Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[Иван Моисеев]

.....
Я говорю об электромагнитном сопле - половине магнитной бутылки........

Ууупс.... Нельзя ли вот отсбда по-подррробней?

http://path-2.narod.ru/vp/m_art/p_if.doc
стр.75.

[Иван Моисеев]

По поводу КПД сопел современных ЖРД.
ХОЧУ ЗАКРЫТЬ ЭТОТ ВОПРОС.

«Великое закрытие»?
IMHO мы здесь уже этот вопрос обсуждали... (хотя, может быть в другой теме).
Не используется понятие КПД для ракетных двигателей. В начале времен использовалось пионерами, а потом поняли, кто оно ни к чему и только всех путает.
Если взять классический (МВТУ) учебник по движкам, то там есть:

Коэффициент аэродинамический 268
—   боковой силы 256
—   весового качества безразмерный 27
—   восстановления 340
—   вязкости 251
—   демпфирующего момента (безразмерный).279
—   запаса 54, 353
—   —      по пределу текучести 355
—   избытка окислителя 221
—   лобового сопротивления 256
—   осевой перегрузки 346
—   перегрузки 344
—   подъемной силы 256
—   полезного действия винта 13    
—   термический 178
—   пустотной удельной тяги 175
—   статического момента 276
—   теплоотдачи 189, 190, 339
—   теплопроводности 191
—   формы 257
—   эффективности системы вдува 293
Коэффициенты аэродинамических сил 254

И никаких КПД ЖРД.
Если посмотреть на характеристики современных ЖРД, вы не найдете строчки  «КПД».
А КПД ракетного двигателя возникает, когда ими начинает заниматься пришелец либо пользователь Википедии. И сразу же возникает вопрос – что это за зверь и с чем его едят. И, соответственно - активная дискуссия с мордобоем.

[Иван Моисеев]

Но... знаете что я придумал пока, коллеги?
Мы тут говорим о разных вещах. Магнитное сопло и магнитное зеркало – две совершенно разные системы для рекупираци импульса термояденой плазмы.
Не находите?

Я бы не стал использовать в этом вопросе термин «рекуперация» - он уже занят.

Рекуперация (от лат. recuperatio — обратное получение, возвращение), возвращение части материала или энергии, расходуемых при проведении того или иного технологического процесса, для повторного использования в том же процессе.

В случае ЛТЯРД рекуперация - это использование энергии взрыва для преобразования в электрическую – для следующего взрыва.

Зеркало (это и бублик Багрова-Смирнова, и мои любимые японцы и даже двигатель "Дедала" если правильно направить поля) не меняет модуля СКОРОСТИ частиц (вернее ларморовских диполей) а только "переотражает" направление их полета.
А магнитное сопло действительно должно ускорять поступающую в него плазму.

Менять вектор, IMHO.

Wyvern, я кажется уловил вашу изюминку. Действительно у каждого магнитного зеркала есть очень узкий конус. Частицы попадающие в него не отражаются зеркалом а проходят насквозь.
Иван, это те самые частицы, которые прорываются у любого магнитного зеркала вперед.
Те что летят влево – это и есть направленный выхлоп из пробкотрона. Верно?
 :shock: :shock: :shock:
 

Вперед – это куда? «Как будем строить мост – вдоль иль поперек»?
Те что летят влево – это те, для кого не удается изменить вектор – потери (если не удастся эти потери рекуперировать).

PS. Вспоминая свое обещание по «Десанту» и предупреждая очередной вопрос, сообщаю, что я близок к финишу. Задумал и уже завершаю новый раздел своего сайта по вопросам проектирования МП, куда я тупо загоню большую часть материалов «Десанта» - в том виде, как они были сделаны. Там это будет к месту, а комментарии можно отложить на потом. Вопрос нескольких дней.

[Wyvern]

По поводу КПД сопел современных ЖРД.
ХОЧУ ЗАКРЫТЬ ЭТОТ ВОПРОС.
Какие 90-99%?!!!

Я не поленился посчитать КПД водородно-кислородных двигателей шаттла.
Надо разъяснять?
Если у вас вместо сопла просто ДЫРКА (первая строчка) –  КПД такого "сопла" ~ 10%!.... То  есть двигатели шаттла практически достигли идеала.
И ЛУЧШЕ СДЕЛАТЬ ИХ НЕЛЬЗЯ......

Вы очень сильно заблуждаетесь   Просто потому, что неправильно посчитали идеальный Иу (Энтальпия у нас гЫде?)
Коэффициент реализации удельного импульса у современных ЖРД составляет 0,94-0,98 Те.е то что Вы называете "КПД" у ЖРД закрытой схемы достигает "94-98%"
И лучше - действительно не будет

Мы тут говорим о разных вещах. Магнитное сопло и магнитное зеркало – две совершенно разные системы для рекупираци импульса термояденой плазмы.
Не находите?

Совершенно верно! "Магнитное сопло" для столкновительной(или слабостолкновительной) плазмы и "устройство" для выпуска частиц из конуса потерь - совершенно разные вещи.
 

