Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[КотКот]

"Защитный " патент http://ru-patent.info/21/65-69/2166464.html

[Иван Моисеев]

Шутки шутками, а в National Ignition Facility добрались до 1 Мдж в импульсе. 1 Мдж считается  достаточным для поджига термояда.
Что к концу года собираются и сделать.
Подробности:
http://www.3dnews.ru/news/moshneishii_lazernii_vistrel_priblizhaet_vremya_termoyadernoi_energetiki

Там на фото кран КС тащит. Если ее пополам разрезать, лишнее убрать, соленоиды добавить - готовая КС для ЛТЯРД.

И еще любопытная фраза из статьи:
"[достигнутая мощность в] 500 раз превышает [мощность,] потребляемую США."
Это к тому, что при рассмотрении энергетических характеристик РД не стоит ориентироваться на привычные масштабы.

[Chilik]

Шутки шутками, а в National Ignition Facility добрались до 1 Мдж в импульсе. 1 Мдж считается  достаточным для поджига термояда. Что к концу года собираются и сделать....
Там на фото кран КС тащит. Если ее пополам разрезать, лишнее убрать, соленоиды добавить - готовая КС для ЛТЯРД...
И еще любопытная фраза из статьи:
"[достигнутая мощность в] 500 раз превышает [мощность,] потребляемую США."
Это к тому, что при рассмотрении энергетических характеристик РД не стоит ориентироваться на привычные масштабы.

1. Мегаджоуль на третьей гармонике в лазерном луче у них был ещё в прошлом марте. А на первой вроде бы штатные 1.8 МДж. Тут речь, видимо, про эксперименты с мишенью. По декабрьским данным уже работали 0.5 МДж на мишень, получена температура излучения 265 эВ в хольрауме, что весьма впечатляет. Хотя упражнения с хольраумом - это приложения для товарища майора, энергетическую систему на этом сделать непонятно как.
2. Кроме половинки камеры, ещё и всё остальное требуется. А крыша у NIFа, напомню, имеет размер трёх футбольных полей и там внутри не пусто. Тут интереснее смотреть не на NIF, а на их новый проект LIFE. Пока только картинки, но учтены все достижения лазерной техники и физики мишеней, так что лазер стал много компактнее и частотным. Но всё равно хрень здоровенная.
3. Про "в 500 раз..." - это они среднестатистического Джона пусть охмуряют. Хоть это и правда. Но в течение нескольких наносекунд. А средняя - близка к нулю.

Если любопытно, то 6-МБ презентация по NIF за декабрь:
http://fire.pppl.gov/fpa09_NIF_status_Moses.pdf

[Иван Моисеев]

Шутки шутками, а в National Ignition Facility добрались до 1 Мдж в импульсе. 1 Мдж считается  достаточным для поджига термояда. Что к концу года собираются и сделать....
Там на фото кран КС тащит. Если ее пополам разрезать, лишнее убрать, соленоиды добавить - готовая КС для ЛТЯРД...
И еще любопытная фраза из статьи:
"[достигнутая мощность в] 500 раз превышает [мощность,] потребляемую США."
Это к тому, что при рассмотрении энергетических характеристик РД не стоит ориентироваться на привычные масштабы.

1. Мегаджоуль на третьей гармонике в лазерном луче у них был ещё в прошлом марте. А на первой вроде бы штатные 1.8 МДж. Тут речь, видимо, про эксперименты с мишенью. По декабрьским данным уже работали 0.5 МДж на мишень, получена температура излучения 265 эВ в хольрауме, что весьма впечатляет. Хотя упражнения с хольраумом - это приложения для товарища майора, энергетическую систему на этом сделать непонятно как.
2. Кроме половинки камеры, ещё и всё остальное требуется. А крыша у NIFа, напомню, имеет размер трёх футбольных полей и там внутри не пусто. Тут интереснее смотреть не на NIF, а на их новый проект LIFE. Пока только картинки, но учтены все достижения лазерной техники и физики мишеней, так что лазер стал много компактнее и частотным. Но всё равно хрень здоровенная.
3. Про "в 500 раз..." - это они среднестатистического Джона пусть охмуряют. Хоть это и правда. Но в течение нескольких наносекунд. А средняя - близка к нулю.

