Можно ли создать электричку на орбиту?

S.I.> пс. больше всего похоже на Гиперболоид инженера Гарина.

Тока в современых системах это гиперболоид "вывернутый на изнанку" - сопло с центральным телом.

Интересная статья посвященная противоположной проблеме - борьбе с лазерным пробоем при сварочных работах: ПромЛазер - Эфективность процесса двухлучевой лазерной сварки с глубоким проплавлением.

Wyvern> Светодиоды более чувствительны к нагреву, а волокно можно спокойно греть почти до точки плавления.
? С чего бы это?
Волокно - нормальная активная среда нормального твердотельного лазера.
Перегреешь - точно так же получишь те же проблемы, как и в случае с рубиновой болванкой.

Wyvern>> Светодиоды более чувствительны к нагреву, а волокно можно спокойно греть почти до точки плавления.
Татарин> ? С чего бы это?
С того, что критическая температура воды еще далеко от перегрева оптоволокна.

P.S. С "температурой плавления" я таки погорячился

Wyvern> Схема ПГТУ+фазеры+вторичное использование тепла безопасна, безпроблемна, компактна и эффективна.
на 10 минут работы - ПГТУ? Нах? Розетка и гироскопы-накопители энергии. Как для катапульты на Джеральд Р. Форд. http://www.airwar.ru/forum/viewtopic.php?f=21&t=1855#p15430

Wyvern>> Схема ПГТУ+фазеры+вторичное использование тепла безопасна, безпроблемна, компактна и эффективна.
S.I.> на 10 минут работы - ПГТУ? Нах? Розетка и гироскопы-накопители энергии.

Тоже вариант Вполне себе реалистичный. Тока ПГТУ каши не просит, компактна, и можно сделать стартовую где "розетки" нет и в помине. Для компактности можно положить на КПД и поставить просто ГТУ, вообще в контейнерах.

Полл>> Скорость истечения водорода для ЛРД из моей фотки со второй страницы - 10 000 м/с.
Wyvern> С какого беса? Именно от лукавого - с ошибкой этак на пару порядков. Это во-1х.
Скорость истечения газов в ЖРД на паре кислород-водород - 4000 м/с.

Wyvern> Во-2х водород - не лучшее рабочее тело. Явно. Скорее всего наилудшим окажется какой нить тяжеленный фреон с бромом в молекуле.
Если нас интересует максимальная тяга-КПД - то ты прав. Если нас интересует максимальный УИ - то лучшее рабочее тело тут водород. По тем же причинам, по которым он - лучшее топливо для ЖРД по УИ.

Wyvern> .¹ - мысленно проведи линию параллельную поверхности центрального теа-конуса. Это и будет максимальный угол несоосности.
То есть не более 15 градусов, как я вижу. Тем более, я-то ориентируюсь не на воздушные ЛРД. Ладно, я вас с Сережей понял.

S.I.> А теперь замени единственную точку наблюдения фокусом.
Я вижу проблему: у ЛРД вылетающий из сопла газ должен через это зеркало проходить.

Wyvern> Тоже вариант Вполне себе реалистичный. Тока ПГТУ каши не просит, компактна, и можно сделать стартовую где "розетки" нет и в помине. Для компактности можно положить на КПД и поставить просто ГТУ, вообще в контейнерах.

По моим расчетам, на выведение одной тонны ПН на высокую баллистическую траекторию с скоростью порядка 8 км/с по моей схеме полета требуется порядка 4 ГВт мощности в течении 4 минут, то есть 270 МВт*ч электроэнергии.
Все оценки, естественно, сверху.

Для носителя класса "Зенит - Морской Старт" это дает 80 ГВт потребляемой мощности и 5400 МВт*ч электроэнергии на вывод. При цене электроэнергии для юридических лиц порядка 2 руб/кВт*ч стоимость энергии для вывода - 10 800 000 рублей.
Для сравнения - суммарная генерирующая мощность электростанций ЕЭС РФ в 2008 году - 210 ГВт, а суммарное производство электроэнергии на тот же год - 1050 000 000 000 МВт*ч.
Таким образом, если количество потребляемой на вывод электроэнергии не представляет проблемы и в общем невелико, то потребная мощность имеет тот же порядок, что и суммарная мощность всей ЕЭС. Требуются накопители энергии.