Wyvern,  я кажется уловил вашу изюминку. .....
Те что летят влево – это и есть направленный выхлоп из пробкотрона. Верно? :shock:  

Да. Совершенно верно.

P.S. Кстати, из Вашей модели(безотносительно сопла) отчетливо видна одна из причин, почему импульсные системы аля "Дедал" будут всегда, в принципе уступать системам с непрерывной реакцией  :wink:

[Alex_Semenov]

Вы очень сильно заблуждаетесь   Просто потому, что неправильно посчитали идеальный Иу (Энтальпия у нас гЫде?)

НИГДЕ!
Идеал, это когда из сопла вылетает водяной лед при 0 К.
Но из сопла шатла вылетает очень горячая струя.
Верно?
Я об этом и толдычу же!
Тепловая энергия этой струи и есть 40% от сгоревшего топлва. И только 60 - столб на котором поднимается шаттл.

Коэффициент реализации удельного импульса у современных ЖРД составляет 0,94-0,98 Те.е то что Вы называете "КПД" у ЖРД закрытой схемы достигает "94-98%"
И лучше - действительно не будет

Вот именно. Коэффициент реализации. Это шашечки. Это мелочи. Здесь потери -  технические потери в сопле. А я говорю о кпд тепловой машины под названием ЖРД!
Вы это дело в своем пробкотроне взяли и списали!

В конце концов, вы станете оспаривать мой расчет? Это же смешно!
Две цыфры. Реальная скорость истечени и идеальная.
Все как на ладони же!

[Alex_Semenov]

«Великое закрытие»?

:evil:
Да, отож...
 

IMHO мы здесь уже этот вопрос обсуждали... (хотя, может быть в другой теме).
Не используется понятие КПД для ракетных двигателей. В начале времен использовалось пионерами, а потом поняли, кто оно ни к чему и только всех путает.

Обсуждалось здесь. И то, что вы не любите этот термин я помню.  А уже зная вас давно, не хочу с вами спорить на этот счет.
Хорошо. Давайте не будем говорить о кпд (ракетного двигателя вообще). Для каждого коэффициента надо четко и ясно понимать к чему он прилагается. А так как современная молодежь туповата (считает но не понимает что считает) то лучше от греха подальше. Но проблема в чем?
Эти коэффициенты ведь все равно вычисляемы. И ими удобно пользоваться!

Как бы ни был устроен двигатель, он преобразовывает запасенную в ядерном горючем энергию Q в кинетическую энергию E отбрасываемой реактивной массы m. Зная E легко посчитать w – скорость истечения. Для термоядерных двигателей можно использовать классическую формулу

w=корень(2*E/m)
Q=(m*c^2)*e
e – дефект массы ядерной реакции.

Но как вычислить это Е из Q? В идеальном двигателе Е=Q Но идеальных двигателей не бывает. Будет некий коэффициент преобразования N=E/Q. Логично? При этом возникает вопрос ставить этот коэффициент под корень или перед?
Дело в том что у нас будет целый каскад (вы правы) коэффициентов и наш суммарный коэффициент будет равен произведению отдельных:

N = nk*nk-1*...*корень(ni*. . . n1)

Фактически расчет любого ядерного ракетного двигателя, всякого рода моделирование ТОНКОСТЕЙ сводятся к оценке,  вычислению этих самых коэффициентов.

Давайте перечислим их.

e – тот самый дефект массы. Это тоже своего рода коэфициент преобразования массы в энергию.  Но это отдельный коэффициент. И обозначаем мы его другой буквой.
Теперь основные.
Начнем по порядку.
n1 – коэффициент выгорания топлива. Не все топливо будет выгорать.
n2 – коэффициент преобразования выделенной в результате ядерной реакции энергии в движение ЗАРЯЖЕННЫХ частиц ракетной массы (это могут быть продукты реакции и (!!) отдельно добавленный "инертный" водород. Поэтому массу топлива и ракетную массу надо отличать! Не вам Иван реплика, а тем кто с попкорном...).
Тогда (1-n2) – это коэффициент энергетических потерь в "камере сгорания". С нейтральными частицами, с гамма излучением например. То есть Q*n1*(1-n2) – это паразитная энергия которая обрушивается на конструкцию двигателя. Ее тоже надо делить по типам. Вычислять поток нейтронов, гамма... и для каждого считать защиту двигателя. Верно?
Апологеты пробкотрона воскликнут: не все потери – потери! Так, по расчетам дейтерий-гелиевая плазма будет очень много терять (не помню, до 50%?) энергии за счет микроволнового излучения. И эти "потери" можно вернуть в реактор. Согласен! Можно. Но опять же со своими потерями на цикл. Рейтина (сетка с полупроводниками в узлах) может иметь КПД до 95%. То есть 0.95. А мазер (который подогревает плазму пробкотрона возвратной энергией) будет иметь КПД ~0.75 (в лучшем случае). Итого, те  самые 0.5 от (1-n2) возвращается с коэффициентом эффективности 0.75*0.95 = 0.71. 0.29 (от 0.5) будут рассеиваться сеткой рейтины и радиаторами подогревающего мазера.
Ганс, попкорном не подавились?
Иван, вы следите еще?