Если любопытно, то 6-МБ презентация по NIF за декабрь:
http://fire.pppl.gov/fpa09_NIF_status_Moses.pdf

"упражнения с хольраумом" - так не все ж сразу... Кроме того, для применений рассматриваемых в этом топике, по расчетам выгодно нагрузить мишень рабочим телом. Так что здесь можно и поиграть.

Насчет трех футбольных полей - у вас есть опасения, что они в космосе не поместятся?

Спасибо за презентацию.

[КотКот]

Насчет трех футбольных полей - у вас есть опасения, что они в космосе не поместятся?

Так тогда галактоход для переселенцев сразу получится.....

[zyxman]

Насчет трех футбольных полей - у вас есть опасения, что они в космосе не поместятся?

Так это ж только сами лазеры + по всей видимости накопитель, а энергия подводится извне, причем исключительно высокого качества.
То есть грубо говоря пока эквивалент этого была-бы не "три футбольные поля" а небольшая страна и к ней присоединены эти самые "три футбольные поля"

PS мне всегда нравилось их название - в прямом переводе что-то вроде "место где зажигают не по детски" :lol:

PPS а еще в презентации классная фотка, где куча народу смотрит вроде на Шварцнеггера толкающего речь - прямо судный день :lol:

А вот кстати инфа из википедии про лазеры:

The light from the Master Oscillator is split and directed into 48 Preamplifier Modules (PAMs). The PAMs pass the light four times through a circuit containing a neodymium glass amplifier similar to (but much smaller than) the ones used in the main beamlines, boosting the nanojoules of light created in the Master Oscillator to about 6 joules.

Свет из главного генератора делится на 48 потоков и направляется в 48 предусилительных модулей.

The main amplification takes place in a series of glass amplifiers located at one end of the beamlines. Before "firing", the amplifiers are first optically pumped by a total of 7,680 xenon flash lamps (the PAMs have their own smaller flash lamps as well). The lamps are powered by a capacitor bank which stores a total of 400 megajoules (MJ) of electrical energy.

Главное усиление производится в стеклянных усилителях, которые перед "выстрелом" накачиваются 7680 ксеноновыми лампами.
Лампы питаются батареей конденсаторов общей емкостью 400 МегаДжоулей.

One of the last steps in the process before reaching the target chamber is to convert the infrared light at 1053 nm into the ultraviolet (UV) at 351 nm in a device known as a frequency converter

В одном из последних шагов свет преобразуется из инфракрасного в ультрафиолетовый в преобразователе частоты.

The conversion process is about 50% efficient, reducing delivered energy to a nominal 1.8 MJ.

Преобразование частоты имеет КПД около 50%, что дает на выходе 1.8МегаДжоуля.

One important aspect of any ICF research project is ensuring that experiments can actually be carried out on a timely basis. Previous devices generally had to cool down for hours to allow the flashlamps and laser glass to regain their shapes after firing (due to thermal expansion), limiting use to one or fewer firings a day. One of the goals for NIF is to reduce this time to 5 hours, in order to allow 700 firings a year.

Для ICF важно чтобы эксперименты могли проводися часто.
Предыдущие установки охлаждались между экспериментами часами, чтобы дать лампам накачки и телам лазеров вернуть форму после выстрела (от нагрева), что приводило к ограничению количества экспериментов одним в день и даже меньше.
Одна из целей NIF в том чтобы уменьшить время охлаждения до 5 часов, что позволяет 700 экспериментов в год.

Там-же где-то писалось что максимальная рассчитанная энергия взрыва мишени 100МДж (но сама установка рассчитана на 45МДж, что есть эквивалент 11Кг тротила), а первоначально ожидается около 20МДж.

