Плотность энергии.

[Chilik]

А ЗА КАКИМ ЛЕШИМ вам ионизировать рабочее тело в ЖРД?!  :lol:

А за тем что можно еще ускорить рабочее тело _физическими_методами_ и поднять УИ, а эффективно ускорять незаряженные частицы (неионизированное рабочее тело) пока еще не научились.

Вчера присутствовал при разговоре как раз о том, как получить для ускоренного до ~1 МэВ пучка нейтральных атомов водорода к.п.д. "от розетки" примерно 90%.

Ионизация рабочего тела в ЖРД может идти и за счет не первых потенциалов ионизации внешней электронной оболочки. А это открывает дополнительный и не слабый резервуар энергии, при рекомбинации этих уровней.

Ионизация как источник внутренней энергии мне не очень понятна. Про проблемы удержания плазмы уже выше написано, я про другое. Рекомбинация обычно идёт каскадно, через излучение. Излучение нам зачем? Как сделать направленную тягу - вот, собственно, ещё одна проблема.

[ssb]

Вчера присутствовал при разговоре как раз о том, как получить для ускоренного до ~1 МэВ пучка нейтральных атомов водорода к.п.д. "от розетки" примерно 90%.

:shock: и как, если не секрет?   И каков при этом, кхм, "ток"?

[Птыц]

Ионизация рабочего тела в ЖРД может идти и за счет не первых потенциалов ионизации внешней электронной оболочки. А это открывает дополнительный и не слабый резервуар энергии, при рекомбинации этих уровней.

Вы пытаетесь нарушить закон сохранения энергии? Т.е. 1+1 <> 2?

[sychbird]

Ионизация рабочего тела в ЖРД может идти и за счет не первых потенциалов ионизации внешней электронной оболочки. А это открывает дополнительный и не слабый резервуар энергии, при рекомбинации этих уровней.

Вы пытаетесь нарушить закон сохранения энергии? Т.е. 1+1 <> 2?

Вобще то полезно дочитывать посты до конца Глядиш, там и ответ на ответ на свои недоумения найти можно. :wink:

Закон сохранения энергии обязан соблюдаться для замкнутой или квазизамкнутой системы. КС и сопло таковыми не являются да же при чистом химическом горении. Еще есть  потенциальная, кинетическая и акустическая энергии от турбины. К ним добавляется энергия источника ЭДС в случае электромагнитной ионизации. В КС и системе электомагнитного доразгона можно только с неким КПД преобразовать энергию энтальпии "плазмы" в энергию реактивной струи. Рабочее тело в КС далеко от равновесия, эффективная температура подобной плотной "плазмы"(степень ионизации не слишком велика) понятие достаточно неопределенное. Если ионизация по механизму каскадного элетрического пробоя в закритической части сопла, то задачи удержания как таковой нет.

[sychbird]

Ионизация как источник внутренней энергии мне не очень понятна. Про проблемы удержания плазмы уже выше написано, я про другое. Рекомбинация обычно идёт каскадно, через излучение. Излучение нам зачем? Как сделать направленную тягу - вот, собственно, ещё одна проблема.

Ионизация есть способ увеличить плотность энергии на единицу объема.

А разве при инициации термоядерного заряда по методу Теллера  необходимое давление получают не за счет "излучения"? Энергия "излучения" конечно другая, но принцип тот же.

[Птыц]

Вы пытаетесь нарушить закон сохранения энергии? Т.е. 1+1 <> 2?

Вобще то полезно дочитывать посты до конца Глядиш, там и ответ на ответ на свои недоумения найти можно. :wink:

Закон сохранения энергии обязан соблюдаться для замкнутой или квазизамкнутой системы. КС и сопло таковыми не являются да же при чистом химическом горении.

Не правда. Системой является ракета + продукты выбрасываемые из нее. И закон сохранения не может быть нарушен. Как бы этого не хотелось.

К сожалению, у меня большое подозрение, что вы путаете законы сохранения энергии и импульса с законами термодинамики. :wink:

[sychbird]

Не правда, что именно? Вы приводите мою цитату, а за тем излагаете примерно тоже самое в другой формулировке. И я, что, где то  высказывал сомнения по поводу необходимости соблюдения закона сохранения энергии?  :roll:
 А законы термодинамики  есть частные  следствие закона сохранения энергии для равновесных и квазиравновесных систем. :wink:   Как и Закон сохранения импульса, но уже безотносительно к равновесности систем.
Ваш вариант квазизамкнутой системы подходит для анализа закона сохранения импульса. Для закона сохранения энергии уже не совсем корректен.  Тепловое излучение в окружающее пространство надо учитывать.
Ваши сомнения - это Ваши сомнения

[Fakir]

А законы термодинамики  есть частные  следствие закона сохранения энергии для равновесных и квазиравновесных систем. :wink:  

Ыгы, особенно второй и третий...  

