Почитал комменты к статье "Инновационный российский плазменный двигатель доставит до Марса за 60 дней". Набил шишку на лбу, прикладывая ладонь. Не могу молчать, должен просвятить темную необразованную публику АШ.
Как космические корабли бороздят просторы? С помощью реактивной тяги. Формулу Циолковского знаете?
v_ракеты = v_реактивных_газов * ln { ( m_реактивного топлива + m_ракеты) / (m_ракеты) }
Кому непонятно, читайте википедию или учебник какой.
О чем говорит эта формула? Под логарифмом отношение масс топлива и остальной ракеты. Логарифм штука такая, его очень сложно сделать существенно больше единицы. То есть скорость ракеты очень сложно сделать заметно больше скорости реактивных газов. Для химических двигателей скорость реактивных газов порядка 3 км/с. Поэтому просто вывести ракету на орбиту - большое достижение, ведь первая космическая аж 8 км/с, а 8 в несколько раз больше 3, то есть отношение масс (которое под логарифмом) надо сделать равным десяткам-сотням.
Когда надо лететь на Марс или хоть даже Луну, все становится совсем грустно. Туда - вторая космическая (12 км/с), обратно - еще сколько-то км/с. Маневрировать - еще несколько км/с. Все эти скорости складываются. Соотношение масс под логарифмом улетает в небеса. Все, приехали - делаем ракету на сотни тонн, чтобы запустить космический аппарат в сотни кг в один конец.
Теперь берем электрический двигатель - там скорость истечения можно сделать сколь угодно большой. В теории можно поставить ускоритель и выкидывать хоть ядра атомов с релятивистскими скоростями (формула Циолковского уже работать не будет, надо выдумывать формулу Эйнштейна-Циолковского, она наверняка уже выдумана, но я ее сходу не напишу).
Но тут мы приходим ко второй формуле, которую изучают в школе на уроках физики в 8-м классе:
E = m * v^2 / 2
Это какую энергию надо затратить, чтобы ускорить наши частицы. Чтобы испускать сильно быструю реактивную струю, надо очень много энергии. Тут торг: раз мощности не очень много, можно сделать скорость меньше, а расход больше, и тяга будет побольше, но бак быстрее закончится. Либо скорость больше, расход меньше - будем лететь медленно, но улетим гораздо дальше.
Все это естественно работает только в космосе, где тяга даже в 1 грамм, действуя месяцами и годами, может увести многотонный аппарат куда угодно. Для выхода на орбиту используйте обычные ракеты.
Если взять типичную массу космического аппарата и типичную скорость, которую ему надо набрать для полета к Луне/Марсу туда и обратно в течении месяцев, приходим к таким цифрам (я как-то прикидывал на калькуляторе, призываю комментаторов повторить эти расчеты в качестве упражнения):
- Мощность сотни киловатт, а лучше пару мегаватт, или даже десяток мегаватт.
- Скорость истечения - десятки-сотни километров в секунду.
Сейчас космические аппараты питаются от солнечных батарей. Солнечные батареи всей МКС - 300 кВт, но ее строили за миллиарды долларов с помощью Шаттлов. Вторую такую сейчас не сделать, тем более для полета на Марс с туманными перспективами возврата.
Откуда взять хотя бы жалкие 500 кВт в космосе?
А вот откуда. В районе 2010-го года появились новости о разработке космического реактора. Позже ему дали название Зевс.
Что это за зверь?
Реактор - понятно, там уран, плутоний, он греется. На Земле реакторы греют воду, получают пар. В космосе реактор может греть гелий.
Разогретый гелий крутит турбину.
Дальше по законам термодинамики гелий надо остужать. Как это сделать в космосе? Можно рассеивать тепло в виде излучения. Опять же, если посчитать на калькуляторе, то хватает радиаторов площадью десятки-сотни квадратных метров, нагретых до нескольких сотен градусов (формула называется закон Стефана - Больцмана, если что).