И еще говорят что хотя сейчас установка уже вышла на полную мощность, но полноценные эксперименты начнут проводить в мае, когда оснастят реакционную камеру защитой от нейтронов.

http://en.wikipedia.org/wiki/National_Ignition_Facility

Выходит, что если установку тупо смасштабировать в примерно в миллион раз (3600*5*20 = 360000), то как раз и получится предполагаемые для электростанции 20 событий в секунду.
Правда вероятно, что более эффективно будет сделать инерциальный синтез с зажиганием не лазером а заряженными частицами из ускорителя, тк КПД ускорителя намного выше, но там тоже своих проблем хватает, так что тоже будет нескоро.

[Иван Моисеев]

Амеры в начале 90-х предлагали капельные, пылевые. Сейчас я увидел тоже предложение у Коротеева.
(Где-то у меня была старая статья по этим радиаторам - найду - выложу на сайт).

Готово:
http://path-2.narod.ru/02/03/list.htm
№10.

[КотКот]

С энергией особых проблем вроде нет - Накольс и др. предложили отбирать энергию из КС соленоидами, за счет изменения напряженности маг.поля при взрыве мишени.
А по размерам самый большой элемент - это радиаторы.
Амеры в начале 90-х предлагали капельные, пылевые. Сейчас я увидел тоже предложение у Коротеева.
(Где-то у меня была старая статья по этим радиаторам - найду - выложу на сайт).
Еще вариант - тепловые трубки.

А термопары? И наконец, утилькотлы.....

[Иван Моисеев]

С энергией особых проблем вроде нет - Накольс и др. предложили отбирать энергию из КС соленоидами, за счет изменения напряженности маг.поля при взрыве мишени.
А по размерам самый большой элемент - это радиаторы.
Амеры в начале 90-х предлагали капельные, пылевые. Сейчас я увидел тоже предложение у Коротеева.
(Где-то у меня была старая статья по этим радиаторам - найду - выложу на сайт).
Еще вариант - тепловые трубки.

А термопары? И наконец, утилькотлы.....

Термопары для столь больших мощностей не годятся - кВт/кг большие.
Утилькотлы - не слышал, это что-то флотское. Если это тепловые насосы - то таких много нужно, но котлы/насосы - это не радиаторы.

[zyxman]

С энергией особых проблем вроде нет - Накольс и др. предложили отбирать энергию из КС соленоидами, за счет изменения напряженности маг.поля при взрыве мишени.

Для этого нужно вначале "укротить" реакцию с малым количеством нейтронов, а мы пока еще даже D-T не сделали.
А на D-T там будет бланкет, однозначно какая-то тепловая машина и радиохимия..

А по размерам самый большой элемент - это радиаторы.
Амеры в начале 90-х предлагали капельные, пылевые. Сейчас я увидел тоже предложение у Коротеева.
(Где-то у меня была старая статья по этим радиаторам - найду - выложу на сайт).
Еще вариант - тепловые трубки.

Капельные, говорят, даже в космос уже летали, правда только в виде экспериментальной установки.
А тепловые трубки не решают проблему радиатора, а просто облегчают передачу тепла от охлаждаемого элемента к радиатору, за счет того что в тепловой трубке достигается очень высокая теплопередача на единицу площади.

А термопары? И наконец, утилькотлы.....

Термопары, которые уже есть, имеют крайне низкий КПД, а что такое утилькотлы я не в курсе.

Вообще интересно что никто в самом деле не подошел к вопросу систематически - ведь проблему именно нагрева лазеров можно решать многими путями - либо усилить теплоотвод, либо уменьшить нагрев увеличением КПД (например, использовать для накачки светодиоды), либо сделать лазер работающим при повышенной температуре.
Понятно что каждый подход имеет свои ограничения, но в комплексе они дадут намного больше чем только один метод, хотя все равно я не верю что используя все доступные сейчас средства, можно добиться более чем 1000-кратного укорочения цикла, а надо еще 1000 крат, так что лазерного синтеза прийдется ждать еще лет 50-100.

