, немного больше, чем линейно. Если еще и вопросы охлаждения вспомнить - даже и считать не надо.  

А вот это - бог его знает.

Бог не знает - в виду наличия отсутствия.

[Fakir]

Про поля - нехорошо, потому что нарушается симметрия сжатия. Плюс, и это более существенно, в плазме с магнитным полем появляются дополнительные виды неустойчивостей, не хватало ещё и с ними борьбу устраивать.

Нну наши любимые неустойчивости там вряд ли актуальны - процессы импульсные, времена другие, они и развиться-то не успеют.
Напротив: поскольку одна из ключевых проблемок у мишенщиков - рэлей-тейлоровская неустойчивость, а она как раз магнитным полем давится (ну то есть граница-то устойчивости не смещается, но инкремент падает).

Но про главное я забыл сказать. Зажигание мишеней просчитано для DT смеси, а это не тот вариант, который желает почтеннейшая публика. При этом, в зависимости от оптимизма, коэффициент усиления мишени получается от 100 до 500. Если брать хотя бы чистый дейтерий - то есть подозрение, что просто ничего не выйдет; и сечение реакции меньше,

Навскидку кажется что просто габариты мишени должны увеличиться - теорема Харитона, однако. Правда, вполне может быть, что увеличатся они совершенно чудовищно

 

Про экзотику с гелием-3 и бором-11 можно просто забыть в этом контексте - там совсем нелазерные температуры.

Мнэ-э... в каком смысле - "нелазерные температуры"?
Температура в центре мишени - зависит от обжатия, от его качества, так скз, я ни разу не слышал, чтобы здесь были какие-либо принципиальные ограничения.

[gans3]

Про терраформированию Венеры мне приходилось читать проекты с расчетами, по Марсу - нет. И я не об одном таком проекте не слышал. А в целом - терраформирование Марса относится к разряду нереализуемых простой оценкой без рассчетов.
Появится проект - можно будет сравнивать и оценивать предметно.

Вот и  сравните
http://tung-sten.no-ip.com/Texts/Thoughts/Mars.Climate.htm
"глобальное преобразование атмосферы Марса саморазмножающимися "заводами" по производству кислорода в принципе возможно и может быть завершено за несколько сотен лет. Необходимый для этого уровень технического развития не сильно опережает сегодняшний."
(там кстати и оценки доставки ТНО до Марса есть)

[Chilik]

Если мы возьмём и поглядим на открытые ловушки - то увидим, что существенную долю потерь (при умной геометрии поля - вообще львиную) составляют продольные потери, которые в случае движка непосредственно и конвертируются в тягу.
На земле эти потери в чистом виде убыток, нам электричество нужно -а для движка напротив, такие потери суть цель работы; если при этом вырабатывается электрическая мощность, достаточная для замыкания всей энергетики процесса (а она в принципе может быть и не очень велика) - то потери нам совершенно не страшны, а даже и желательны - сводим баланс к Q=1 и радуемся жизни.

По открытым ловушкам есть проблема замагниченности плазмы, и как достаточно плотный поток оторвать от силовой линии - никто не знает.
Большая рециркулирующая (слово "реактивная" в этом форуме имеет другой смысл ) мощность тоже плохо: лишние теплообменники "там" не нужны.

P.S. Трупик MFTF-B не поминайте всуе. Хотя да, жалко машинку, поиграть никому не дали. Зато TFTR и D3D построили, причём последним занималась как раз ливерморская команда, если склероз не подводит.

[Chilik]

... слишком высокая проникающая способность электронов - центральная область мишени преждевременно разогревалась, еще до прихода ударной волны, сжатие получалось ну совершенно уже не адиабатическим...
А фокусирование... оно не всегда и подразумевалось-то в 70-х, а зачастую даже наоборот - не требовалось (вспоминаем первую "Ангару").
...
Давайте посмотрим на наших пинчистов: у них там по определению присутствуют магнитные поля ... однако я никогда не слышал, чтобы кто-то по этому поводу высказывал хоть какие-то опасения.

Большой пробег важен, несомненно. Но его важность появилась ровно тогда, когда от первых нульмерных оценок с цифрой 10 кДж в драйвере перешли к более адекватным оценкам.
С фокусировкой история подобная: сначала говорили что-то типа "пустим по нейтрализующей плазме", потом выяснились все тонкости пучково-плазменного взаимодействия, которое разрушает пучок.
Ну, а Ангара-1 - не показатель. Там и параметров-то серьёзных не было. Естественно, "серьёзных" - по отношению к нынешнему пониманию и требованиям конечного результата.
Что касается Z-пинчей, то ведь у них и никогда не заявлялось о принципиальной возможности получения термоядерных температур в непосредственно пинче. Максимум мечтаний - 220-250 эВ чернотельного света. Кстати, тут скоро ожидаются серьёзные новости - на модифицированной Z-R в Сандии получили уже 26 МА (новость от прошлой недели, человек приехал из Китая с BEAMS-2008), хотя есть у них пока нестыковка ожиданий с экспериментом.