Итого компоновочная схема.
В одном конце аппарата - реактор. К нему цепляется длинная штанга, которая нужна, чтобы отдалить источник радиации от полезной нагрузки. Рядом со штангой огромные треугольные лопухи охладителей, которые при работе светятся тусклым красным светом, потому что горячие. Треугольные - чтобы быть в радиационной тени, создаваемой небольшими противо-радиационными экранами у реактора.
Такую картинку издавна рисуют любители жесткой научной фантастики. К сожалению, этот тип научной фантастики настолько жезок, что вызывает тоску, поэтому мало кто видел эти картинки. Но если поискать, они появились как бы не в 60-х годах еще.
Так вот, наш реактор сначала задумали на 1 мегаватт.
Макет турбины я лично видел на МАКСе где-то в районе 2014-го года.
Холодильники хотели сделать капельными: капли масла летят по космосу и улавливаются на другом конце. Такие эксперименты проводили на МКС, вроде, не очень удачно.
Были новости, что мощность в проекте уменьшили вдвое.
Были новости об уточнении планов, о старте как раз к 2030-му году.
Были новости, что проект готовится, и даже фото элементов конструкции на этапе сборки.
И тут появляется двигатель. Мощность как раз 300 кВт. Старт как раз к 2030-му году. Скорость истечения 100 км/с. Тяга 6 ньютонов вычисляется по простой формуле выше. Этого хватит и для Луны, и для Марса. Ну то есть маловато, конечно, не до комфорта, но если ужаться, то хватит. Может на следующей версии реактора будет и побольше.
И да. Луна и Марс - это хорошо, но главная польза от данной конструкции - на околоземной орбите. Слышали ли вы об опасности космического мусора? Ну, об этих постоянных случаях столкновения спутника с обломками? Не слышали? Ну, после 2030-го года услышите. Ведь только орбитальный буксир с реактором может очистить космос от мусора. Химические ракеты требуют одного запуска на один кусок мусора, ну максимум на 2-3 куска на близких орбитах. Дальше надо маневрировать на орбите, для этого нужна скорость, топливо, формула Циолковского, все, приехали. Но даже если нам не жалко пускать по ракете на каждый кусок мусора - с того запуска появится еще мусор: последние ступени ракеты, например. А буксир с реактором может облететь сразу много орбит, и их всех очистить.
Кстати, о столкновениях в космосе. 12 февраля, день Российских Космических Войск Специального Назначения. Историческая справка: в этот день 12.02.2009 был успешно проведен первый космический таран американского военного спутника на околоземной орбите. Как раз новость к дате. Надо будет не забыть отметить послезавтра (уже практически завтра).
Комментарии
Ньютон кг*м/сек^2
6 ньютонов это на 6 кг для ускорения 1 м в сек. Кв.
Не маловата масса?
Скорость истечения 100км/с, значит удельный импульс с рабочего тела в ~30 раз выше химического топлива.
Да, мощность энергоустановки и двигателя невелики, значит РТ будет вырабатываться часами, днями и месяцами, но оно того стоит.
зы. Я так понимаю, тягу двигателя можно регулировать при постоянной мощности. Можно снизить скорость истечения, увеличить расход РТ и тяга увеличится. Опция для VIP.
У ионных двигателей, которые не из фантастических книжек, тяга в микро-ньютонах ) Но рабочее тело расходуется, да. Тормозить чем, пока не придумали, кроме классического 1000 лет разгоняемся, 1000 лет тормозим.
Так других вариантов и нет. Если только на конечной части пути использовать гравитационный колодец. Но то такое, малейшая ошибка, и - привет.
Как ИТ-шник, могу только посоветовать не ошибаться. Как бывший сотрудник ОПСОС могу сказать, что не ошибается тот, кто ничего не делает.
Чисто теоретически есть вариант не тормозить. Челноковать от планеты до планеты, разворачиваясь гравманёвром + коррекция орбиты.
А смысл? Чисто исследовательская задача, на фундаментальную науку нет очереди желающих вложиться.
Смысла курсировать по одному маршруту - немного, согласен. Во всяком случае пока нет устойчивой нужды в обмене материальными вещами со второй точкой маршрута. Но вот например как сейчас возят на орбиту спутники, челноком можно например до Нептуна, а по маршруту запуск "локальных" исследовательских КА - любых, вплоть до северокорейских.
Скорость истечения 100 км/с - нет, это удельный импульс
Вы веткой ошиблись. Но p = m * v, так что импульс должен измеряться в кг*м/с.
А удельный импульс?
С мест подсказывают, что таки да, удельный импульс это импульс, делённый на массу и единица измерения м/с, но он совпадает со скоростью истечения реактивной струи. Поймите правильно, я не то что вас "учу" (да и сам-то я физику редко вспоминаю), мне просто действительно хочется максимально корректно понять исходное сообщение. Вот заодно вспоминаю )
Там ище и пополам скорость истечения надоть.
Раньше у ионных двигателей атомного реактора не было. Мощность их ваттами измерялась.
Тут планируется несколько ИД по 300КВт чтобы раскачать мегаваттный реактор. И пара десятков ньютонов могут месяцами разгонять и тормозить буксир. До Луны быстрее на химических летать, до Марса поровну, дальше ИД без альтернативы.
Ну, ок, пусть будет гигават на движок, рабочее тело отменили? Ну не умеем мы пока без f=m*a
6 ньютон это 612 грамм , точнее 611.8297277868
Говоря "грамм" Вы имеете в виду МАССУ или ВЕС?
Если массу, то Ваше высказывание лишено физического смысла. Если вес, то Вы имеете в виду, что массу 612 грамм при помощи силы 6 ньютон мы можем обеспечивать ускорением 9,81м/с*с (земное). А в реплике на котрую Вы ответили шла речь про ускорение только в 1м/с*с.
Конечно вес. Это единица силы в технической системе МКС (метр-килограмм-секунда).
Удивительно, что это требует разъяснения.
Мы говорим о космосе. Как там вес рассчитывать? В невесомости, когда Же совсем не 9,8?
Потому о стандарте СИ только есть смысл рассуждать.
Такой вес, из системы единиц. Причём тут космос. Это не более чем приведение к привычным мерам.
Вообще, поразительно. Люди совсем разучились понимать физический смысл.
F = m*a
F = 6H
m = 6000кг (предположим)
а = F/m = 0,001м/с2
Итого с первой космической (7900м/с) до второй космической (11200м/с) будем разгоняться
t = (V2 - V1) / a = (11200 - 7900) / 0,001 = 3300000с = 38 суток
И это только для того, чтобы уйти с орбиты Земли...
m = 3000кг ~19 суток
m = 1500кг ~ 10 суток и т.д.
Так что за месяц до Марса больше полутора тонн не долетит...
Так считать нельзя. Тут вообще на пальцах - при малой тяге и длительном разгоне - прикидывать нельзя.
Траектория у вас будет напоминать раскручивающуюся спираль. А тут ещё и несколько больших тяготеющих небесных тел.
Расчитывается только численно.
О, вы молодец, посчитали. Только на заглавной картинке масса указана как 22 тонны.
Да, разгоняться несколько месяцев, но другого варианта просто нет.
То есть Вы даже не поняли почему именно в том конкретном случае это таки ТРЕБУЕТ разъяснения?
Оригинально...
Мне не нравится одно - медленно. Потенциал всего мероприятия (ядерно-электрический буксир) даст человечеству (России) взрывной рост технологического развития. И военного.
Я бы в эту программу вкладывал максимальные ресурсы.
Пока систему не почистили, вваливать большие деньги может оказаться нерациональным. Особенно в ситуации - пока - сильной ограниченности числа нужных специалистов. Всему своё время, не переживайте. У РФ в этой теме ещё немало козырей в рукаве, о которых большинство сегодня даже близко не догадываются.