[КотКот]

Итак, со стороны двигателя (корма) у нас 3000К, со стороны носа --- 600К.
По циклу Карно это дает КПД (3000-600)/3000 = 0.80.
Теперь надо подобрать теплоноситель. НО газовые турбины имеют малый моторесурс --- 1000 часов. Может тогда МГД-генератор.
Используя эту энергию, мы резко уменьшим необходимую площадь радиаторов, а этот параметр кретичен по отношению к общей массе корабля...
http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00044/44500.htm
По крайней мере даже изяъятие 50% энергии , что умеьшит массу корабля и  что увеличит ускорение корабля, уменьшив время разгона.

[Иван Моисеев]

С энергией особых проблем вроде нет - Накольс и др. предложили отбирать энергию из КС соленоидами, за счет изменения напряженности маг.поля при взрыве мишени.

Для этого нужно вначале "укротить" реакцию с малым количеством нейтронов, а мы пока еще даже D-T не сделали.
А на D-T там будет бланкет, однозначно какая-то тепловая машина и радиохимия..

«однозначно» - это надо как-то обосновывать. Не факт.
Однозначно тритий не пойдет как запасаемое горючее.
Во-первых, продукт скоропортящийся;
Во-вторых, много тепла выделяет при хранении.
Эти ограничения можно обойти производя тритий на борту.
 

Капельные, говорят, даже в космос уже летали, правда только в виде экспериментальной установки.

Летали. На Мире. Внутре. Не очень интересно – из всего спектра вопросов можно было смотреть только влияние невесомости.

А тепловые трубки не решают проблему радиатора, а просто облегчают передачу тепла от охлаждаемого элемента к радиатору, за счет того что в тепловой трубке достигается очень высокая теплопередача на единицу площади.

Сама тепловая трубка и есть радиатор – с постоянной температурой по длине. Этим-то она и хороша.

Вообще интересно что никто в самом деле не подошел к вопросу систематически - ведь проблему именно нагрева лазеров можно решать многими путями - либо усилить теплоотвод, либо уменьшить нагрев увеличением КПД (например, использовать для накачки светодиоды), либо сделать лазер работающим при повышенной температуре.

Систематически – это значит смотреть на все влияющие факторы, не только на лазеры. А с КПД просто – ставишь вместо него букву «ню».

[Иван Моисеев]

Итак, со стороны двигателя (корма) у нас 3000К, со стороны носа --- 600К.
По циклу Карно это дает КПД (3000-600)/3000 = 0.80.
Теперь надо подобрать теплоноситель. НО газовые турбины имеют малый моторесурс --- 1000 часов. Может тогда МГД-генератор.
Используя эту энергию, мы резко уменьшим необходимую площадь радиаторов, а этот параметр кретичен по отношению к общей массе корабля...
http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00044/44500.htm
По крайней мере даже изяъятие 50% энергии , что умеьшит массу корабля и  что увеличит ускорение корабля, уменьшив время разгона.

Смотрите на жизнь проще.
Корабль - замкнутая система с источником энергии внутре.
Часть энергии уносится с реактивной струей. Всю остальную энергию надо как-то выкидывать в пространство - что бы вы внутре с ней не делали.

[КотКот]

Итак, со стороны двигателя (корма) у нас 3000К, со стороны носа --- 600К.
По циклу Карно это дает КПД (3000-600)/3000 = 0.80.
Теперь надо подобрать теплоноситель. НО газовые турбины имеют малый моторесурс --- 1000 часов. Может тогда МГД-генератор.
Используя эту энергию, мы резко уменьшим необходимую площадь радиаторов, а этот параметр кретичен по отношению к общей массе корабля...
http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00044/44500.htm
По крайней мере даже изяъятие 50% энергии , что умеьшит массу корабля и  что увеличит ускорение корабля, уменьшив время разгона.

Смотрите на жизнь проще.
Корабль - замкнутая система с источником энергии внутре.
Часть энергии уносится с реактивной струей. Всю остальную энергию надо как-то выкидывать в пространство - что бы вы внутре с ней не делали.