То есть. Какие бы мы супер-пупер сложные расчеты не вели все сводится к вычислению цепочек потерь и оценке каждой на каждой стадии. И оценив их, правильно перемножив в
любом случае для любой схемы двигателя вы получите некий суммарный n2 – коэффиент показывающий отношение той части ядерной энергии, которая  используется для разгона ракетной массы к всей выделившейся в реакции энергии.
Но и это – далеко не все.
Q*n1*n2 – это тепловая энергия рабочей массы. Это тепло. Теперь ее надо преобразовать в струю. И это преобразование не может проходить без потерь.
n3 – коэффициент преобразования в сопле. И здесь возникает тонкость. Для ракетного сопла этот коэффициент стоит под знаком корня. Для магнитного зеркала – за ним. Почему мне и пришла мысль их разделить.
Все эти наши расчеты ведутся для вычисления  приведенной скорости истечения w . Что бы ту подставить в формулу Циолковского.
Конечно w – это средняя скорость истечения ракетной массы. Это – идеализация. Реално отдельные частицы будут вылетать из двигателя со скоростью большей w другие с меньшей. Для ЖРД распределение скоростей будет по максвеллу. Для плазмы, насколько я понял будет максвелл (или другая функция распределения) для каждой составляющей плазмы. У электронов своя температура у ионов - другая. Получается такой "многогорбый верблюд". НО!
Какую бы форму это распределение не имело, итог будет один. Ибо мы говорим об импульсе. mv. А импульс адъетивен. То есть свойства целого есть сумма его частей. Поэтому мы можем смело использовать  среднюю скорость истечения, считая что все частицы вылетают с одинаковой скоростью w. А эта w определяется корнем из E – суммарной кинетической энергии струи. Но эта E не равна Q*n1*n2!
Если мы используем зеркало (магнитное), то мы имеем w'=корень(Q*n1*n2), который разлетается во все стороны из точки взрыва. Зерколо с некоторой эффективностью n3 этот бардак упорядочивает. Скажем 0.6 или 0.3 или 0.25. Но модуль скорости w' остается тот же. Так как импульс вещь очень простая, то можно сказать что модуль скорости истечения w уменьшается в n3 раза (ибо скорость истечения это не просто скорость газа а скорось газа по оси ракеты). То есть w=w'*n3. И теперь весь газ движется в нужном направлении. То есть расчет такого двигателя в целом мы закончили. Мы у цели.
Не вижу в таком допущении каких-либо изъяснов.

Сопло же пробкотрона – отдельная тема.
Но утверждать, что тепловая скорость   частиц и есть скорость истечения (направленной струи) я бы не рискнул. У магнитного сопла будет свой n3. Возможно этот коэффициент надо ставить под корень (как в случае ЖРД). Но он быть близким к 1  физически не может. Это – профонация физики. Это попытка выдать желаемое за действительное. Это ошибка в расчетах.
Ядерный реактор – это котел нагреватель. Камера сгорания. Не более. Тепловая скорость плазнмы в нем – это скорость хаоса. Это движение надо еще употядочить и за этот порядок придется уплатить по векселю Сади Карно КАК НИ КРУТИ. Если вам кажется что этой оплаты можно избежать – лягте поспите и все пройдет. Вы где-то ошиблись в рачатах.
Все обратили внимание!
Нельзя эти потери путать с всякого рода мелкими техническими потерями.
Есть еще "мелкие" потери в сопле (кстати и у зеркала). Назовем эффективность по этим потерям n4. Оно как раз и будет ~1 но не равное ему.
У ЖРД это всякого рода утечки тепла через стенку сопла или диссоциация атомов выхолпа. У плазмы это будет синхротнонное излучение. Ведь вырвавшаяся на свободу плазма продолжает вращаться в поле сопла и излучать СВЧ а здесь  уже стенок-рейтин нет для его рекуперации. Верно?
Но n3 нельзя путать с n4. Это разные коэффициенты. (1-n3) – это плата второму началу термодинамики. A 1-n4 – это плата физической реальности за несовершенство вашей конструкции (вы не можете иметь совершенные материалы для вашего сопла).
 