Как я себе представляю систему вывода ПН-спутников на орбиту на основе ЛРД:
Крылатая ступень вертикального старта и горизонтальной посадки, подобная проекту "Ураган", он же - "Энергия-2".

Только размером с "Буран".
Масса ПН - 20 тонн, требуется грузовой отсек в 200 м³ .
Масса РТ - 40 тонн, для переохлажденного водорода это 610 м³ .
Масса конструкции - 20 тонн, масса подсчитаны масштабированием масс по проекту "Энергия-Буран" + 6 тонн на водородный ЛРД (без возможности использовать атмосферный воздух в качестве рабочего тела) тягой 320 тонн. У РД-0120 масса 3,4 т при тяге в пустоте - 200 тонн.
Объем отсека полезного груза у "Бурана" - 350 м³ , а кабины экипажа - 73 м³ , общий ~ 450 м³ (с топливными баками). У носителя на ЛРД общий объем ~ 850 м^3. У "Энергии-2" общий объем в посадочной конфигурации планировался в ~2200 м³ . При невозможности достичь заданных массовых характеристик носителя можно перейти к одноразовому баку рабочего тела, тогда общий объем, защищаемый теплозащитой, сократится до 240-250 м³ .

Вывод на близкую к эллиптической орбите баллистическую траекторию, время разгона примерно 4 минуты, ускорение - 4 g, удаление носителя от точки старта в конце активного участка - порядка 1000 км, высота полета - порядка 100 километров. То есть активный участок завершается в зоне видимости стартового комплекса, над горизонтом.
После завершения активного участка производится расстыковка носителя и ПН, в состав ПН входит разгонный блок или собственные двигателя орбитального ориентирования. Через примерно 40 минут после конца активного участка разгонный блок в апогее проводит доразгон на 100-200 м/с, довыводя ПН на близкую к круговой орбиту. Что позволяет выходить на орбиту ИСЗ с ДУ, развивающие ускорение 0,2-0,1 м/с² .
Носитель совершает возврат на космодром по траектории Зингера - серией скачков от атмосферы.

Для орбитального транспортного корабля на базе носителя потребуется разместить на борту двигателя орбитального маневрирования с запасом окислителя (при использовании в качестве топлива остатков рабочего тела), стыковочное оборудование и грузо-пассажирский отсек.

S.I.>> А теперь замени единственную точку наблюдения фокусом.
Полл> Я вижу проблему: у ЛРД вылетающий из сопла газ должен через это зеркало проходить.
Ну вообще-то лазер работает импульсами. Дым успевает рассеяться.
Или. Замени объектив в той схеме зеркалом с фокусом позади срезанного параболоида. Светим с передней полусферы.

S.I.> Ну вообще-то лазер работает импульсами. Дым успевает рассеяться.
Сергей, какой нафиг "дым"? И частота импульсов явно тобой воспринимается неправильно, оцени частоту лазерных импульсов на этом видео:


S.I.> Или. Замени объектив в той схеме зеркалом с фокусом позади срезанного параболоида. Светим с передней полусферы.
Для космоса - сойдет. Для атмосферы - не прокатит. Тем более, что тут нужна система зеркал, позволяющая принимать лазерное излучение с траверза от направления полета. Тогда ЛРД можно будет запитывать от цепочки наземных лазеров, работающих последовательно.

S.I.> Не было никогда на ПВРД. Были на ПуВРД. ИМХО можно сыграть скачками уплотнения как в ПВРД и обойтись без.
да, на пульсирующих. но у нас он и есть.
Сыграть можно, но для пульсирующего - не знаю, какая картинка будет.
S.I.> Ну впрочем чего спорить - летает.
летает - как? ))
оно взлетает на скорости считанные метры в секунду, повисает, и падает.
Ни о каких суперскоростях речи нет.