Если этим не заниматься, специалисты и не появятся.
Тут есть нюанс. Запад, похоже, в реальный управляемый гиперщвук так и не сможет. Поэтому ц них остается один выход - располагать ракеты на более близком расстоянии. Так как наша территория достаточно большая, то им придется строить орбитальные ракетные платформы.
Если приеять эти рассуждения, то орбитальный буксир, способный уничтожать эти платформы, жизненно необходим. И тут разговор не о эффективности вложений ресурсов.
Судя по недавним событиям в Пентагоне могут решить пойти более дешёвым путём, "ассиметричным" "Орешнику".
По мировым СМИ прошло сообщение, что в США намереваются начать испытания ядерных зарядов (ЯЗ) путём химических подземных взрывов, с прерыванием цепной реакции.
Такие испытания не нужны для уже проверенных плутониевых/водородных ЯЗ, встроенных в авиабомбы, КР, МБР, РСД. С ними испытания давно закончены.
А тут, похоже, они решили возобновить запрещённую в 1990ых между СССР/Россия-США программу разработки плутониевых минизарядов. Такие уже были разработаны в армиях США/СССР, но -- "плохо" мобильные (2 пехотинца с ранцевым фугасом на ~150-200 кг) и недостаточно мощные (до 700 тонн эквивалента). Всякие другие "экзотичные" изотопы (типа, Калифорния) -- не удовлетворяли требованиям "миниатюрного" армейского применения (высокие требования к хранению, транспортировке, риски взрыва, быстрой порчи изотопного состава и облучения ...).
А вот если "поэкспериментировать" с плутониевым изотопным составом на ранее запрещённых по договору испытаниях, то можно надеяться в итоге получить взрывное устройство с плутониевым минизарядом весом 15-30 кг. и мощностью 3-5+ килотонн.
Такое ядерное подрывное устройство затем вешается на углепластиковый БПЛА. Низколетящий, с наводкой по инерциалке и по GPS. "Малозаметный" для радаров эшелонированной ПРО/ПВО ввиду габаритов, электродвижка и материалов. БПЛА запускаются ночью, сразу в нескольких экземплярах на ближние города -- с ближних территорий (аккумуляторы!). И списать потом на хохлов-самоделкиных, приготовивших это из РАО с советских АЭС.
Вот тут хорошо бы вспомнить как сильно "потрепало" в 2020 2,5-миллионный Бейрут взрывом склада селитры мощностью в 1,5 килотонны. Морской бейрутский порт был капитально разрушен, население и городские службы приличное время были дезорганизованы.
А тут -- сразу несколько БПЛА на города типа Орел, Курск, Брянск, Воронеж, Санкт Петербург (Ленинград), .... с 2-5 килотоннами на борту. Вспомним, что уже ряд БПЛА долетали и врезались в здания в Москве, и это ещё были достаточно крупные в габаритах и радаро-заметные БПЛА, учитывая вес взрывчатого вещества (ВВ).
.
И вызовет это старт ракет со всех рабочих точек. К счастью, не все в США идиоты.
Прерывание реакции - очень не хорошее действо, ибо взрыв оставит после себя не хидое такое радиоактивное пятно.
Бесрилотники с ядерным зарядом давно уже известны и есть в наличии, называются они крылатые ракеты, летящие на малой высоте.
Атака отдельных целей не принесет победы, и приведет к ответным ударам. Массовый старт приведет к тому же.
Американцы же сами сообщили, что взрывы будут -- глубоко подземные.
.
Да и бумажный голубь тоже беспилотник. Проблемы в небольших нюансах.
Иначе не городили бы запрещение разработки ядерных плутониевых минизарядов отдельными пунктами в договоре США-СССР/Россия, и на уровне ООН (подготовка ДНЯО). И на современных КР летят обычно устройства по 150-300 КТн. И "светятся" современные КР для эшелонированной ПРО в разных диапазонах, очень даже заметно. И даже истребители-перехватчики проектировали со специальными возможностями под перехват массовых пусков дозвуковых КР.