Вроде по крупному все.
Но!
Есть еще один коэффициент.
Есть КПД (Иване не зеленейте) ракетного двигЖтеля самого по себе.
Эффективность  импульса по разгону самого ракетного корабля – отдельная песня. И я помню, что Иван ее совершенно не хочет слышать. Хотя любая западная работа, посвященная МП постоянно к ней апеллирует. Кстати, первая же глава из двигательных в отчете по "Дедалу"  тоже начинается с вычислени ЭТОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ.
О чем речь?
Я тут две страницы назад об этом упоминал и привел график.
Любой корабль в инерциальном полете (равномерном прямолинейном), который летит со скоростью v, имеет энергию Ep=Mv^2/2 (не будем возится с релятивизмом). И мы можем посчитать чистую энергию затраченную ракетной струей А (здесь все предыдущие потери уже вычтены!!!) на получение этой энергии Ep/А. И мы получим КПД ракетного движителя.
"Керасинщики" знают, что воздушно-реактивный двигатель имеет эту эффективность 1 если скорость истечения равна скорости полета. Но такая ситуация в принципе невозможна. Двигатель не будет иметь тяги. Поэтому идут на компромиссы.
Нечто подобное происходит и с ракетой в пустоте. Там вы тоже, теоретически, можете иметь идеальный ракетный движитель. 100% кинетической энергии ракетной струи преобразовать в энергию ракеты. Для этого вам нужно иметь мгновенную скорость истечения равную мгновенной скорости корабля. w=v. По мере роста скорости вы должны увеличивать удельный импульс.  То есть можно так подобрать режим для  двигателя переменного импульса что его работа по разгону ракеты будет 100% эффективна.
Само по себе это – инженерная проблема.
НО! Есть еще одна загвоздка. Такая ракета будет иметь ... бесконечную массу на старте. Ведь если ее скорость ~0 то и скорость истечения ~0...а отбрасываемая масс стремится к бесконечности.
С этим можно побороться, потеряв в идеальности. Но это – отдельная песня.
Если же вы имеете двигатель с фиксированным импульсом, то тут эффективность ракетного движителя определяется легко. Она не может быть БОЛЬШЕ  64% (57 с учетом релятивизма). Особо упрямых в  сотый раз отправляю к Лэндису:
http://go2starss.narod.ru/pub/E013_IZRL.html

И так. Идем теперь в обратном порядке. Энергия ракетной струи нормального ракетного двигателя превращается в кинетическую энергию ракеты с  КПД 0.64. Но чтобы эту энергию струи получить, вы должны превратить тепловую энергию плазмы в направленный поток через зеркало или сопло с эффективностью близкой к 0.75-0.5. Как ни крути, вы должны заплатить второму началу термодинамики. Плюс всякого рода мелкие потери. Я их опускаю. Далее. Тепловая скорость заряженной плазмы – это тоже энергия, за получения которой пришлось заплатить эффективностью реакции. Так, скажем, анигилляция, хотя и считается 100%-м преобразованием m в  mc^2 , но только 30% частиц рождающихся при этом можно хоть как-то пытаться утилизировать. Для разных термоядерных реакторов и реакций этот коэффициент надо считать отдельно. Но надеятся, что он будет близким к 1 тоже глупо. 0.75-0.3 – моя ставка!
Ну и последнее – коэффициент выгорания. Не все ядерное топливо будет выгорать.
Какой он у пробкотрона? Насколько я понимаю "труба" потому и не менее 100 метров, что короткий пробкотрон будет слишком много топлива выкидывать наружу несгоревшим. И как не удлиняй его, потери все же будут. Во всяком случае у инерционного термояда  коэффициент  выгорания топлива не блещет. 0.3-0.5  в лучшем случае. А я крайне сомневаюсь, что пробкоторн может дать сильно лучшие показатели в сумме чем ЛТЯР.
И так. Я беру оптимальные показатели и перемножаю (не забывая про корень квадратный):

0.75*(0.75*0.5)^2=0.105

11 %
Wyvern, вы вряд ли получите много больше!
Я выше приводил для гелий-дейтеривой реакции e=0.004. Это – неоспоримо. То есть если мы все коэффициенты на всех стадиях преобразования приравняем к 1 то получим скорость истечения 0.0893 от света. 27 000   км/с  Это – идеал. Нереализуемый. Но с учетом нашей оценки реальных потерь мы получаем всего 0.105*0.0893 =0.0094 c Это 2 827 км/с
Всего лишь 3 тысячи!
Когда я вам дал общий КПД 0.5 я вам очень польстил!

Это все "КПД" ракетной струи. А ее энергия с эффективностью не выше 0.64  преобразовывается в энергию летящей ракеты (при фиксированном импульсе). То есть примерно 7 % от запасенной на борту ракеты термоядерной энергии в виде топлива (но половина энергии у нас не сгорает то есть ~ 14% от выделившейся).
Но НАШИХ  ракетчиков, по привычке, общие энергозатраты на межзвездный полет не сильно интересуют. Меня же как парусника это волнует давно и безнадежно... Там тоже энергетический КПД получается как у паравоза...

Конечно. Иван или вы Wyvern можете, опираясь на свои ГЛУБОКИЕ знания тонкостей физики плазмы  оспорить отдельные коэффициенты. Но вряд ли вы получите существенное изменение итоговых цифр. И я думаю никто не станет оспаривать сам принцип расчета "нанизыванием коэффициентов".
Верно?
Чудо-двигателей НЕ БУДЕТ!
Я тоже в самом начале этого форума прибежал с полными штанами юношеского (хотя давно не юноша) счастья: ребята – парусники форева! Но сейчас я поднакопил  разочаровывающих знаний о них. Пессимист – это информированный оптимист.
Иван, как мне кажется, тоже  понимает насколько тернист путь к звездам термоядерной ракеты на инерционном лазерном синтезе.  
А вы Wyvern?
Вы все еще пребываете в наивном неведении?

