Новые мысли на старую тему

Нет, по-моему, в технической литературе более темного вопроса, чем тема ядерных импульсных двигателей. Особенно в том, что касается их возможной эффективности. Я не нашел ни одной публикации о том как же ее собственно говоря считать. Приводимые в различных источниках цифры удельного импульса весьма противоречивы и, как правило, значительно (на порядок) занижены по сравнению с требующимися характеристическими скоростями для приводимых там же операций. Ну, например, в наиболее полной статье об Орионе в Сети «Project Orion Its Life, Death, and Possible Rebirth» («Проект Орион: его жизнь, смерть, и возможное возрождение») приводится такой вариант. Восемь астронавтов, с около 100 тоннами оборудования и обеспечения, совершают экспедицию на Марс за 125 дней. При этом 45% стартового веса корабля на околоземной орбите составляет полезная нагрузка. Корабль должен был монтироваться на орбите двумя пусками ракеты «Сатурн-5». Привожу фото модели этого корабля
airbase.ru/sites/serg5591.narod.ru/orncon2.htm
Сказано, что модуль двигателя массой 90,6 тонн с диаметром тяговой плиты 10м имел Isp от 1800 до 2500 секунд и должен был бы обеспечить старт с околоземной орбиты, торможение для выхода на орбиту вокруг Марса и старт с нее к Земле. Итак, если 45%=100тоннам, то стартовый вес корабля на орбите составляет 222,2т. Что вполне согласуется с заявленным выводом двумя «Сатурнами-5».
Дальше начинаются неувязки: при конечной массе полезная нагрузка + модуль двигателя = 190,6 тонн отношение масс 222,2/190,6=1,17. При Isp 2500сек - ХС=3,85км/сек. Даже для полета в один конец за 125 дней не хватит! Для такого полета ХС=45км/сек, Уи должен быть не менее 10000сек. Тогда конечная масса получается 142 тонны – более-менее похоже на правду.
Или такой пример - “Удельный импульс пульсирующего ЯРД определяется, как и в случае любого другого РД, отношением величины тяги ко всей массе рабочего тела, расходуемой в единицу времени. Однако в данном случае в эту массу входит как масса "обычного" рабочего тела, так и масса ядерных зарядов (которые тоже являются рабочим телом, но только используемым "необычным" образом). С целью увеличения удельного импульса таких ЯРД было предложено использовать ядерные заряды специальной формы, которая обеспечивала бы большую направленность взрыва в сторону космического аппарата, а также заключать заряды в специальные оболочки, при мгновенном испарении которых создавалась бы ударная волна.
Согласно расчету осредненный по времени удельный импульс пульсирующих ЯРД может составить, примерно 1100 м/сек (ого как!) в случае использования обычных ядерных зарядов (с делящимся веществом) и примерно в 5 раз большую величину в случае использования термоядерных зарядов. Что касается мгновенных значений удельного импульса, то они на несколько порядков превышают осредненные”.
И чуть ниже пишут:
“Расчеты показали, что ракета с таким ЯРД при стартовой массе около 3600 т смогла бы доставить на поверхность Луны полезный груз в 680 т. Для этого потребовалось бы взорвать 800 бомб общей массой 525 кг, (?!) а всего израсходовать около 800 т рабочего тела (с учетом легко испаряющегося низкомолекулярного вещества, нанесенного на буферную плиту).”
В последнем примере, взятом по видимому, из книги Паневина, Прищепы и Хазова «Космические ядерные ракетные двигатели» М. Знание 1978г. явно имелось в виду, что масса ОДНОЙ бомбы 525кг. Общая масса бомб 800*0,525=420тонн. Расходуемая масса = 800т рабочего тела + 420т зарядов=1220т. Конечная масса ракеты 3600-1220=2380тонн. Тогда ln(3600/2380)=0,41. При ХС для полета с поверхности Земли и мягкой посадки на Луне равной 15км/сек, “ осредненный по времени удельный импульс ” должен быть 36246 м/сек. Всего лишь в 32 раза больше приведенного в той же статье.… К стати кто знает что такое “мгновенные значения удельного импульса”?
Во втором издании книги К.А. Гильзина «Электрические межпланетные корабли» М. Наука, 1970г. приведены такие данные для ядерно-импульсного двигателя - Уи до 100000 сек и даже (со ссылкой на реферативный журнал «Исследования космического пространства», VI, 1967, реф. 6.62.287-8,) 200000сек.
Разброс от 1100м/сек, до 2000000м/сек – почти в две тысячи раз! Кто прав?
Конечно, эффективность двигателя питаемого взрывами ядерных зарядов во многом зависит от конструкции этих самых зарядов. А это дело все еще секретное – хотя изготовлению бомбы препятствует не недостаток информации, а отсутствие нужных материалов у террористов.
Но можно попытаться на основе открытой информации все-таки приблизительно посчитать.
Сначала надо разобраться с конструкцией двигателя.
Множество конструкций было предложено в конце 40-вых и 50-х прошлого века, чтобы обойти ограничения температуры и эксплуатировать огромную мощность атомной бомбы, оцененной в 10 миллиардов лошадиных сил для устройства небольшого размера. В начале, по аналогии с ЖРД, предлагались конструкции с большими (десятки метров в диаметре) «камерами сгорания», см. например проект “Helios”:
[img]http://airbase.ru/cache/sites/.../468x468/Helios.gif[/IMG]
Но довольно быстро проектировщики сообразили, что любая камера вынуждает ограничивать мощность и температуру, а следовательно и эффективность двигателя и в 1955 Stanislaw Ulam и Cornelius Everett предложили удалить камеру сгорания полностью. Взамен выбрасываемые назад из аппарата ядерные заряды сопровождались твердотопливными дисками. Взрывы испаряли бы диски, и возникающая в результате плазма толкала плоскую тяговую плиту-поглотитель импульса (momentum absorber) с высоким ускорением (в принципе, для расчета Уи, неважно отражает плита плазму или испускает). Такая система не ограничена ни температурой, ни мощностью.
airbase.ru/sites/serg5591.narod.ru/orion.htm
Затем Тейлор («отец» американской водородной бомбы) предложил вместо топливных дисков объединить ракетное топливо (вернее рабочее тело) и бомбу в единый «модуль импульса». Я долго не мог понять смысл этого. Ключ к пониманию нашелся на Авиабазе, в идее гиперкумулятивного заряда предложенной Nick_Crak. Действительно, если в схеме водородной бомбы Улама-Тейлора
[img]http://airbase.ru/cache/sites/.../468x468/Tellerulam.gif[/IMG]
оставить открытым торец, то получится гиперкумулятивное устройство со сжатием рабочего тела рентгеновским излучением первичного ядерного заряда. Скорость выброса струи из гиперкумулятивных зарядов с использованием химических ВВ достигает 100км/сек, т.е. примерно в десять раз больше скорости сжатия. Скорость радиационной имплозии (сжатия) в термоядерных зарядах может превышать 1000км/сек. Значит при использовании гиперкумулятивной схемы можно получить скорость истечения рабочего тела (например гидрида лития) более 10000км/сек! По-видимому, в этом и заключалась суть предложения Тейлора.
Можно преобразовать энергию рентгеновских лучей, а как здесь справедливо отмечали 80% энергии ядерного взрыва выделяется в виде рентгеновских лучей, в кинетическую энергию относительно небольшого количества вещества движущегося в одном направлении с очень высокой скоростью. И не нужно считать «геометрический КПД» - энергия не рассеивается во все стороны равномерно.
Своего рода «камера сгорания» есть и здесь, только вне корабля. Эта «камера сгорания» инерционного типа существует всего 100-800 наносекунд, зато может работать при фантастических параметрах - температура сотни миллионов градусов и давление триллионы атмосфер. Никакие магнитные системы удержания плазмы никогда не сравняться с ней по эффективности. Конечно к расходуемому рабочему телу при подсчете эффективности двигателя придется прибавить и массу одноразовой «камеры сгорания».
Теперь можно посчитать Уи. Возьмем за основу «модуля импульса» термоядерный заряд W80. Длина 80см, диаметр 30см, вес 131кг, мощность 150-200кт.
airbase.ru/sites/serg5591.narod.ru/W80handle260.htm
Предположим, что за счет синтеза выделяется 80% энергии – остальное дает запал и деление оболочки. Тогда заряд должен содержать примерно 2-3кг дейтерида лития-6. Как писали на fas скорость обжатия для W80 570км/сек. Заменив дейтерид лития-6 гидридом природного лития, а обжатие - на выброс гидрида по гиперкумулятивной схеме, отказываемся от термоядерной составляющей взрыва. И получаем «модуль импульса» выбрасывающий 3кг вещества со скоростью 5700км/сек. Эти 3кг отражаются тяговой плитой назад с практически той же скоростью. Плита, через систему амортизации передает импульс кораблю. При одном взрыве в секунду, средняя тяга составит 5700000*3/9,81=1743000кг. По определению: «Удельный импульс пульсирующего ЯРД определяется, как и в случае любого другого РД, отношением величины тяги ко всей массе, расходуемой в единицу времени». В расходуемую массу включаем всю массу «модуля импульса». Уи получается равным 1743000/131=13306сек или 13306*9,81=130500м/сек.
Тогда становятся реальными быстрые полеты к Сатурну и другим дальним планетам. По-видимому, для них предназначался этот ряд «Орионов» десятиметрового диаметра.
[img]http://airbase.ru/cache/sites/.../468x468/Orioni.gif[/IMG]
и «Альдебаран»

Самое интересное, что эти фантастические корабли могли бы существовать уже сегодня.
Более того уже сегодня вполне возможен полет человека к звездам - был проект звездолета стартовой массой 400000 тонн, 2/3 этой массы составляли 300000 термоядерных зарядов мощностью в 1Мгт каждый. Полезный груз составлял 40000 тонн. Взрываясь каждые три секунды за 10 суток заряды сообщали кораблю скорость 10000км/сек или 1 парсек в столетие. Стоимость проекта оценивалась 10% ВНП США. Нужны ли полеты к звездам на протяжении жизни нескольких поколений людей – это уже, так сказать, другой вопрос. Но автоматический зонд с меньшей полезной нагрузкой и при многоступенчатой ракете мог бы достигнуть 10% скорости света и достичь ближайших звезд за время жизни одного поколения людей.
Для выхода за пределы атмосферы корабля любой массы достаточно 60 ядерных взрывов «чистых» зарядов. С 1945 по 1963 в атмосфере произвели более тысячи взрывов, в том числе и весьма грязных, что увеличило общий радиационный фон аж на 0,7%. Если же удастся инициировать термоядерную реакцию без взрыва деления, экологический барьер вообще исчезнет.

Проект Дедал весил 40 тысяч тонн (не 400) (кстати, 2/3 от 400 - это меньше 300). Он, насколько помнится, стоил 1 трлн долларов - в далёком 73 это, наверное, было больше 100% ВНП США, да и сейчас, наверное, около 50%, но я могу ошибаться. С другой стороны, с того момента, как на Луне нашли неорганическую нефть... то есть He-3, стоимость проекта сильно упала. С третьей стороны, Адрон в соседнем топике, "Неустранимая проблема в межзвёздных перелётах", говорит, что при высокой скорости некуда встречный газ девать... так что проблемы вроде есть пока...

Кстати, Адрон, уже много времени прошло нельзя ли ещё раз привести аргументы, почему не получится?.. С примерными промежуточными результатами расчётов?

amvich>Он, насколько помнится, стоил 1 трлн долларов - в далёком 73 это, наверное, было больше 100% ВНП США, да и сейчас, наверное, около 50%, но я могу ошибаться.

В 73 1 трлн - это было 40% ВНП. Сейчас 10%, но думаю и стоимость пепелаца выросла. Уверен, что в 4 трлн его не запихнуть, разве что реализовать "Нову" или "Барбариан"

Инфляция, конечно, но мне кажется, лунный гелий понижаем стоимость сильнее, чем инфляция повышает... а тут ещё и другие успехи космических технологий... вон один полёт на Луну как подешевел...

amvich>Инфляция, конечно, но мне кажется, лунный гелий понижаем стоимость сильнее, чем инфляция повышает...

Мне вот интересно каким это макаром вообще может гелий3 снизить стоимость? Можно подумать что в этих двигательных ядерных зарядах тритий применяеться.

amvich>вон один полёт на Луну как подешевел...

Конечно, если его обкорнать до предела, снизив стартовую массу к Луне на порядок, да еще и взять Российскую технику А вот если привести цены в соотвествие - думаю окажеться что не так уж и подешевел.

avmich>Проект Дедал весил 40 тысяч тонн (не 400) (кстати, 2/3 от 400 - это меньше 300). Он, насколько помнится, стоил 1 трлн долларов - в далёком 73 это, наверное, было больше 100% ВНП США, да и сейчас, наверное, около 50%, но я могу ошибаться.
Так Дедал базируется на несуществующих технологиях - а тут старая давно освоенная.
С третьей стороны, Адрон в соседнем топике, "Неустранимая проблема в межзвёздных перелётах", говорит, что при высокой скорости некуда встречный газ девать... так что проблемы вроде есть пока...
То на релятивистских скоростях, на 10%С запрет Адрона не распространяется, надеюсь

>Так Дедал базируется на несуществующих технологиях

Ну, зато не надо научных прорывов. А технологии и развить можно. См. Королёва в 50-е - 60-е годы, например, или "Цивилизацию"

(И это про Дедал говорит человек, начавший тему!.. )

CaRRibean, "Дедал" проектировался под гелий-3 в виде топлива, так? В стоимость проекта входила добыча этого гелия-3, что в 73-ем планировалось делать захватом из атмосферы Юпитера. Тогда ещё на Луне гелий-3 не открыли. Уверен (и не только я?), если добывать топливо с Луны, стоимость сильно снизится.

Встречный вопрос - а причём тут тритий?..

Запрет Адрона при дедаловских скоростях, вроде, не очень мешает. Так что пока что можно лететь... интересно, конечно, оценку стоимости Дедала сделать в сегодняшних ценах.

Вообще, конечно, интересно провести оценку, какой гелий дороже. Вот будет смех, когда RD окажется прав, и на Луну летать незачем . Шутка.

Мне кажется, навскидку, что до Луны скрепер дешевле доставлять, чем насос до Юпитера, и стоимость тут в основном в доставке, а не в самом оборудовании. Но это надо анализ типа британского проводить тогда уж на полную катушку всё учитывать - и дешёвые Союзы, и идеи с PERMANENT: Asteroid mining, space colonies, commercialization, и препятствие Адрона...

>>Так Дедал базируется на несуществующих технологиях

avmich>Ну, зато не надо научных прорывов. А технологии и развить можно. См. Королёва в 50-е - 60-е годы, например, или "Цивилизацию"
Я имел в виду то, что никому до сих пор не удалось провести термоядерную реакцию (даже D+T) без взрыва деления. Орионы базировались на существующей технологии атомной/водородной бомбы.
avmich>(И это про Дедал говорит человек, начавший тему!.. )

avmich>CaRRibean, "Дедал" проектировался под гелий-3 в виде топлива, так? В стоимость проекта входила добыча этого гелия-3, что в 73-ем планировалось делать захватом из атмосферы Юпитера. Тогда ещё на Луне гелий-3 не открыли. Уверен (и не только я?), если добывать топливо с Луны, стоимость сильно снизится.

Не уверен. Добыча полезных ископаемых в твердом виде обычно дороже чем в газообразном. Реголит Луны надо перелопачивать скреперами ( к стати, что на это скажут зеленые ) А газ Юпитера или лучше Сатурна (см. База на Сатурне)сам потечет к установке по разделению изотопов. Если гелий-3 будет освоен как топливо, то к Сатурну вышепоказанный "Альдебаран" сможет раз в 3 года летать. Уголь Донбасса ближе к Европе чем газ Ямала, но газ все-таки дешевле.

S.I.>Ключ к пониманию нашелся на Авиабазе, в идее гиперкумулятивного заряда предложенной Nick_Crak.

Для точности - гиперкумулятивные заряды подробно описаны в книге "Физика взрыва" Станюковича и др 1959 г. издания (на столе). В настоящее время модификация специзделия "Ключ" для быстрого "открывания" замков спецназом использует такой принцип. Слышал, что в Москве можно достать баксов за 40 без "Питона".

>>Так Дедал базируется на несуществующих технологиях

avmich>Ну, зато не надо научных прорывов. А технологии и развить можно.

avmich>"Дедал" проектировался под гелий-3 в виде топлива, так?

Полагаю, что позитивное радикальное решение проблемы грязных ядерно-импульсных аппаратов может быть найдено в малых ТЯ зарядах с гиперкумулятивной инициацией на основе HE-3 и более высокоэффективного ВВ, чем существующее. Понятно, что существующие технологии в лучшем случае ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО запустят только DT. Поскольку это технологии двойного назначения - ими необходимо заниматься исключительно в рамках госструктур. Да и доступ к экспериментальным DT мишеням хорошо бы ограничить по понятным причинам. Переход с дорогих с малым КПД лазеров и ускорителей тяжелых ионов на дешевое ВВ - чем не решение проблемы.Бункер под 100000 зарядов с 100-500 кг тротилового эквивалента при массе зарядика до килограмма - и "Дедал" полетел.

А вот визуализация двумерного расчета взаимодействия ударной волны заряда с плитой. На 5 слайде стрелками показан "минус градиент плотности" -(grad(u)). Также физически понятно, что кпд движителя будет определяться отношением телесного угла, под которым видна из заряда плита к 4 пи.

Здесь я кратко сформулировал некоторые цели и задачи

простите?
А что будет с экипажем "ОРИОНА" после "ЗАПУСКА"
подобного "ДВИЖЕТЕЛЯ"

kiss>простите?
kiss>А что будет с экипажем "ОРИОНА" после "ЗАПУСКА"
kiss> подобного "ДВИЖЕТЕЛЯ"

При нормальной радиационной защите, - ничего, кроме ощущения, что сидишь на отбойном молотке (это при 4 Гц)

А что люди способны длительно переносить более 10G?

4грц- это частота взрывов?

Так Адрон же вроде в том же топике показал, что Ваше рассуждение неверно?.. В пух, так сказать, и прах?

Кое-какие вычисления по Дедалу я уже делал в топике "Перспективы термоядерных двигателей". Там у Дедала действительно выходил уд. импульс порядка 10⁶ с. А значит, вполне достижима скорость в 10% света.

avmich>Адрон в соседнем топике, "Неустранимая проблема в межзвёздных перелётах", говорит, что при высокой скорости некуда встречный газ девать... так что проблемы вроде есть пока...

Я не понял, чего это вы?? Я же вот здесь Перспективы термоядерных двигателей уже разбил в пух и прах Адроновскую проблему "Неустранимая проблема..." Подсчёт показал, что даже на скоростях 0,9с никакого ощутимого сопротивления движению межзвездный газ не оказывает.

To avmich:
Нет, Адрон не опроверг моих расчётов. Как я не пытался выяснить, где моя ошибка, он так и не сказал. Кроме того, я раскрыл физическую ошибку в его рассуждениях. Как у него не просили предоставить его расчёты, он их так и не предоставил. Ну впрочем они мне были и не нужны, поскольку суть его ошибочных рассуждений я и так понял. Внимательнее читайте посты. А если вам кажется, что это всё не так, ткните меня туда, где видна моя неправота.

И потом, неужели вы всерьёз считаете, что все остальные учёные кроме Адрона дураки и не заметили бы проблемы, если бы она была? Почему те же создатели концепции Дедала из BIS упомянули межзвёздный газ лишь как источник высокой радиации, а не как тормоз на пути корабля, а? Это лишний раз подтверждает правильность моих расчётов.

А Ваши расчёты можете здесь привести? Или указать, где они есть?

DIJ>И потом, неужели вы всерьёз считаете, что все остальные учёные кроме Адрона дураки и не заметили бы проблемы, если бы она была?

БЛИН!!! Да расчет БАНАЛЕН! На это обратили внимание еще до меня! "Сборник задач по общей физике " "Оптика" изд 4 перераб и доп. под редакцией Сивухина ДВ. М,Наука, 1977 Раздел "теория относительности..." аналогичная моему расчету задача 641 - "Чему равна интенсивность корпускул. косм. изл. на КА обусл. наличием в межзвезной среде атомов водорода с плот 1см-3 ... " и т.д. лет. с уск 10 м*с-2

ответ- P(t)=N0*MH*c²*a*t*sqrt(1+a²*t²/c²).При этом v(t)=a*t/sqrt(1+a²*t²/c²).Ну у нас народ и ленив! Два месяца назад предлагал заглянуть в курс общей физики. Без обид, ладно?

Ну и как вы считаете, на сколько процентов сгенерированная от набегающего потока в КА радиация, поглощенная в КА, передаст ему свой импульс? Думаю, что в первом приближении, почти на 100%! Вот вам и торможение.

DIJ>Я не понял, чего это вы?? Я же вот здесь Перспективы термоядерных двигателей уже разбил в пух и прах Адроновскую проблему "Неустранимая проблема..." Подсчёт показал, что даже на скоростях 0,9с никакого ощутимого сопротивления движению межзвездный газ не оказывает.

Адрон, нет у меня Сивухина под рукой . Можно расчёт похожей задачи - только ускорение равно 0, а скорость равна v?

avmich>Адрон, нет у меня Сивухина под рукой . Можно расчёт похожей задачи - только ускорение равно 0, а скорость равна v?

Добавил V(t)-> поставьте V=0,9C,найдите t, подставьте в P.Если в системе СИ - получите ответ в Дж/(м²*с).