Как и Закон сохранения импульса, но уже безотносительно к равновесности

Чаааго?! Это, по-вашему, закон сохранения импульса - следствие закона сохранения энергии?!!!!  :shock:

[sychbird]

А законы термодинамики  есть частные  следствие закона сохранения энергии для равновесных и квазиравновесных систем. :wink:  

Ыгы, особенно второй и третий...  

Как и Закон сохранения импульса, но уже безотносительно к равновесности

Чаааго?! Это, по-вашему, закон сохранения импульса - следствие закона сохранения энергии?!!!!  :shock:

А это в рамках каких допущений мы рассматриваем общность.
 
Согласно теореме Неттер (1918 г) закон сохранения энергии соответствует однородности времени, а закон сохранения импульса - однородности пространства.

Однако в 1919 Эйнштейн вводит в оборот понятие пространства-времени, а скажем в начале девяностых входят в оборот различные варианты М теорий, рассматривающих 11 и более мерные пространства и сохранение однородности пространства отдельно от одноодности времени уже полностью теряет смысл.

Истинна она многогранна, коллега. :wink:

[Chilik]

Вчера присутствовал при разговоре как раз о том, как получить для ускоренного до ~1 МэВ пучка нейтральных атомов водорода к.п.д. "от розетки" примерно 90%.

:shock: и как, если не секрет?   И каков при этом, кхм, "ток"?

Схема стандартная: генератор плазмы, вытягиваются ионы, ускорение, нейтрализация. Модули мегаваттной мощности - стандартное средство нагрева плазмы в крупных установках. Суммарно на крупнейших машинах инжектируется до 40 МВт (ныне покойный TFTR, вроде бы больше этой цифры ни у кого нет). Тут, собственно, только цифра 90% проблемная. Да, вопрос про ток прост: если у Вас энергия пучка 20 кэВ - то это масштаба 50 ампер, если мегавольт - то соответственно 1. Хотя на мегавольте на мегаватт делать неинтересно - там обычно рисуют на 5-10. Правда, обычно подобное нарисованное не получается.

Вот схемка типичного низковольтного устройства для токамака:

[Chilik]

Вы пытаетесь нарушить закон сохранения энергии? Т.е. 1+1 <> 2?

Если я правильно его понял, то он хочет сначала запасти энергию на Земле и уже в таком виде стартовать. Так что всё нормально.

[Chilik]

А разве при инициации термоядерного заряда по методу Теллера  необходимое давление получают не за счет "излучения"? Энергия "излучения" конечно другая, но принцип тот же.

Ну дык. Там-то у товарища майора всё каааак бабахнет! А здесь надо не это, а как-то обеспечить долговременное хранение энергии. Хотя бы в пределах штатных операций и задержек на СК.
Давайте немного более конкретно. В плазме работает та же формула для давления, что и в газе. "Пэ равно эн-ка-тэ". Давление линейно связано с запасаемой энергией. Предельное давление связано с прочностью конструкционных материалов. Пофиг - то ли газ в бак накачивать, то ли держать давление плазмы магнитным полем, каковое держится катушками. В конечном счёте всё опять упирается в прочность внешнего бандажа. При этом плазма холодной (в смысле, температура много меньше потенциала ионизации) быть не может. Потому что тогда она рекомбинирует за время масштаба одного электрон-ионного столкновения. Это безумно быстро. Так что только горячая. А это уже все известные термоядерщикам проблемы с удержанием. А что в сухом остатке? Ровно та же предельная плотность запасаемой энергии, что и для тупо надутого в объём газа. Только для газа ещё не надо геморроя с магнитным полем, излучением и прочими плазменными прелестями. Одним словом: анафига?

[Птыц]

Вы пытаетесь нарушить закон сохранения энергии? Т.е. 1+1 <> 2?

Если я правильно его понял, то он хочет сначала запасти энергию на Земле и уже в таком виде стартовать. Так что всё нормально.

Спасибо за разъяснение. Потому что мне, к сожалению, не удалось понять sychbird.

[Птыц]

Не правда, что именно? ...

Видимо, мы излагаем свои мысли как-то... перпендикулярно друг другу.

[sychbird]

Видимо, мы излагаем свои мысли как-то... перпендикулярно друг другу.

Бывает и такое. Согласен держать базар за свою половину перпендикулярности.