Энтропия, что ей пусто было. Кстати, при анализе Звездолета типа "Феникс" оказывается, что главную его массу после разгона составляет Противометеоритный Щит, который для расстояния 50 св.лет  оказывается с массой, сравнимой с массой 2 ступени (240 000 тон), а если мы используем для торможения Парус Зубрина, то вообще оказывается определяющим.
Однако приближенный расчет, принятие массы паруса Зубрина 20000 тон (при массе п.н корабля 17000 тон) уменьшает начальную массу корабля с 10 до 9 млн тон. Мелочь, а приятно....
Тоесть после двигателя главной проблемой оказывается ПРОТИВОМЕТЕОРИТНЫЙ ЩИТ.

[Иван Моисеев]

Итак, со стороны двигателя (корма) у нас 3000К, со стороны носа --- 600К.
По циклу Карно это дает КПД (3000-600)/3000 = 0.80.
Теперь надо подобрать теплоноситель. НО газовые турбины имеют малый моторесурс --- 1000 часов. Может тогда МГД-генератор.
Используя эту энергию, мы резко уменьшим необходимую площадь радиаторов, а этот параметр кретичен по отношению к общей массе корабля...
http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00044/44500.htm
По крайней мере даже изяъятие 50% энергии , что умеьшит массу корабля и  что увеличит ускорение корабля, уменьшив время разгона.

Смотрите на жизнь проще.
Корабль - замкнутая система с источником энергии внутре.
Часть энергии уносится с реактивной струей. Всю остальную энергию надо как-то выкидывать в пространство - что бы вы внутре с ней не делали.

Энтропия, что ей пусто было. Кстати, при анализе Звездолета типа "Феникс" оказывается, что главную его массу после разгона составляет Противометеоритный Щит, который для расстояния 50 св.лет  оказывается с массой, сравнимой с массой 2 ступени, а если мы используем для торможения Парус Зубрина, то вообще оказывается определяющим.

Откуда взяться метеоритам в межзвездном пространстве?
Какие у вас характеристики щита?

[КотКот]

Щит мы считаем по Ивану Корзникову
http://go2starss.narod.ru/pub/E009_RMP.html
Других обоснованных расчетов не видели.
В Астрофоруме при обсуждении "Межзвездной войны" в  плане атаки межзвездным торпедами 0.1С получается, что они сгорят в атмосфере, по крайней мере на высоте 30-40 км....

[Иван Моисеев]

Щит мы считаем по Ивану Корзникову
http://go2starss.narod.ru/pub/E009_RMP.html
Других обоснованных расчетов не видели.
В Астрофоруме при обсуждении "Межзвездной войны" в  плане атаки межзвездным торпедами 0.1С получается, что они сгорят в атмосфере, по крайней мере на высоте 30-40 км....

"Не верю". "Проверять надо".
На Дедале 8 мм Be, насколько я помню. Межзвездная пыль - это слипшиеся 2-3 молекул на 100 атомов Н.
Похоже Корзников для драматизму перенасытил межзвездную среду.
Но это так, на вскидку. "Проверять надо".

[zyxman]

С энергией особых проблем вроде нет - Накольс и др. предложили отбирать энергию из КС соленоидами, за счет изменения напряженности маг.поля при взрыве мишени.

Для этого нужно вначале "укротить" реакцию с малым количеством нейтронов, а мы пока еще даже D-T не сделали.
А на D-T там будет бланкет, однозначно какая-то тепловая машина и радиохимия..

«однозначно» - это надо как-то обосновывать. Не факт.
Однозначно тритий не пойдет как запасаемое горючее.
Во-первых, продукт скоропортящийся;
Во-вторых, много тепла выделяет при хранении.
Эти ограничения можно обойти производя тритий на борту.

Ну вот современные представления говорят что бланкет будет из лития и в нем будет появляться тритий (и выделяться естественно радиохимией), а дейтерий конечно будет в виде тяжелой воды.