Если ваш расчет дает 40 000 км/с истечения – у вас там где-то закралась ошибка! Либо вы какой-то неприятный эффект недоучли. Но скорей всего грубая ошибка. 40 000  это больше чем 27 000  у несбыточного идеала. Ошибка однозначно!
Но ее исправление – лишь первый шаг к реальной оценке возможностей вашей замечательной схемы.
Поверьте!

Кстати. Никак не пристану к еще одной веши. Небольшая тяга – это ПОРОК для межзвездной ракеты. Как раз им (в отличии от дальних межпланетных кораблей) и нужна очень хорошая тяга. Так как запас топлива у них огромен, на мизерной тяге разгон затянется на десятилетия или даже столетия.
При этом разбавлять инертным водородом (менять импульс на тягу) – метод совершенно непригодный для МП. Вам как раз нужна и солидная тяга и фантасический удельный импульс. В этом как раз и солжность проблематики...

[Alex_Semenov]

Кстати, потерял еще один важный для инерционного термояда коэффициент. Часть полезной (скорей всего) энергии струи надо отбирать все-таки на перезарядку драйверов.
Если Q реакции 100, а эффективность процесса 0.25 (что есть очень неплохо) то вам надо 0.01/0.25 =0.04 взять от струи. То есть n33=1-0.04=0.96. В принципе, учитывая мою оценку плюс-минус лапоть, можно было бы этот коэффициент и не вспоминать.
Но тем не менее.

[Wyvern]

«Великое закрытие»?

:evil:
Да, отож...   ........
11 %
Wyvern, вы вряд ли получите много больше!
Я выше приводил для гелий-дейтеривой реакции e=0.004. Это – неоспоримо. То есть если мы все коэффициенты на всех стадиях преобразования приравняем к 1 то получим скорость истечения 0.0893 от света. 27 000   км/с  Это – идеал. Нереализуемый. Но с учетом нашей оценки реальных потерь мы получаем всего 0.105*0.0893 =0.0094 c Это 2 827 км/с
Всего лишь 3 тысячи!...

Читал как раз про ЖРД...борьба за 4500 метров/cек... ЧЕТЫРЕ КИЛОМЕТРА! А тут ТЫСЯЧИ не устраивают - фантасмагория  :lol:

[gans3]

Пирдуха. :oops:
 Виверн, примерно так же объяснял Роберту, что большая тяга и большой импульс вместе невозможны. На  одном малоизвестном, а теперь уже и недоступном форуме...
 Такие диалоги издавались во времена Кватроченто и были бестселлерами на рынке печатной продукции.
 
 (Забираясь на ветку раскачиваться и доедать попкорн)
Разгон с места для мезвездного зонда на виверн-джете невыгоден - надо его стартовым лазером до сантисвета подопнуть

[Иван Моисеев]

Эти коэффициенты ведь все равно вычисляемы. И ими удобно пользоваться!

Вычисляемы или вычислены? Здесь есть некая разница и, соответственно,  разный подход.

У меня нет аллергии на коэффициенты, сам грешен, например, использую сигму вместо 2*пи^5*k^2/15*h^3*c^2.

Но. Используя какой-либо коэффициент (особенно безразмерный) мы тем самым подписываем с дьяволом соглашение о том, что:
- мы отлично понимаем физику процесса;
- знаем, как получен коэффициент;
- помним все, что на него влияет;
- точно знаем границы применимости коэффициента;
- и еще что-нибудь, мелким шрифтом.
Если работать на граничных областях, на фронтире, как говорят супостаты, выполнить данные условия весьма сложно.

И на фронтире часто бывает введение коэффициентов по принципу:

Им главное название {коэффициент} придумать. Пока не придумал, смотреть на него жалко, дурак дураком. Ну а как придумал какой-нибудь гравиконцентратор { n1}, тут ему словно все понятно  становится,  и сразу ему жить легче.

Но, в целом, я не против сделок с дьяволом, однако текст договора надо читать внимательно и помнить хорошо.

[poruchik]

Нечто подобное происходит и с ракетой в пустоте. Там вы тоже, теоретически, можете иметь идеальный ракетный движитель. 100% кинетической энергии ракетной струи преобразовать в энергию ракеты. Для этого вам нужно иметь мгновенную скорость истечения равную мгновенной скорости корабля. w=v. По мере роста скорости вы должны увеличивать удельный импульс.  То есть можно так подобрать режим для  двигателя переменного импульса что его работа по разгону ракеты будет 100% эффективна.

Вроде когда то я читал нечто похожее
http://www.readings.gmik.ru/lecture/2002-VLIYANIE-MASSI-V-REAKTIVNOM-DVIZHENII
Че то там было про распределение массы и скорости в движении

[Alex_Semenov]

Первым делом, первым делом, звездолеты!
Ну а девушки?
А девушки – потом!


Wyvern, я  кажется нашел где у вас концептуальная ошибка со скоростью истечения.
То есть я нашел где вы недооцениваете хаос в оценке вашего супербесконечного, супердаравого сопла.

Ниже я привел схему вашего двигателя так, как я ее понимаю.
Я не спец по физике плазмы (бог миловал) поэтому прошу рассматривать все мои рассуждения со снисхождением.
Ваш двигатель это длинная "труба" не менее 100 метров, выстроенная из колец-соленоидов Sb. Они создают в ней осевое магнитное поле. Ось трубы мы примем за X. А направление оси – направление выхлопа реактивной струи. Так логичней.
На схеме приведены три фрагмента (вырезки) вашей длинной конструкции. А – задняя магнитная пробка. Это собственно ваше "сопло". В – некий участок в середине "трубы" (вернее амбиполярной ловушки) и С – передняя магнитная пробка. Начнем с нее, как с наименее интересного элемента. Мощный, запирающий соленоид Sс  является магнитным зеркалом  или "пробкой" которая отражает почти всю плазму на этом конце ловушки. Почти всю,  за исключением той, которая движется в так называемом конусе потерь К.  На рисунке мне  очень дешево и красиво удалось показать, что наибольшая концентрация плазмы как раз приходится на этот конус и поэтому я поставил  в центре соленоида знак вопроса. Как вы с этой стороны пробкотрона намерены не выпускать плазму наружу – мне не известно. Ну и бог с ним. Техническая деталь. (Читал, что одно из решений – согнуть трубу подковой и выпускать плазму из обеих концов. Не очень умное решение, хотя и изящное). На рисунке другими буквами обозначены: M – мазер, греющий плазму МV микроволновым излучением. R- сетка ретины – антенна, рекуперирующая (здесь я этот термин применил к месту) часть потерь из плазмы – микроволновое излучение L2.  Невосполнимые  потери энергии (и массы?) обозначены стрелками L1 и L3. Куда и как инжектируется  топливо я не показал. Потому как не знаю. Но однозначно с этого конца пробкотрона.

Переходим к секции В. Это типичный участок реактора. "Печка" где и горит дейтерий с гелием-3. Синим я показал силовые линии осевого магнитного поля удерживающего плазму в трубе. Видно, что силовые линии в центре (синим цветом) гуще. Здесь напряженность поля В максимальна. На схеме я показал для примера две частицы. Частица 1 находится близко к оси трубы и 2 – на ее окраине. Ниже, на "Cхеме 1" я  привел проекцию траекторий этих частиц в плоскости YZ. Поле строго перпендикулярно этой плоскости поэтому, если частица имеет компоненту скорость в плоскости YZ она будет двигаться по так называемой ларморовской окружности радиусом RL под действием силы Лоренца. Простые формулы из школьной физики показывают что радиус такой окружности зависит от массы частицы m,  ее заряда q (это все константы), напряженности поля В и скорости частицы в этой плоскости Vzy.
Всем видно?



Я показал что частица 1 и 2 движутся примерно по одинаковым радиусам, хотя скорость (температура) той что в центре значительно выше. Но и поле на переферии слабее.  Логично?
На самом деле тут масса нюансов, на которых сделана ни одна диссертация. Но мы все это пропускаем. Детали работы реактора, печки нам не очень интересны.
Но есть очень важный нюанс. Температура плазмы Т (нас интересует та, что близко к оси)  определяет тепловую скорость частицы плазмы.  Если не мудрствовать то V =корень(3*k*T/m) k – постоянная Больцмана. Т – температура. И эта V у нас на рисунке разлагается (смотрите) на две составляющие.
Вектор V = Vx+Vzy. При этом учитывая что в тепловом хаосе все компоненты средней скорости равны, то Vx  забирает 1/3 энергии частицы, а Vzy составляет 2/3. Каждой оси по 1/3.
Теперь переходим к "соплу". Секция А. Это такая же магнитная пробка, возвращающая назад в реактор БОЛЬШУЮ  часть частиц. Большую но не все. Те частицы, что несутся на пробку  находясь у оси (самые горячие)  попадаю в так называемый конус потерь К. Я показал здесь конус К только с оной стороны, но он есть с обеих. Частицы, которые влетают по нему, не отражаются магнитным зеркалом. Они пролетают насквозь.
Замечательным является то, что эти частицы движутся уже направленными по оси Х в нужном направлении. Они  уже отдали реактору часть своего импульса m*Vx и выпуская их мы получаем тягу без проблем.
Но фишка в чем?
Полезную работу по разгону корабля выполнила только Vx составляющая! 1/3 тепловой энергии. Остальные 2/3 это – радиальная скорость частицы бешено вращающейся в сильном магнитном поле. Пока частица движется к "соплу" ее ZY компонента скорости зажата осевым полем. Но попав по ту сторону  пробки и удаляясь по оси Х она "чувствует", что закручивающее ее поля ослабевает и теперь двигается по спирали получая радиальное ускорение. Смотрите схему 2.
То есть наш выхлоп, лишенный сжимающего его поля, начинает расползаться по осям Z и Y с той же скоростью что и истекает в направлении X. 2/3 энергии теряется в пустую.
Вот мы и нашли оплату второму началу термодинамики за простоту конструкции!
КПД... пардон, термодинамическая эффективность магнитного сопла в данном случае 33% Не более.
В чем главная проблема? То что помогло частицам вырваться из топки, теперь не позволяет их ускорить.
Если бы ваши частицы имели угол разлета больший чем конус потерь, то пробка, зеркало за счет скольжения частиц по силовым линиям действительно несколько изменило ситуацию. Сопло заработало. Чем круче вектор частицы направлен на местную силовую линию, тем эффективней работает магнитное зеркало. Поэтому центральный взрыв так здорово отражается подобным зеркалом. Но в данном случае частицы как раз движутся по конусу потерь. Более чем полого. И расширяются строго по линиям силового поля. Насколько упала сила Лоренца, на столько и возросла радиальная составляющая скорости. То есть никакой зеркальности здесь быть не может. Ваше "сопло" не сопло совершенно!
Как быть?
Первое что приходит в голову – инжектировать в струю холодный водород.  Да так, чтобы струя распалась как можно сильней во все стороны. Организовать в "сопле" взрыв. Вы ведь все равно теряете 2/3 энергии в пустую! А так часть ее перейдет другой ракетной массе и та, ионизированная уже полетит под крутыми углами к полю и отразится (опять же не с идеально) в нужном направлении. Столкновение с холодной струей сломает и узкий поток плазмы, разбрызгав его под большим углом, чем конус потерь, что позволит зеркалу отразить и эту плазму тоже.
Логично?

У вас вроде получалась мизерная тяга. А, скажем разбавив истекающую плазму на половину вы ее поднимите. То что у вас упадет импульс – это не обязательно фатально. Конечно упадет. Зато поднимется эффективность системы в целом.

Вы считали коэффициент выгорания топлива в вашей трубе? Я вполне допускаю что у вас он очень высок. Скажем 75-95%.  Ракета на ЛТЯС имеет коэффициент выгорания примерно два раза хуже. Там же мишень сжимается, испарением внешних слоев. То есть в схему изначально заложена масса-разбавитель которая в лучшем случае будет ракетной массой (если ей достанется часть энергии от синтеза в ядре).
У вас то же самое но другим путем.  Разбавляющая (несгорающая) масса топлива поступает уже в сопло, за камерой сгорания.

[gans3]

Разбавляющая (несгорающая) масса топлива поступает уже в сопло, за камерой сгорания.

Не смущайте неофитов красной плазмой. Плотность её даже внутри ловушки эммм
Плотность плазмы ионов/см

[Wyvern]

Разбавляющая (несгорающая) масса топлива поступает уже в сопло, за камерой сгорания.

Не смущайте неофитов красной плазмой. Плотность её даже внутри ловушки эммм,....
А уж за соплом - ээээ
нагреть нечем, хотя импульс есть. Видимое ничто.

Это "видимое ничто" состоит из высокоэнергетичных заряженных частиц. Поток частиц не виданный даже на современных ускорителях и плазматронах. Такой поток, попадая в плотный газ, например, вмиг превратит его в раскаленную плазму. Это к слову
Надо не кол=во частиц считать - а энергию. А она там гигаватная

[Wyvern]

.....

Ниже я привел схему вашего двигателя так, как я ее понимаю.

Оч. красивая схемка - чем чертили?

Несколько замечаний по деталям - тем, в которых, как известно...

1. Плазма с заднего (у двигателистов-"керосинщиков" принято именовать сторону откуда истекает газ, там где сопло - ПЕРЕДНЕЙ, а стенку камеры сгорания, где форсунки - ЗАДНЕЙ, не будем нарушать традицию) конца пробкотрона УТИЛИЗИРУЕТСЯ на прямом электростатическом преобразователе, а полученные электроэнергию и нейтральный газ возвращается в цикл
2. Путем внесения осевой ассиметрии, например, для ГДЛ - разное пробочное отношение, для амбиполярного реактора - разный уровень барьера,  истечение плазмы  ассиметрично - в "сопло" идет больше.
3. Т.е. "КРЭЛ-Дракон" - неплохая схема. Кстати, смеха ради - научный консультант "Отроков во вселенной" дружил с изобретателями "Дракона" из МИФИ   :lol:
4. Ввод газа в ОЛ может быть организован многими методами - в т.ч. напуском нейтрального газа или инжекцией нейтралов ПОПЕРЕК м.поля
5. СВЧ-излучение проще всего той же сеткой из микропровода ОТРАЗИТЬ ОБРАТНО В ПЛАЗМУ - оно неплохо греет плазму  :wink:
6. САМОЕ ВАЖНОЕ - внимательно читайте Рютова, стр. 44-45 и Вы поймете, что фраза "...типичный участок реактора. "Печка" где и горит дейтерий с гелием-3" не совсем (а вернее - совсе не) верна.
7. Позже попробую подробно описать схему именно ТЯРД ЗВЕЗДОЛЕТА.....

[gans3]

Разбавляющая (несгорающая) масса топлива поступает уже в сопло, за камерой сгорания.

Не смущайте неофитов красной плазмой. Плотность её даже внутри ловушки эммм,....
А уж за соплом - ээээ
нагреть нечем, хотя импульс есть. Видимое ничто.

Это "видимое ничто" состоит из высокоэнергетичных заряженных частиц. Поток частиц не виданный даже на современных ускорителях и плазматронах. Такой поток, попадая в плотный газ, например, вмиг превратит его в раскаленную плазму. Это к слову
Надо не кол=во частиц считать - а энергию. А она там гигаватная

Ктото спорит?
Я про то, что Сами же Роберту объясняли. Много плотного газа в этот поток не вставить. Слишком этот поток разрежен. Время выдержки мало. И форсажный режим предлагает 50эВ температуру впрыскиваемого водорода. Какую плотность приэтом реально держать именно в сопле, ЗА трубой?

[КотКот]

А если поставим ДВА пропкотрона с направлениями примерно 1 градус? друг к другу, но вращающиеся противоположно. В месте их стыка поставим ещё пробкотрон (трубу?) ---- вся энергия вращения станет тепловой --- и скорость плазмы увеличится....

[Alex_Semenov]

PS. Вспоминая свое обещание по «Десанту» и предупреждая очередной вопрос, сообщаю, что я близок к финишу. Задумал и уже завершаю новый раздел своего сайта по вопросам проектирования МП, куда я тупо загоню большую часть материалов «Десанта» - в том виде, как они были сделаны. Там это будет к месту, а комментарии можно отложить на потом. Вопрос нескольких дней.

Да, очень хочется посмотреть.
Но настаивать в этот раз я не смею. Сам обещал гору материала (по Миру Роша и Форварду) но так все и лежит в последней стадии завершения. Не было времени завершить (не знаю как кому, но мне завершение работы, оформление – самое тяжелое. Когда вся интересность закончилась осталась рутина).
Кроме того, без  "Round-trip interstellar travel by laser-pushed lightsails"  выкладывать блок не хочется. Я все еще надеюсь эту статью Форварда где-то добыть.

Кстати. Обсуждавшийся здесь квази-реалистичный проект в "Юном эрудите" уже доступен с номером журнала в сети.



Например, здесь: http://rl-team.net/1146349045-yunyj-yerudit-1-yanvar-2010.html
Там есть те два разворота, что мы тут не увидели.
Мелочь, но приятно.


Еще о квазиреализме. Копнул я тут в сети  "Звезду удачи"...



У молодежи по этому делу голову, смотрю, срывает. Оно конечно пройдет. Но может стоит на волне и нам, "старичкам", покататься? Воспользоваться приливом энтузиазма чтобы посеять мудрое, доброе, вечное? Сеть забита  квазинаучным описанием корабля. Что, как, почем... Одни только споры на форумах фанатов фильма вокруг того, как надо переводить этот текст чего стоят!
Если сей текст правильно таки перевести и по нему пройтись... без зла, но  с расчетами... показать что близко к жизни что безнадежно далеко... Помните как у Перельмана в "Занимательной физике"? Берем фантастический сюжет и показываем что правда, а что логически несовместимо с жизнью...
Новое – хорошо забытое старое.

[Alex_Semenov]

Эти коэффициенты ведь все равно вычисляемы. И ими удобно пользоваться!

Вычисляемы или вычислены? Здесь есть некая разница и, соответственно,  разный подход.

Вычисляемы. И порой крайне сложно. Только через численное моделирование. Но!
Эти коэффициенты, за отсутствием лучшего, можно пробовать оценивать "на глаз".   Плюс-минус лапоть получается, конечно. Но лучше так, чем вообще без них.

Но. Используя какой-либо коэффициент (особенно безразмерный) мы тем самым подписываем с дьяволом соглашение о том, что:
- мы отлично понимаем физику процесса;
- знаем, как получен коэффициент;
- помним все, что на него влияет;
- точно знаем границы применимости коэффициента;
- и еще что-нибудь, мелким шрифтом.
Но, в целом, я не против сделок с дьяволом, однако текст договора надо читать внимательно и помнить хорошо.

Согласен всецело. Более того, это надо использовать как эпиграф к подобного рода вычислениям. Я могу по случаю воспользоваться?
Кстати, сейчас наткнулся на совой выпад выше.  Зря я на "нашу молодежь" наехал, обозвал туповатой. Конечно же она нам фору даст. Но я в педагогике – кат. Битие определяет сознание. От добра добра не ищут. Если их в попу целовать – дебилами вырастут однозначно. Я вот дурак дураком. Почему? Не навчывся любыты жыття... Проблески сознания во мне только от бития. Сколько били на столько и блещу...

[Alex_Semenov]

Разбавляющая (несгорающая) масса топлива поступает уже в сопло, за камерой сгорания.

Не смущайте неофитов красной плазмой. Плотность её даже внутри ловушки эммм
Плотность плазмы ионов/см