Инженерные вопросы межзвездных перелетов

[Иван Моисеев]

Фейспалм.жпг
Они открыли новую аннигиляцию....
Может Волерий и Зюксман ухватятся за новую игрушку? Вон написано  - прямо завтра можно строить сопло...

А вы верите всему, что написано? Надо уметь читать.
Заметка содержит весьма ценную информацию, которую мы с Семеновым активно обсуждали где-то в самом начале темы.

Кто умеет читать - плюньте на аннигиляцию и смотрите на предмет.
Основное - вопрос о магнитном сопле, которое может быть использовано в оценках для ЛТЯРД.

Это понятно, Только к таким новостям прилипают фрики и валернутые. Им же написали - "завтра лететь - собирайтесь"!

Разве эта тема о том, что к чему прилипает? Или о том, как новости делаются?
В заметке интересная и полезная информация. Если вы не умеете ее вычленить - не стоит сообщать об этом на весь мир и заводить здесь разговор о ваших личных впечатлениях и ощущениях.

[Кубик]

Как? Магнитное поле может направлять  и нейтральные частицы? Без них- то не обойдется никак... А оставшиеся 15% куда направятся?  :roll:

[pkl]

Разрабатывается термоядерный двигатель для космических полётов[/size]

27 июня 2012 года, 15:00 | Текст: Александр Березин | Послушать эту новость

Учёные из Университета Алабамы в Хантсвилле (США) в сотрудничестве с НАСА разрабатывают технологию для термоядерного ракетного двигателя, работающего на основе Z-пинча.

По их словам, новый двигатель в перспективе сможет снизить время полёта к Марсу с 6–8 месяцев до 6–8 недель.

Продолжительность полёта — одна из причин, которые исключают пилотируемое путешествие к Красной планете на существующих аппаратах. Тот же Curiosity летит туда семь месяцев, но он хоть возвращаться не будет. А вот экипаж пилотируемого корабля должен будет запасти еду и прочее почти на полтора года, только чтобы слетать и вернуться. Увеличение веса при этом окажется столь велико, что потребуются серьёзные сдвиги в ракетостроении, чтобы обеспечить такой полёт, и всё равно он будет сверхдорогим.


Вместо солнечных батарей на корабле с термоядерным двигателем потребуются огромные охладительные радиаторы, отводящие лишнее тепло от первичного теплового контура. (Здесь и ниже иллюстрации НАСА.)

Основная концепция проектируемого термоядерного двигателя заключается в использовании Z-пинча: при пропускании по удерживаемой магнитно-инерциальным методом плазмы большого тока она дополнительно сожмётся и нагреется под действием его магнитного поля, превратившись в источник мощного излучения в виде линейного плазменного столба.

При этом пятисантиметровые «шайбы» из дейтерия и лития (с тритием) внутри будут сжиматься и разогреваться (в том числе лазерами) до начала термоядерного синтеза, энергия которого и должна приводить в движение космический корабль.

Чтобы контролировать направление вылета продуктов термоядерной реакции, планируется использовать электромагнитное сдерживающее поле с узким соплом, по которому продукты реакции будут выбрасываться в направлении, противоположном движению корабля.


Конструкция термоядерного ракетного двигателя предусматривает отбор части энергии от его реактивной струи при помощи компактного МГД-генератора.

Исследователи из Университета Алабамы недавно получили Decade Module 2, ранее использовавшийся Министерством обороны США в военных целях. Основной трудностью при реализации Z-пинча, разработанного в 1950-х, всегда было то, что плазма сжималась неоднородно и плазменный канал вследствие «сосисочной неустойчивости» в конечном счёте разрушался.

Однако, по словам учёных, они создали теоретическую модель, которая позволит избежать подобную неустойчивость в течение достаточного времени для импульсно работающего термоядерного РД. Модель осталось лишь протестировать при помощи Decade Module 2, импульсной установки, создающей моментальные импульсы (на сжатие микромишеней) мощностью до 500 кДж. Запуск Decade Module 2 на полную мощность, по словам разработчиков, состоится в начале 2013 года.

Мы уже писали о такого рода магнитно-инерциальном подходе к термоядерному синтезу: одновременно для удержания плазмы будут использоваться магнитное и электрическое поля, а также разогрев мишеней лазерными импульсами, причём недавно проведённое компьютерное моделирование обещает достижение при этом z = 100.

Впрочем, создать работоспособный термоядерный двигатель — это лишь начало. Жилой модуль конструкторы намерены разместить в головной части корабля (чтобы снизить радиационное воздействие), сам термоядерный реактор — в соединительном трубоподобном модуле, а мощные сверхпроводящие магниты и МГД-генератор — в кормовой части, в обширном параболическом блоке, при помощи которого продукты реакции будут направляться назад при движении КА. Предельно сложной проблемой будет охлаждение термоядерного реактора в космосе. Помимо охладительного контура, функционирующего на смеси фторида лития и дифторида бериллия, потребуются внушительные радиаторы охлаждения.