И естественно, поток нейтронов будет нагревать бланкет, но не настолько сильно, чтобы например, снимать с него энергию излучением, потому что все это предполагается быть в твердом виде (может жидком) а вокруг силовые конструкции, под воздействием того самого сильного нейтронного потока, то есть температура вероятнее всего будет невысока, как раз в диапазоне где эффективны тепловые машины.
Ну да, есть термопары, но у них крайне низкий КПД (то есть будут огромные размеры самих термопар и радиаторов) и теоритически есть фотоэлементы под ИК диапазон, но их живьем еще не видели.

По поводу размеров считайте: у тепловой машины реально достижимый КПД порядка 50% (считаю что у электрогенератора КПД выше 90%), то есть на каждую единицу потребной электрической мощности выделяется две единицы тепла;
у термопары КПД порядка 10%, следовательно на каждую единицу электрической мощности будет десять единиц тепла;
многослойные фотоэлементы дотягивают до 30% - будет соотношение где-то 4 к одному, и где-то около 30% у МГД генераторов.
Естественно, и массы преобразователей, дающие одну и ту-же мощность разные - конечно лучше всех МГД, затем фотоэлементы, затем тепловые машины, а хуже всех термопара.

А сколько, кстати, в самом деле получается излишков тепла у корабля с скоростью 0.1C?
И я правильно понимаю, что у медленных кораблей (0.01C), наоборот будет проблема переохлаждения?

А тепловые трубки не решают проблему радиатора, а просто облегчают передачу тепла от охлаждаемого элемента к радиатору, за счет того что в тепловой трубке достигается очень высокая теплопередача на единицу площади.

Сама тепловая трубка и есть радиатор – с постоянной температурой по длине. Этим-то она и хороша.

Я все-же предпочитаю рассматривать отдельно сам каппиляр через который идет теплопередача и отдельно холодную сторону трубки, работающую как радиатор.
Хотя вообще да, за счет хорошей теплопередачи и улучшения равномерности распределения температуры в радиаторе, применение в радиаторе технологии тепловой трубы, может заметно уменьшить площадь радиатора в сравнении с другими методами.
Но вообще выгоднее тепловую трубу использовать именно там где она дает максимальный выигрыш - максимально увеличивать в нужном месте тепловой поток (и градиент температур), а в других местах делать наилучшую термоизоляцию (и не нагревать то что не нужно) и так комплексно повышать КПД конструкции.

Систематически – это значит смотреть на все влияющие факторы, не только на лазеры.

Да, конечно. Ну так я и говорю что никто вообще не смотрит, а ведь пропасть огромная - в миллион раз. Это ведь не потому что сейчас настолько плохо делают (так плохо сделать нужно очень-очень-очень сильно постараться ), а вероятно все-же потому что просто в принципе нужные технологии очень далеки.
Но в целом видно в каком направлении двигаться.

[gans3]

Откуда взяться метеоритам в межзвездном пространстве?

Хороший вопрос. Метеорит - это камнь найденный на Земле! В космосе название другое.
Просто единичное столкновение уничтожит незащищенный корабль. Вот и рискуйте. Что выгоднее послать сто безщитовых зондов или один со щитом. Где-то так. Долететь могут 1 из 100 или 1 защищенный, например.

[Иван Моисеев]

А сколько, кстати, в самом деле получается излишков тепла у корабля с скоростью 0.1C?
И я правильно понимаю, что у медленных кораблей (0.01C), наоборот будет проблема переохлаждения?

Расчет динамики МП дает приемлемую величину расхода топлива порядка 10 кг/с. А дальше – оценивайте кпд  и считайте. Было бы интересно увидеть ваши оценки.
Проблема переохлаждения не возникает ни при каком раскладе. Большая часть полета будет при неработающей ДУ – и все равно будет избыток тепла.
 

Да, конечно. Ну так я и говорю что никто вообще не смотрит, а ведь пропасть огромная - в миллион раз.

Длительность пилотируемого полета надо увеличить на два порядка от достигнутой.
Скорость – на четыре порядка.