S.I.> Не, чисто линейно.
ну ща )
формулу забыл? ))
Или "в военное время синус может достигать 4" ? ))

Полл> Как я себе представляю систему вывода ПН-спутников на орбиту на основе ЛРД:

Ну, сколько людей, столько мнений. По моим представлениям:
-строится площадка, усеянная многосегментными адаптивными зеркалами под каждым из которых стоит батарея волоконных лазеров (50-100кВт каждый) Зеркала расположены неподвижно, расположены под необходимым азимутом и углом к горизонту.
-рядом с площадкой энергоподстанция - ПГТУ и/или маховичные накопители.
-сам носитель выглядит ровно так, как на приведеных рисунках. В конусе-центральном теле отражателя находятся баки с рабочим телом и аппаратура, под головным оптекателем из термостойкого композита на основе кварцевого или углеволокна - ПН. Вокруг "юбки" - несколько (3-4) ЖРД с УВТ и несколько (6-8) стартовых ТТУ.
-старт на ТТУ производится ряддом с площадкой, пепелац поднимается на 500-1000м, склоняется на необходимый угол и разгоняется до 100-150м/сек. После окончания работы ТТУ, ЖРД продолжают работать, стабилизируя положение пепелаца, в области оптического пробоя создается затравочный маломощный коронный разряд и запускаются лазеры. Аппарат разгоняется по траектории под углом 30⁰-45⁰ к горизонту, для уменьшения гравипотерь и удлинения атмосферного участка траектории. Разгон в режиме ЛВРД продолжается до высоты 30-35км, на протяжении 40-50 км, до скорости 4,5км/сек с постоянным ускорением порядка 10g.
-далее начинается впрыск рабочего тела и разгон в режиме ЛРД до скорости 7км/сек на протяжении еще 40-50км до высоты порядка 100км с ускорением ~5g.
-далее сбрасывается лобовой обтекатель, пепелац и ПН разделяются в апогее траектории, ПН доускоряется до орбитальной скорости, а пепелац входит в атмосферу над "заданным районом Тихого океана" и сгорает.
ФСЁ

Fakir>>> 3. Высокие перегрузки при выведении...
S.I.> Лечатся увеличением стартовой массы.

Кинематика массой не отменяется.

Wyvern> Ну, сколько людей, столько мнений. По моим представлениям:
Wyvern> -строится площадка, усеянная многосегментными адаптивными зеркалами под каждым из которых стоит батарея волоконных лазеров (50-100кВт каждый) Зеркала расположены неподвижно, расположены под необходимым азимутом и углом к горизонту.
Для мощностей порядка десятков гигаватт, а нужны именно они, подобных лазеров потребуется порядка 100 000 штук.

Wyvern> -рядом с площадкой энергоподстанция - ПГТУ и/или маховичные накопители.
ПГТУ - . На вывод потребуется порядка нескольких гигаватт-часов энергии. Набросай ссылок на супер-маховиковые накопители, пожалуйста, как я понимаю, других реалистичных технологий с потребной отдаваемой мощностью нет.

Wyvern> -сам носитель выглядит ровно так, как на приведеных рисунках. В конусе-центральном теле отражателя находятся баки с рабочим телом и аппаратура, под головным оптекателем из термостойкого композита на основе кварцевого или углеволокна - ПН. Вокруг "юбки" - несколько (3-4) ЖРД с УВТ и несколько (6-8) стартовых ТТУ.
Запас рабочего тела посчитай. И зачем твоему аппарату ЖРД, не совсем понятно? Тем более непонятно, как эти ЖРД смогут работать, когда на них начнут гигаваттным лучом светить. Зато их выхлоп ничего хорошего для луча не сделает. У тебя после работы ТТУ допустима баллистическая пауза секунд в 10 - почему ты думаешь, что необходимы ЖРД дополнительно?

Wyvern> Разгон в режиме ЛВРД продолжается до высоты 30-35км, на протяжении 40-50 км, до скорости 4,5км/сек с постоянным ускорением порядка 10g.
А тэ-квадрат равно два эс. А равно 100, Эс равно 50 000, Тэ получается 32!! Вэ равно а-тэ, получается - 3,2 км/с.
При этом требуется тяга ЛВРД, то есть мощность лазера, порядка 15-20 взлетных масс из-за аэродинамического торможения. Классная экономия.

Wyvern> -далее начинается впрыск рабочего тела и разгон в режиме ЛРД до скорости 7км/сек на протяжении еще 40-50км до высоты порядка 100км с ускорением ~5g.
Эс равно Вэ ноль Тэ плюс А-пополам Тэ-квадрат. Возьмем не твои 4,5 км/с, а подсчитанные мною 3200 м/с как Вэ-ноль, Эс - 50 000 м, А - 50 м/с², получается: 25t² + 3200t = 50 000 => t² +128t-2000=0 => t1=14,1 cек, t2 - отрицательное число.
Вэ один равно Вэ ноль плюс А-Тэ. Снова мухлюем в твою пользу :), меняя Вэ ноль с реальных 3200 м/с на заявленные тобой 4500 м/с. Получается Вэ один ~5200 м/с.
С реальными 3200 м/с после атмосферы - Вэ один = ~3900 м/с, что совсем ни в 3,14зду, ни в Красную Армию.
Если ставить задачу достичь 7000 м/с на 5 g, то требуется (далее считаю только по реальным цифрам, полученным расчетами) приращение в 3800 м/с, то есть разгон в течении 74 секунд.
S=3200*74=25*74² = 373700 м.
Мк+Мт=1,49Мк => Мт=0,49Мк

Итого по твоей схеме:
Время активного участка - порядка 110 секунд без участка работы ТТУ.
Протяженность активного участка - порядка 450 км.
Атмосферный участок.
Время атмосферного участка - 32 секунды без учета участка работы ТТУ.
Протяженность атмосферного участка - 50 км.
Потребная тяга ЛВРД - 15-20 стартовых масс.
Перегрузка атмосферного участка - 10 g.
Заотмосферный участок.
Время заотмосферного участка - 74 секунды.
Протяженность заотмосферного участка - 374 км.
Потребная тяга ЛРД - 5 стартовых масс.
Перегрузка заотмосферного участка - 5 g.
Потребный запас рабочего тела - водорода (Удельный импульс - 10 000 м/с) = 30% стартовой массы.
_______________________________________________________________________________________________
З.Ы. Ну и ради чего ты прыгал - чтобы сократить массу рабочего тела с 50% в моей схеме до 30% в твоей? Я полагаю, старт в течении пол-минуты на 10g съест все удовольствие от этой экономии.

Сэры, вы похоже забыли что зеркала неидеальны, и даже если ваше зеркало отразит 98% луча (это почти идеальное зеркало), то из каждого ГВт на нём выделится 10МВт энергии, которую не унесёт ни рабочее тело, ни излучение, а она вся пойдёт на разогрев. Так что зеркало проживёт доли секунд, а потом стечёт или улетит.

au> Сэры, вы похоже забыли...
Сэр, объясните нам, почему ЖРД, в которых выделяются энергии тех же порядков - не стекают и не улетают? Наверное, потому что в них есть системы отвода этого тепла, верно?
Ну и: Создано лазерное зеркало с высоким коэффициентом отражения - Новости
Новое лазерное зеркало с высокой отражающей способностью может значительно улучшить конструкцию и эффективность работы лазерных оптических приборов, включая DVD-плееры и лазерные принтеры.. Новое зеркало, созданное инженерами из Калифорнийского университета, обладает такой же способностью отражать 99,9% излучения, как и обычные распределенные отражатели Брэгга (DBR), но в 20 раз тоньше их, работает в более широком диапазоне частот, и легче в изготовлении.
________________________________________________________________________________________
На порядок - полтора с тепловой мощностью ошиблись, сэр. То есть с каждого гигаватта на зеркале потребуется отводить 1 МВт тепла. Для моего проекта носителя это дает максимум порядка 24 МВт тепловой мощности на полной мощности ЛРД и 18 МВт - в среднем. Что при длительности активного участка в 220 секунд дает 3960 МДж тепла.
Теплоемкость водорода, кДж/(кг·°С): 14,442
Масса водорода = 40 000 кг.
Дельта температуры при нагреве: 3960000/(14,442*40000)= 6,855 градусов.
На "Энергии" использовался переохлажденный жидкий водород с t=-255 градусов C, то есть после прохождения рубашки охлаждения зеркала жидкий водород потребуется еще и дополнительно подогревать для его газификации .

Полл> Сэр, объясните нам, почему ЖРД, в которых выделяются энергии тех же порядков - не стекают и не улетают? Наверное, потому что в них есть системы отвода этого тепла, верно?

"Very typically most of the temperature drop occurs in the gas boundary layer since gases are relatively poor conductors"


И лишь то что прошло через этот барьер, охлаждается топливом и излучением. В лазерной схеме излучение отражается от стенок в любом случае, так что делите мощность луча на площадь стенки, умножьте на 0.02 (идеальный случай, реально 0.1), и получите мощность нагрева. Только не забудьте что ЖРД охлаждается не воздухом.

au> Только не забудьте что ЖРД охлаждается не воздухом.
Подсчитал - смотрите выше. И с реальным случаем вы ошиблись - у нас не широкодиапазонное зеркало, а зеркало узкого диапазона, специально для лазерного луча, у них коэффициент отражения - 99,9%, ссылка выше.

au>> Только не забудьте что ЖРД охлаждается не воздухом.
Полл> Подсчитал - смотрите выше. И с реальным случаем вы ошиблись - у нас не широкодиапазонное зеркало, а зеркало узкого диапазона

Вы определитесь: либо у вас гигаватты света, либо у вас "применялся алюминий-галлий-арсенид, а роль слоя с низким коэффициентом преломления исполняет прослойка воздуха ... на слое алюминия-галлия-арсенида имелись узкие канавки, расстояние между которыми не превышало длины световой волны"

Это зеркало тоньшиной 230 нанометров — для маломощных устройств, где нагрев пренебрежимо мал. У вас отражаются гигаватты. Это зеркало потеряет свои свойства быстрее, чем улетит, а улетит оно гораздо быстрее обычного металлического.

au> Это зеркало...- для маломощных устройств...
Эти зеркала используется в самих лазерах, включая мегаваттник ABL.

Полл> Эти зеркала используется в самих лазерах, включая мегаваттник ABL.

Путаетесь в показаниях Зеркало по вашей ссылке только что придумали (15.02.2007), а ABL уже забыли: Air Force has not requested any further funds for the Airborne Laser and Air Force Chief Schwartz has said that the system "does not reflect something that is operationally viable.” — 26.02.010.

au> Путаетесь в показаниях
Читать внимательнее надо.

au> Зеркало по вашей ссылке только что придумали (15.02.2007)
И отличается это зеркало от ранее применявшихся распределенных отражателей Брэгга - в двадцать раз меньшей толщиной и простотой изготовления при том же коэффициенте отражения.
Про использование этих зеркал в лазерах - в той же статье последний абзац.

au>> Путаетесь в показаниях
Полл> Читать внимательнее надо.

Читать что? Ссылку на слоёное зеркало ABL c отражением 99.9%? Вы её не дали. А то что вы дали, то я прочитал — к вашей теме нанометровые зеркала отношения не имеют абсолютно никакого.

Полл> Про использование этих зеркал в лазерах - в той же статье последний абзац.

Нет там ни слова про зеркало ABL. А маломощное тут не в тему абсолютно — вы ГИГАВАТТЫ хотите отражать.

au> Нет там ни слова про зеркало ABL. А маломощное тут не в тему абсолютно — вы ГИГАВАТТЫ хотите отражать.
Нет понятия "маломощное зеркало". В оптических резонаторах лазерных систем используются зеркала с коэффициентом отражения в 99,9% и выше.

Для этого выходное, плоское зеркало сделано с немного меньшим коэффициентом отражения (99,6-99,7%).