Попробуем сначала и последовательно. Имеем ЖРД на химии. Тогда в первом приближении КС есть конвертор химической энергии реакции горения в термическую. Сопло есть конвертор термической энергии рабочего тела в кинетическую энергию реактивной струи. Оба конвертора имеют некие КПД и имеется сумарный КПД для всего процесса преобразование химической энергии в векторную форму энергии импульса.

КПД обоих конверторов зависят от давления в КС. При нынешнем уровне материаловедения и технологии оба типа конверторов практически выжаты до суха. Ожидать значительного прироста суммарного КПД  не приходиться. И наиболее эффективные по энтальпии реакции топливные пары  вроде бы исчерпаны. (хотя в запасе имеются фтор /водород и фтор /бароводород и еще некие экзотики и все с сопутствующими гемароями).

Казалось бы тупик. Но на мое ИМХО можно подойти иначе. Почему удельный импульс двигателя так зависит от давления в КС. А потому, что КПД обоих конверторов зависят от плотности энергии в  обоих конверторах вне зависимости от вида энергии. Именно поэтому мы отбираем долю химической энергии топливной пары и используем ее в турбоагрегате РД.
А есть альтернативный  росту давления способ повысить в конверторах плотность энергии. Есть - можно повысить степень ионизации рабочего тела за счет физических, а не термических способов ионизации. Откуда взять энергию? Использовать часть массы топливной пары(или топливной тройки, есть разные варианты) на работу электрохимического генератора очень высокой удельной мощности. Есть вариант такого ЭХГ с выделением водорода и работающего практически на магнии и воде (не в чистом виде, есть много нюансов). Получаем как бы аналог отбора топлива и окислителя на газогенератор в ЖРД замкнутой схемы.

И имеем надежду, что удасться повысить общий КПД преобразования химической энергии в энергию импульса.

[Fakir]

Ожидать значительного прироста суммарного КПД  не приходиться.

А как вы думаете - КАКОЙ там КПД?

[hcube]

Беда только в том, что плотность энергии в водород-кислородной топливной паре - максимальная. Больше энергии на единицу массы получить нельзя. А если мы будем от чего-то питать ускоритель, то мы автоматически увеличим 'мертвую' массу - УИ, да, вырастет, а вот ХС - упадет, потому что чем выше УИ при фиксированном запасе энергии - тем ниже ХС - чистая физика, ХС - это MV, а запас энергии - M*V*V/2, а УИ - V, грубо говоря. Поэтому схемы с дополнительным ускорением рабочего тела могут быть использованы ТОЛЬКО в том случае, когда есть внешний источник энергии, на порядки более емкий чем химия. Т.е. ядерный или дистанционная передача энергии, включая СБ.

К слову сказать, схема с подогревом РТ отлично используется уже лет 5, поднимая УИ маневровых двигателей ГСО спутников раза в полтора-два. Движки слабенькие, СБ и аккумуляторы мощные - на подогрев рабочего тела и коррекцию орбиты их хватает.

[Имxотеп]

При этом плазма холодной (в смысле, температура много меньше потенциала ионизации) быть не может.

Может. Посчитайте по уравнению Саха при какой температуре достигается ионизационное равновесие - обычно это 0.1-0.2 от потенциала ионизации. В этом и экономия. Хотя конечно даже при 2 эВ держать плазму по сути нечем. Если только быстро вкачать энергию и использовать испаряющийся материал контейнера в качества рабочего тела.

[zyxman]

Беда только в том, что плотность энергии в водород-кислородной топливной паре - максимальная.

Массовая плотность максимальная среди химии, но не объемная
плюс, то есть минус геморрой с водородом и криогеникой и с высокой температурой в КС.
А можно взять какой-то топливный элемент, и им запитать ЭРД (условно) с любым рабочим телом, хоть просто ловить космическую пыль и ее ускорять.

Кстати интересный вопрос: какие в топливных элементах практичны окислители (чтобы от кислорода избавиться, вроде как топливо уже например и керосин подходит)?
- У меня например есть такое ощущение, что за счет более высокого УИ могло бы-быть практично и выигрышно что-то очень экзотическое, зато более безопасное чем кислород в хранении и некриогенное.

[hcube]

Внимательно читаем, что выше написано ;-) Цель - получить максимум ХС. ХС расчитывается исходя из соотноений начальной и конечной массы. Допустим, у нас есть ускоритель для космической пыли на 15 км/с со 100% КПД. Согласно закону сохранения энергии, чтобы ускорить 1 кг космической пыли, нужно потратить 9 кг водород-кислородной смеси в топливном элементе - чисто из соотношения скоростей. Потом водичка сбрасывается за борт - не тащить же ее с собой? В результате полученная ХС на данный расход топлива оказывается втрое НИЖЕ, чем если бы мы просто подали эту топливную пару в ЖРД.