Разумеется, само стремление бедствующего нынче НАСА начать исследования по столь амбициозной тематике дорогого стоит. Но и объём проблем, которые предстоит решить, очень велик, так что ожидать завершения проекта в ближайшие годы не приходится. Но в случае успеха термоядерный ракетный двигатель, несомненно, станет прорывным достижением.

Подготовлено по материалам Университета Алабамы в Хантсвилле.

http://science.compulenta.ru/689667/

[Ded]

Читал, что аннигиляция происходит при определенной (и не маленькой энергии сталкивающихся частиц, то есть если свести два кирпича: вещество и антивещество - то реакция пойдет по другому пути). При аннигиляции 60% - это нейтрино, а остальное - гамма-кванты.

И при чем магнитное поле?

[pkl]

Читал, что при аннигиляции реакция должна быть настолько интенсивной, что электромагнитным излучением частицы вещества должны быть разбросаны в разные сторона, так что в реакции будет участвовать только малая часть вещества.

Но при чём здесь она? В статье речь идёт о разновидности термоядерного двигателя.

[Ded]

МОСКВА, 15 мая - РИА Новости. Американские физики разработали схему практически реализуемого двигателя на антиматерии, который позволит разогнать космический корабль до 70% от скорости света, и опубликовали ее в статье, размещенной в электронной библиотеке Корнеллского университета

Я писал об этом...

[zyxman]

Читал, что аннигиляция происходит при определенной (и не маленькой энергии сталкивающихся частиц, то есть если свести два кирпича: вещество и антивещество - то реакция пойдет по другому пути). При аннигиляции 60% - это нейтрино, а остальное - гамма-кванты.

И при чем магнитное поле?

Там довольно приличная энергия получится в виде очень горячей плазмы.
Гамма кванты и прочее, нейтральное к магнитному полю, списываем в потери.

[Serg Ivanov]

Читал, что аннигиляция происходит при определенной (и не маленькой энергии сталкивающихся частиц, то есть если свести два кирпича: вещество и антивещество - то реакция пойдет по другому пути). При аннигиляции 60% - это нейтрино, а остальное - гамма-кванты.

И при чем магнитное поле?

Там довольно приличная энергия получится в виде очень горячей плазмы.
Гамма кванты и прочее, нейтральное к магнитному полю, списываем в потери.

Тогда какой в нём смысл? Горячую плазму можно получить и без аннигиляции..  Смысл аннигиляции в максимальном удельном импульсе. Т.е. скорость истечения равна скорости света.

[zyxman]

Смысл аннигиляции в максимально возможной плотности хранения энергии, и только.
Для максимального УИ берется просто лазер.

[Serg Ivanov]

Смысл аннигиляции в максимально возможной плотности хранения энергии, и только.
Для максимального УИ берется просто лазер.

А зачем?  :wink:
Зачем Вам максимально возможная плотность хранения энергии в ракете если Вы её всё равно собираетесь разбавлять рабочим телом превращая его в плазму?
Рабочее тело всё равно придется тащить на ракете.

[pkl]

Да, но там колоссальный ожидается геморрой при хранении антивещества. Может получиться так, что масса такой системы будет столь велика, что по удельной массе такой звездолёт проиграет термоядерному. Не говоря уж о паруснике.

[Serg Ivanov]

Самый колоссальный геморрой будет при его получении..

[Serg Ivanov]

..В частности, университет Пенсильвании (Pennsylvania State University) в сотрудничестве с NASA уже много лет работает над проектами космических кораблей, использующих энергию аннигиляции.


Известно, что в 0,1 грамма антивещества скрыто столько же энергии, сколько в топливных баках шаттла. Дело за малым: получить это вещество, научится его хранить и использовать где и когда нужно.


Что до получения, то антивещество успешно создают в таких лабораториях, как Fermilab в Чикаго и CERN в Швейцарии.

Однако годовая наработка антивещества исчисляется в нанограммах (при цене $10 триллионов за грамм), что крайне мало даже для межпланетных путешествий, несмотря на чудовищную мощность аннигиляции.


Однако выход найден. Университет Пенсильвании разработал два проекта "дальнобойных" космических кораблей, в которых аннигиляция используется совместно с классическими ядерной и термоядерной реакциями. Такой гибрид, оказалось, сулит массу выгод. Например, выяснилось, что добавление небольшого количества антивещества в зону реакции расщепления позволяет намного полнее использовать потенциал традиционного ядерного (расщепляющегося) топлива.


В общих чертах: всевозможные цепочки превращений адронов, мюонов и пионов протекают тут несколько иначе, повышая КПД процесса.
Первый тип двигателя, который использует этот эффект называется Antiproton catalyzed microfission (ACMF), то есть микрореакция расщепления катализируемая антипротонами.