.
Вы в Генштабе служите ? Там ничего не говорили про "войну на истощение", "провокации под прикрытием (ложным флагом)" и прочую фигню ?
.
Не просто медленно, а ОЧЕНЬ медленно.
Одна ходка с НОО на геостационар и обратно - ГОД.
Стартовая масса "Зевса" 20300кг. При 6 ньютонах ускорение почти 0.0006 м/с2. После 50 часов непрерывного разгона пролетает 18 000 км. Разворачивается и 50 часов непрерывного торможения. И "Зевс" в 36 000 км от Земли.
Маленькая коррекция - за 100 часов.
Про медленно, я имел в виду ход работ.
Проблема в космосе - с охлаждением реактора.
300 кВт электрической мощности - это 1 МВт тепловой. Вам понадобятся радиаторы примерно равные по площади тем же солнечным батареям. Но зато не будет зависимости от удалённости от Солнца. А ещё ночью работать может - хаха)))
А ионный движок – тема хорошая.
Тяга маленькая, хотя кпд хорош и расход рабочего тела мизерный по сравнению с химическими двигателями.
Надо продолжать.
Но, блин, 6 ньютонов тяги... – масса корабля должна быть маленькой. А ядерные реакторы тяжёлые. Надо миниатюризировать. Дело полезное, но сложное.
Весь корабль должен весить 6 тонн, и тогда разгон на 10км/с займёт 3-4 месяца. 6 тонн с реактором, охлаждением и полезной нагрузкой – сложно
Полтора мегаватта. Реакторная установка планируется на 500кВт. Значит тепловая мощность реактора будет в районе 1,5 мегаватта.
Проскальзывала информация, что от капельного холодильника и газового реактора отказались, будет проверенный термоэмиссионик на эффекте Зеебека. Там другой теплообмен, КПД 4% но более высокая температура на теплообменнике, ну и по стефану-больцману Т4 , площадь теплообменника меньше в разы, можно панельными обойтись. хотя тепловая будет где 12 МВт.
Но у теромэмиссионика вольтаж низкий, ионники получаются проблемные , поэтому и магнитно-плазменые движки.
Любой нужный вольтаж вы получите с помощью силовой электроники. Банальные преобразователь питания.
Было бы что преобразовать.
Там облучение будет порядка 100 Р/час, стабильность электроники не гарантируется. Ну и лишняя масса.
Вас никто не заставляет держать преобразователь рядом с реактором. Держите их рядом с полезной нагрузкой, под теневой защитой.
Растет масса проводов, значительно. Можно попробовать сверхпроводники 2 поколения, но желателен опыт эксплуатации. А его нет.
Теневая защита ставится сразу у реактора. Так она наиболее эффективна.
И не надо преувеличивать массу проводящих шин. РИТЭГ дают напряжение от 7 до 30 вольт, не бог весть, но и не так уж и мало. При 600 киловаттах и 30 вольта - ток 20000 ампер. При 10 амперах на кв. мм. сечение шины 2000 кв. мм. 20 квадратных сантиметров. То есть шина квадратная в сечении со стороной 4.5 см. 1 метр такой шины будет иметь массу 18 кг. При этом шина может работать как часть силовой схемы конструкции. Так что не вижу особых проблем, требующие сверх проводников.
Это не обоснование необходимости использования такой схемы питания. Просто я хотел показать, что проблемы не надо преувеличивать.
Впрочем, как и преуменьшать.
откуда 10 А на кв мм, тут нет воздушного охлаждения, проводник в вакууме, охлаждение только излучением.
И как экран от радиации.
Может вспомнить электромеханические преобразователи? Им как-то фиолетово на радиацию.
КПД умформера так себе, порядка 70%. Тепло опять надо куда-то рассеивать.
Не слушайте толстого старика. Термоэмисионник не имеет смысла.
Страницы