[Chilik]

Нну наши любимые неустойчивости там вряд ли актуальны - процессы импульсные, времена другие, они и развиться-то не успеют.
Напротив: поскольку одна из ключевых проблемок у мишенщиков - рэлей-тейлоровская неустойчивость, а она как раз магнитным полем давится (ну то есть граница-то устойчивости не смещается, но инкремент падает).
...
Навскидку кажется что просто габариты мишени должны увеличиться - теорема Харитона, однако. Правда, вполне может быть, что увеличатся они совершенно чудовищно
...
Мнэ-э... в каком смысле - "нелазерные температуры"?
Температура в центре мишени - зависит от обжатия, от его качества, так скз, я ни разу не слышал, чтобы здесь были какие-либо принципиальные ограничения.

А там может образоваться какая-нибудь бяка на резонансных частотах где-нибудь в редкой короне. Сопровождающаяся порчей пучка, генерацией быстрых частиц и пр. Собственно, предыдущие две фразы написаны "по ощущениям", и на отруб ничего существенного не дам. Но как-то так кажется весьма вероятным. Так что лучше - ну его нафиг.
Про Р-Т единственно откомментирую, что вдоль поля ничего влиять не должно, а для сферы где-то это "вдоль поля" обязательно получится.
"Теорема Харитона" - дык, естественно, что если мы от "в принципе можно получить зажигание" уйдём по размерам и стоимости в область "ну это уж совсем сказки", то можно и DD рассматривать Ровно то же, только в более сильной степени отнесу к альтернативным топливам.
Принципиальных ограничений, возможно, и нет, но вот попробуйте в "ракетном" разделе предложить химический двигатель с давлением в камере 10000 ати для поднятия УИ - много нового о себе услышите. А вот про плазму сочинять, похоже, можно всё.

[Chilik]

Вопрос уважаемым строителям термоядерных звездолётов.
В этой ветке неоднократно писали, что УИ т/я двигателя слишком мал. Вопрос, собственно, относится к тому, как именно считается этот УИ. Простых вариантов три:
1. Тупо берём энерговыделение в одном акте реакции и считаем, что именно эти первичные частицы и улетели.
2. Не менее тупо берём температуру плазмы, соответствующую максимальной скорости реакции сигма-вэ и считаем УИ по средней тепловой скорости частиц.
3. Считаем УИ по средней температуре того, что уходит из зоны горения (скажем, в инерциальном синтезе в горении участвует только небольшая доля массы мишени, в которой есть и совсем "негорючие" материалы типа какого-нибудь золота в слое-пушере).
Так как?

[Иван]

Виноват, в нулях запутался (считаю в СИ и секунды меня вечно сбивают).
Соответственно:
I (ТФ ЯРД) = 800 с -> 8000 м/с
I (ГФ ЯРД) = 2000 с -> 20000 м/с

M0 =  exp(V/w)*Mk, для Мк = 1 т :
ТФ ЯРД -> M0 =   7,2 * 10E 162 т
ГФ ЯРД -> M0 =   1,4 * 10E 65 т.

"Если повар нам не врет".

Импульс газофазника я взял отсюда:
http://engine.avias.com/issues/05/page41.html

Т.о. ГФЯРД уже на стадии эскизной проработки вполне работоспособная конструкция, способная обеспечить не только высокий импульс, и достаточное ускорение, в пределах g и более.
Это очень существенно.
Далее.
Вполне допустимо повышение температуры и увеличение импулься для МП.
И еще одна возможность. (Подсмотрена мною у Андерсена :oops: ).

При температуре более 5000-10000 гр. рабочее тело будет находится в состоянии плазмы. Очень плотной.
Плазму можно доускорить, направив в ускоритель прямого действия до, порядка, 10-100 Мэв.
(Понятно, что попав в ускоряющий промежуток, из плазмы будут выметены электроны и отрицательные ионы, при соответствующей полярности на электродах).

Получится своеобразный гиперионный двигатель.

[Иван Моисеев]

Про терраформированию Венеры мне приходилось читать проекты с расчетами, по Марсу - нет. И я не об одном таком проекте не слышал. А в целом - терраформирование Марса относится к разряду нереализуемых простой оценкой без рассчетов.
Появится проект - можно будет сравнивать и оценивать предметно.

Уж как-то ну очень безаппеляционно. Разве что оригинально. Ни разу еще не встречал человека, который бы считал терраформирование Венеры более легким делом, чем терраформирование Марса.

Я тоже не встречал, но читать их работы приходилось.
А из самых общих соображение - отрезать что-либо (избыток газов, тепло) - много проще, чем пришить (привезти атмосферу и добыть энергию).

Чем Вам не нравится план Зубрина - по-моему гораздо менее энергозатратный, чем любой план терраформирования Венеры. Одна раскрутка ее уже за пределами представлений о будущих технологиях. У Марса вообще приницпиальных проблем нет. Чисто вопрос времени. Что там может быть "нереализуемым"?

То, что я читал по проекту Зубрина, характеризуется вниманием к отдельным деталям и полным игнорированием общего энергетического балланса проекта. А моя оценка этого балланса - резко отрицательная.

[Иван Моисеев]

Про терраформированию Венеры мне приходилось читать проекты с расчетами, по Марсу - нет. И я не об одном таком проекте не слышал. А в целом - терраформирование Марса относится к разряду нереализуемых простой оценкой без рассчетов.
Появится проект - можно будет сравнивать и оценивать предметно.

Вот и  сравните
http://tung-sten.no-ip.com/Texts/Thoughts/Mars.Climate.htm
"глобальное преобразование атмосферы Марса саморазмножающимися "заводами" по производству кислорода в принципе возможно и может быть завершено за несколько сотен лет. Необходимый для этого уровень технического развития не сильно опережает сегодняшний."
(там кстати и оценки доставки ТНО до Марса есть)

Я не нашел имени автора материала, а это означает, что я никак ее не могу использовать. От просмотра по диагонали создалось впечатление, что статья сформирована из утверждений, аналогичных процитированному. То есть для решения задачи привлекаются методы, сами по себе требующие обоснований реальности.
И, повторюсь, начинать надо с общего энергетического балланса.

[gans3]

Про терраформированию Венеры мне приходилось читать проекты с расчетами, по Марсу - нет. И я не об одном таком проекте не слышал. А в целом - терраформирование Марса относится к разряду нереализуемых простой оценкой без рассчетов.
Появится проект - можно будет сравнивать и оценивать предметно.

Вот и  сравните
http://tung-sten.no-ip.com/Texts/Thoughts/Mars.Climate.htm
"глобальное преобразование атмосферы Марса саморазмножающимися "заводами" по производству кислорода в принципе возможно и может быть завершено за несколько сотен лет. Необходимый для этого уровень технического развития не сильно опережает сегодняшний."
(там кстати и оценки доставки ТНО до Марса есть)

Я не нашел имени автора материала, а это означает, что я никак ее не могу использовать. От просмотра по диагонали создалось впечатление, что статья сформирована из утверждений, аналогичных процитированному. То есть для решения задачи привлекаются методы, сами по себе требующие обоснований реальности.
И, повторюсь, начинать надо с общего энергетического балланса.

Вы меня снова разочаровываете, как с отключением картинок:-)
Убираете "хвостик" у ссылки и читаете:
http://tung-sten.no-ip.com/

"Права на все тексты и фотографии этого сайта принадлежат Евгению Бобуху (если не оговорено иначе). Вот здесь написано, что с этими материалами делать можно, а что нельзя. Вряд ли Вас постигнет судебная или божественная кара за нарушение этих ограничений, но, я, по крайней мере, сильно обижусь."

[Иван Моисеев]

Вопрос уважаемым строителям термоядерных звездолётов.
В этой ветке неоднократно писали, что УИ т/я двигателя слишком мал.

Что-то не припоминаю. В любом случае УИ т/я двигателя максимален из реальных ракетных вариантов. Больше только у аннигиляционных.

Вопрос, собственно, относится к тому, как именно считается этот УИ. Простых вариантов три:
1. Тупо берём энерговыделение в одном акте реакции и считаем, что именно эти первичные частицы и улетели.
2. Не менее тупо берём температуру плазмы, соответствующую максимальной скорости реакции сигма-вэ и считаем УИ по средней тепловой скорости частиц.
3. Считаем УИ по средней температуре того, что уходит из зоны горения (скажем, в инерциальном синтезе в горении участвует только небольшая доля массы мишени, в которой есть и совсем "негорючие" материалы типа какого-нибудь золота в слое-пушере).
Так как?

Разные авторы считают по разному, исходя из своих задач. Я встречал варианты, близкие к первым двум. По третьему непонятно, что считать средней температурой. По моим представлениям выхлоп состоит из нескольких фракций с разной характерной температурой.