Его удельный импульс — 13,5 тысяч секунд.

Разработанному в университете Пенсильвании пилотируемому кораблю по имени ICAN-II, оснащённому движком ACMF, для быстрого 40-дневного перелёта к Марсу потребовалось бы всего 140 нанограммов антивещества (на дорогу в один конец) и несколько тонн обычного ядерного горючего (урана).

Такое количество антивещества уже можно было бы произвести в разумные сроки при постройке необходимых установок.


Миниатюрные ядерные заряды (размером с мячики для гольфа) подрывались бы в "камере сгорания" корабля совместно с микроскопическими количествами антивещества.


Как и в случае с "Орионом", силу взрывов примет на себя некая амортизирующая конструкция, которая к тому же постепенно испаряется от воздействия мощного излучения, а вылетающие с её поверхности с огромной скоростью атомы создают реактивную тягу.

По замыслу разработчиков, двигатель ACMF использовался бы 800-тонным кораблём для старта с околоземной орбиты к Марсу и для торможения около него.

На Красную планету опустился бы аппарат с традиционным химическим двигателем. Возвращение происходило бы, соответственно, в обратном порядке.


Тот же корабль в принципе мог бы доставить людей в систему Юпитера. На всю экспедицию, включая дорогу туда и обратно, и трёхмесячное пребывание у цели, ушло бы 1,5 года.


Напомним, тот же срок сейчас рассматривается как продолжительность марсианской пилотируемой миссии, выполняемой на корабле с комбинированным химическим/ионным двигателем.

Второй вариант гибридного звёздного привода называется Antiproton Initiated Microfission/fusion (AIM), то есть — это инициированные антипротонами реакции деления и синтеза. Он очень похож на предшествующий, но здесь уже в зоне реакции идёт и расщепление, и синтез (главное горючее — дейтерий плюс тритий, либо дейтерий плюс Гелий-3).

Удельный импульс AIM — 61 тысяча секунд.


На основе этого двигателя разработан эскизный проект беспилотного и сравнительно лёгкого (примерно 30-40 тонн) корабля AIMStar, который мог бы улететь на 10 тысяч астрономических единиц от Солнца и значительно приблизиться к облаку Оорта (хотя оно простирается гораздо дальше) всего за 50 лет, из которых пять лет займёт разгон.


Максимальная скорость корабля составит 0,003 от скорости света или 900 километров в секунду.

http://www.dynasticcosmo.narod.ru/negativ.html

[pkl]

Самый колоссальный геморрой будет при его получении..

Этой проблемы я даже не касаюсь. :wink:

В любом случае, это будет страшно опасная штука.

[Wyvern]

Читал, что аннигиляция происходит при определенной и не маленькой энергии сталкивающихся частиц....

НАОБОРОТ Аннигиляция частицы и античастицы происходит только с покоящимися (нерелятивистскими) частицами - при столкновении их с высокой энергией они провзаимодействуют так же как две обычные частицы. Причем чем выше энергия столкновения - тем меньше вероятность аннигиляции за счет сильного взаимодействия (которое мы и называем собственно - "аннигиляция").

[Кубик]

Интересно, а есть модели процесса контакта твердых веществ? Похоже, оболочки атомов и антиатомов должны притягиваться, и как дальше будет идти дело? Это, конечно, случай не в тему, но в газовой фазе что помешает...

[dmdimon]

Миниатюрные ядерные заряды (размером с мячики для гольфа)l

ну-ну. при оптимальном использовании критическая масса плутония 5,6 кг и это сфера заметно меньше мячика для гольфа.

[FarEcho]

Миниатюрные ядерные заряды (размером с мячики для гольфа)l

ну-ну. при оптимальном использовании критическая масса плутония 5,6 кг и эта сфера заметно меньше мячика для гольфа.

Объем мячика для гольфа 41 куб. см (диаметр его 42.67 мм)
Плотность плутония около 20 г/куб. см
т.е. сфера плутония с критической массой имеет объем не менее 7 упомянутых попугаев (мячиков)

[dmdimon]

Объем мячика для гольфа 41 куб. см (диаметр его 42.67 мм)

в целом да, я мячик для гольфа в голове подменил на мячик для большого тенниса... Не близок мне гольф... А тут такая декларация миниатюрности... Ошибся короче я.

[FarEcho]

Объем мячика для гольфа 41 куб. см (диаметр его 42.67 мм)

в целом да, я мячик для гольфа в голове подменил на мячик для большого тенниса... Не близок мне гольф... А тут такая декларация миниатюрности... Ошибся короче я.

Вторая попытка также не засчитывается, так как объем мяча для большого тенниса гольфа 137 куб. см (диаметр 64 мм)
Это опять же в 2 с хвостиком раза меньше, чем сфера плутония  критической массы  :wink: