?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry



Если вы постоянно спотыкаетесь о неточности и ошибки в научной фантастике и не даете насладиться соседу-гуманитарию “Интерстелларом”, то самое время заняться расчетом своего звездолета. Тема довольно увлекательная, и в ней придумано множество невероятных конструкций - от миллиграммовых звездолетов-саморепликаторов, запускаемых из электромагнитного ускорителя, через лазерные паруса, для которых понадобится лазер мощностью в петаватт до звездолетов-астероидов, разгоняемых взрывами атомных бомб и передвигающихся на скорости 300 км/с, как изображенный на картинке выше.

Квинтэссенцией бумажного звездолетостроения является проектирование его двигательной установки. Существует былинный тред на Астрофоруме, где последовательно были разобраны (и похоронены) множество концепций таких двигательных установок. Одной из немногих палочек-выручалочек остается термоядерный двигатель на амбиполярной ловушке, называемый Вивернджет, по нику автора.


Амбиполярная ловушка Амбал-М (впринципе все в кардре - это она) и ее создатели в 1997 году.

Пришло время хоронить и его :) К сожалению, я не владею физикой термоядерной плазмы в достаточной степени, что бы спорить с термоядерной основой Вивернджета - проектом реактора Г.И. Димова  и И.Н. Головина на базе открытой ловушкой с амбиполярным удержанием. И хотя сегодня, очевидно, для АЛ пришла некая осень - новых не строится, имеющиеся аппараты (например Gamma-10) не позволяют уверенно делать скейлинг на гигаваттные размеры, мы оставим в покое базисные положения, и будем использовать их как пробу для инженерных прикидок. Мы будем брать широкие инженерные наработки в рамках ITER и DEMO и кувалдой забивать их в Вивернджет. Очень позитивные допущения по термоядерной части означают, что если инженерия Вивернджета 2.0 окажется неподъемной, это будет означать и конец реальных термоядерных ДУ  на данной концепции.


Упрощенная схема такой ловушки. Правое окончание заменяется магнитным соплом. Тонкие кольца посередине - главный соленоид, с рассмотрения которого мы начнем сегодня.


Двигатель VASIMR не подразумевает термоядерного источника энергии, но тоже создает тягу, выбрасывая горячую плазму, чем-то подобным должен оканчиваться Вивернджет.

Итак, поехали.

Исходный двигатель, представляющий собой открытую ловушку (упрощенно можно сравнить открытые ловушки с надутым шариком с маленьким отверстием, через которое постоянно вытекает плазма, а термоядерная реакция получается при достаточном соотношении "объема ловушки" и "сечения дырочки") имеет все элементы магнитной ловушки - систему нагрева плазмы, магнитную систему и ее питание, топливную подсистему, тепловую защиту и охлаждение. Конкретнее можно разбить двигатель на следующие элементы:


  • Электрическая подсистема, отвечающая за питание магнитов, инжекторов, выдающая питание в ПН

  • Система теплосъема и криосистема

  • Система нагрева плазмы и обеспечения тока плазмы: инжекторы нейтралов и электронно-циклотронный радиочастотный нагрев.

  • Сильнопольные магнитные системы - концевые пробкотроны, каспы и магнитные сопла.

  • Главный соленоид

  • Механическая конструкция.

  • Остальные подсистемы (например питания) для нашего рассмотрения можно отбросить, как не столь значительные.
















Длинна главного соленоида (ГС), м

100

Длинна концевых пробкотронов (КП), м

10

Радиус плотной плазмы, м

1

Радиус (внутренний) соленоида, м

1,25

Магнитное поле (вакуумное) в ГС, Т

6

Магнитное поле (вакуумное) в центре КП, Т

5

Магнитное поле в пробках, Т

20

Плотность плазмыi , частиц 1014см-3

1,75

Температура плазмыi, кэВ

70

Суммарная

~ 0,9

Энергия инжектируемых ионов, кэВ

500

Погонная термоядерная мощность, МВт/м

34

Объемная термоядерная мощность, МВт/м3

10,8

Термоядерная мощность, МВт

3400

Мощность (суммарная х2) ионных инжекторов КП, МВт

200

Q

~15

Что ж, начнем с “проектирования” главного соленоида.

В Вивернджете 1.0 он состоит из 100 магнитов кольцевой формы с внутренним диаметром 2500 мм. Магниты создают поле на оси ловушки 5.5 Т. Расчет в пакете OpenField показывает, что нам нужно создать ток в 7.5 мегаампер-витка, что бы получить заданные параметры. При этом поле на внутреннем краю катушки достигнет 8,5 Т. (а не 6,6, как у Виверна, пошли первые подвижки).

Вивернджет 1.0 предусматривает, что катушки сечением 100х300 мм с корпусом из бериллия будут заполнены внутри ВТСП лентой в ванне из хладагента. Такая конструкция неработоспособна минимум по трем причинам. Во-первых механические усилия в проводнике, стремящиеся его разорвать будут достигать ~20000 тонн силы, поэтому нам надо разгружать проводник на механическую основу, и не допускать подвижности ленты. Во-вторых в случае квенча (аварийной потери сверхпроводимости) межвитковое напряжение может достигнуть многих киловольт, что приведет к пробою, дуговому разряду и выходу катушки из строя. В-третьих нейтронное тепловыделение в бериллиевом корпусе катушки будет порядка мегаватта - и все это тепло нам надо отвести на температуре 23К. Расход мощности криокулера будет десятки мегаватт на каждую катушку, а проблемы с кипящим дейтерием - впечатляющи.

Думаю, самое время проапгрейдить Вивернджет новыми, реалистичными катушками.

Токонесущий кабель



Реальный кабель их высокотемпературного проводника, используемый в катушках. Такая геометрия проводника называется Рёбель (Roebel).

Не смотря на то, что ВСТП в сегодняшних больших магнитах не применяются из-за заметной деградации критической плотности тока при сильных полях, будем оптимистами. При охлаждении кипящим дейтерием (23К) и назначенной критической температуре 30 К, в поле 8.5 Т критическая плотность тока ВСТП типа ленты второго поколения REBCO примерно равна плотности тока при 77 К в собственном поле, и составляет порядка 400 А/мм^2 ленты.



Реальный ВТСП кабель, испытанный на 20 Т и токе 7 кА.


И результаты повреждения пондемоторными силами (6,8 тонн на метр). Очень серьезная проблема для сильноточных магнитов.


Базируясь на вот этой презентации CERN, “спроектируем” кабель на 40 кА: 100 лент REBCO шириной 12 мм и толщиной 0.1 спаянных в пакет между двумя миллиметровыми полосками стабилизирующей меди. Полученный квадрат 12х12 мм скручивается с шагом 200-300 мм и укладывается в круглый канал титанового кондуита внутренним диаметром 18 мм и внешним размером квадрат 23х23 мм, работающим силовой оболочкой.. В промежутке между титаном и сверхпроводником прокачивается хладагент и расположена спиральная конструкция обеспечивающая его перемешивание и передачу усилий с проводника на кондуит. Такой кабель видится слишком простым и оптимистичным, но для прикидок сойдет и такой.


Разные альтернативные кабели ВСТП. Плотности тока, к сожалению от 4.2 К до 30 К довольно сильно деградируют.

Титановый кабель оборачивается изоляцией и силовым стекловолокном, что увеличивает шаг кабеля в магните до 25 мм. 192 витка кабеля укладываются в прямоугольное сечение соленоида 12х16 (300х400 мм) и оборачивается 5 мм углепластикового укрепления, что дает итоговой размер сечения 1 катушки в 310х410 мм и плотность тока 59 А/мм^2.


Эскиз сечения катушки ГС с вышеописанным кабелем.

Сечение кабеля в 625 мм состоит в основном из титана плотностью 4,5, стеклопластика плотность 2,5, сверхпроводника и меди плотность 8 и хладагента незначительной плотности. Средняя плотность получается в районе 3,3 г/см^3, вес кабеля 577 кг при длине 1750 метров. Добавляя 10% веса на соединения кабеля, систему датчиков, систему вводов и выводов хладагента, получаем окончательный вес магнита в 634 кг.


Разрез по катушке с 192 витками кабеля.



И общий вид секции главного соленоида с тремя катушками и плазмой.

Квенч-коммутация

Индуктивность вышеописанной катушки составит 56 mH, а запасаемая энергия при рабочем токе - 45 Мегаджоулей. Несмотря на небольшую, по меркам магнитных систем, величину, эта энергия в ВТСП кабеле при потере им сверхпроводимости вполне может выделяться довольно локально, пережигая кабель. Для вывода этой энергии из кабеля требуется коммутационное оборудование.

В оригинальном проекте в случае квенча предлагалось, что по мере возрастания сопротивления, ток будет переходить на бериллиевый корпус катушки. Однако есть три соображения в пользу сброса тока с отказавшей катушки на специальный поглотитель:

Во-1 вес бериллиевого корпуса для варианта с реалистичным сечением будет просто больше, чем вес коммутации. Если же это не так — всегда можно вернуться к сбросу тепла в корпус.

Во-2 на этом бериллиевом корпусе без отключения катушки из последовательного соединения с остальными клавного соленоида выделится не 45 мегаджоулей данной, а 4,5 гигаджоуля всех катушек.

Ну и наконец, в случае внутреннего выделения тепла в криогенную массу мы будем вынуждены делать криокулеры в десяток раз более мощными, что драматически скажется на массе.


Силовой тиристор ABB на 5 кА и 2 кВ. В жидком дейтерии ток можно увеличить до 15 кА.

Для сравнения, можно представить себе тиристоры, работающие при температуре 23К, пропускающие полный ток - такие параметры будут где-то в 2-3 раза выше ныне существующих. Пусть вес их будет 10 кг, всего нам понадобится 5 тиристоров, вместе с шинами, управлением и криостатом положим массу модуля коммутации в 90 кг.

Кстати, к вышесказанному. Важным аспектом является теплоизоляция катушки от нагретой поверхности экрана, которым окружена плазма (об этом ниже). Слава богу, в космическом вакууме мы можем обойтись простым и отработанным решением. От теплопритока снаружи каждую катушку будет защищать 20-ти слойная ЭВТИ, площадью в районе 11 квадратных метров весом порядка 20 кг. Общий вес одного магнита главного соленойда 744 кг, а общий вес магнитной системы ГС ~80 тонн. Неплохое увеличение к 10 тоннам в проекте Виверна.

Тепловая нагрузка.

Электромагнитное излучение является одним из основным каналов потерь энергии плазмы. По условиям мощность этого излучения составляет 1 МВт/м^2, что является довольно серьезной величиной. Кроме того, из плазмы утекают нейтроны, уносящие еще 1 мегаватт тепла с каждого квадратного метра. Предложенная автором концепция теплового экрана в виде вольфрамовой фольги, охлаждаемой гелием слишком наивна для таких энергопотоков - слишком высоки механические нагрузки. Проработка термоядерных реакторов будущего обычно рассматривает в качестве поверхностей, контактирующих с плазмой довольно толстые элементы из бериллия или вольфрама. Бериллий для нас является лучшим выбором - нагрузки не так высоки,а вес гораздо важнее. Гелиевое охлаждение на сегодня тоже является по большей части терра инкогнита, но как минимум оно позволяет поднять сбрасываемую температуру с ~600К (в случае воды) до 800-900 К. Единственной серьезной проблемой являются большие затраты мощности на продувку гелия, но в нашем случае вес радиаторов-холодильников (зависящий в 4 степени от температуры) решает.


Прототип первой стенки ИТЭР для нагрузки 2-5 МВт/м^2. Берилий, медный теплотвод с текущей водой, силовая коробка из нержавеющей стали.

Итак, представим себе сплошную бериллиевую трубу, закрывающую всю плазму. Всю плазму необходимо закрывать, потому что у нашего соленоида есть боковые поверхности, которые тоже нуждаются в теплозащите и нейтронной защите , и сделать сплошную цилиндрическую поверхность оказывается самым “легким” решением.  Толщина стенки 12 мм, на внешней поверхности есть мощное оребрение высотой 50 мм, через которое идет теплоноситель. Снаружи к оребрению присоединена обечайка из карбида бора толщиной 20 мм. Еще дальше выполнен второй гелиевый промежуток высотой 40 мм, организованный ребрами из нержавеющей стали, и наконец внешняя, замыкающая оболочка из B4C снова толщиной 20 мм.



Иллюстрация к вышесказанному, разрез вдоль оси трубы.

Карбид бора тут нужен для того что бы замедлять и поглащать нейтроны. Остальные материалы тоже являются хорошими замедлителями, но их слишком мало, что бы как-то снизить нейтронный поток. 40 мм карбида бора, особенно на слегка предварительно термализованных нейтронах снизят нейтронную мощность в несколько десятков раз, и решат общую задачу по снижению нейтронного теплопотока в криогенные катушки до 10 кВт/м^2.

Температура входящего гелия - 430 К (150 C), сбрасываемого - 830 К (550 С). Расход гелия на каждый квадратный метр поверхности составит 935 грамм в секунду или 587 кг/сек на всю конструкцию. При этом 99% излучаемой плазмой энергии (тут надо заметить, что я считаю, что излучается будет гораздо, гораздо больше, но пускай, мы играем честно) будет уходить в гелий. При давлении гелия в 10 МПа нам понадобиться задувать в систему охлаждения 33 кубометра в секунду, что подразумевает довольно значительную систему трубопроводов, компрессоров и клапанов. Если ткнуть пальцем в небо и посчитать, что эта система трубопроводов будет весить не больше 10 килограмм на метр квадратный, добавив вес меди для замыкания токов фуко, датчиков и т.п. мы получим вес теплового экрана - 200 кг/м^2 или 125,6 тонны для всей системы. И это еще очень неплохо по сравнению с 1600 тоннами теплозащиты ИТЭР!


Элемент первой стенки ИТЭР. Обратите внимания на прорези, нужные для снижения токов фуко и центральную конструкцию с водяными манифолдами и  упорными элементами (серые шайбы), через которые замыкаются электромагнитные силы.



Итак, мы получили первый результат на сегодня - ГС потяжелел с 10 до 205 тонн, но стал на один световой год ближе к реальной конструкции.

Продолжение следует...

Comments

( 51 comments — Leave a comment )
simsun
May. 23rd, 2015 10:09 pm (UTC)
на фоне такой статьи даже как то не удобно по мелочам :)

с тиристорах есть небольшой ньюанс - напряжение падения около 1 Вольта и в сверхпроводящее состояние как я понимаю тиристор из магазина не перейдёт
tnenergy
May. 24th, 2015 09:05 am (UTC)
Вообще да. Видимо придется параллельно делать механический переключатель с малым падением, но тогда для его открытия нужен будет модуль, который создает на какое-то время контрток.

Вот как этот модуль организован в ИТЭР

2014 11 09 00 48 57 Скриншот экрана

Edited at 2015-05-24 09:05 am (UTC)
(no subject) - simsun - May. 24th, 2015 11:06 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 24th, 2015 12:28 pm (UTC) - Expand
(no subject) - simsun - May. 24th, 2015 01:11 pm (UTC) - Expand
(no subject) - simsun - May. 24th, 2015 01:16 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Константин Русаков - May. 27th, 2015 05:02 pm (UTC) - Expand
(no subject) - simsun - May. 27th, 2015 06:00 pm (UTC) - Expand
shaitan_bashka
May. 24th, 2015 06:59 am (UTC)
Может я невнимательно читал. Зачем стенку охлаждать гелием? Почему вода не подойдёт? И зачем бериллиевая труба? Если гелий заменить водой, а охлаждение организовать классически, как в ЖРД, то двухслойное охлаждение не понадобится. Мне думается, что внутреннюю стенку трубы можно сделать тонкостенной из меди+покрытие из бериллия (зачем бериллий здесь вообще?), которая будет прилегать к силовому кожуху из стали, в котором будут выфрезированы каналы охлаждения для воды.
В конструкции применить изотопно-смещённые материалы, чтобы не активировались от нейтронов.
tnenergy
May. 24th, 2015 09:13 am (UTC)
>Зачем стенку охлаждать гелием? Почему вода не подойдёт?

Логика такая: чем выше температура, при которой хладогент поступает в радиаторы, которыми тепло скидывается в космос, тем они меньше. При этом вода выше 374 С превращается в сверхкритический пар, и теряет все преимущества перед гелием, при этом давление в системе будет выше 220 атмосфер, т.е. все будет толстое и тяжелое. Т.е. гелий ради того,что бы сделать полегче радиаторы-холодильники.

Возможно, при серьезном расчете, вода окажется и в выигрыше.

>И зачем бериллиевая труба?

Если в плазму начнут попадать материалы с высоким Z, то они будут очень сильно ее остужать за счет неполной ионизации. Кроме того бериллий - отличный замедлитель.

>Мне думается, что внутреннюю стенку трубы можно сделать тонкостенной из меди+покрытие из бериллия (зачем бериллий здесь вообще?), которая будет прилегать к силовому кожуху из стали, в котором будут выфрезированы каналы охлаждения для воды.

Ровно так и сделано в ИТЭР, при этом температура сбросной воды - 220...240 С.

>В конструкции применить изотопно-смещённые материалы, чтобы не активировались от нейтронов.

На самом деле изотопов, которые плохо активируются нейтронами совсем мало. Но выбирать все равно придется, не допустимы Кобальт, Тантал, Золото.
(no subject) - shaitan_bashka - May. 24th, 2015 06:18 pm (UTC) - Expand
shaitan_bashka
May. 24th, 2015 07:02 am (UTC)
Воду применить деионизированную, чтобы не проводила ток.
__alex_loki_
May. 24th, 2015 09:21 am (UTC)
не заработает .
nick_55
May. 24th, 2015 10:02 am (UTC)
Боюсь, что при таких размерах и пондеромоторных силах придется многократно усиливать бандажирование обмоток. Будем надеяться, что до использования скального грунта, как в проектах некоторых больших СПИН все же не дойдет.
Тиристорный ключ, работающий при криогенных температурах - интересно видеть, как идея 30-летней давности реализуется на новом уровне.
С амбиполярной ловушкой Димова хочется "зубами скрипнуть" - эти работы ведутся с 70-х, а переход на полностью сверхпроводящую магнитную систему ловушки планируется только сейчас. Что же они тогда ниобий-титан не использовали - у самих под боком СибНИИЭ работал, который проектировал СПИНЫ. Ну ладно, ниобий-олово тогда почти все шло на токамаки ИАЭ, но ниобий-титана, в том числе и самых разных композитных кабелей в 80-е было полно - транспонированные, пропаянные, с покрытием из CuO - какие хотите. Данных по измерению свойств было полно, а ВНИИКП мог сделать какую угодно конструкцию. Что же т. Димов ни к своим соседям, ни к нам не обратился - вряд ли бы ему отказали. Или все-таки средств на сверхпроводник не хватало? И это, разумеется, ни к кому не претензия и не критика того, что было сделано новосибирскими физиками. Но пожалеть о неиспользованной или не полностью использованной возможности, ИМХО, допустимо.
tnenergy
May. 24th, 2015 10:30 am (UTC)
>Боюсь, что при таких размерах и пондеромоторных силах придется многократно усиливать бандажирование обмоток. Будем надеяться, что до использования скального грунта, как в проектах некоторых больших СПИН все же не дойдет.

Надо, конечно, считать, но я не нашел никакого открытого софта, что бы с этой задачей справится. Приходится смотреть конструкцию аналогов по току и полю.

>С амбиполярной ловушкой Димова хочется "зубами скрипнуть" - эти работы ведутся с 70-х, а переход на полностью сверхпроводящую магнитную систему ловушки планируется только сейчас.

Да уже и не планируется, судя по всему, амбиполярное направление похоронено в 2005. Зато другие ловушки вполне себе развиваются: в прошлом году получено финансирование в размере ~500 млн рублей.

http://www.inp.nsk.su/news/rss/2015_170_2403Beklemishev.pdf

>Тиристорный ключ, работающий при криогенных температурах - интересно видеть, как идея 30-летней давности реализуется на новом уровне.

Да, более того, церновские диполи так и организованы, диоды в ЖГ.

>Что же т. Димов ни к своим соседям, ни к нам не обратился - вряд ли бы ему отказали. Или все-таки средств на сверхпроводник не хватало?

Тут еще наверняка инерция мышления. Но тем не менее в ИЯФ есть Nb3Sn соленоид на 17 что ли Тесла для их коллайдера, сделанный еще в конце 2000х. И ГДЛМ планируется с полностью сверхпроводящей магнитной системой.
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 2nd, 2015 02:43 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nick_55 - Jun. 2nd, 2015 02:57 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 2nd, 2015 05:28 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nick_55 - Jun. 2nd, 2015 05:40 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 2nd, 2015 05:48 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nick_55 - Jun. 2nd, 2015 06:11 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 2nd, 2015 06:18 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nick_55 - Jun. 2nd, 2015 06:32 pm (UTC) - Expand
yshikalenko
May. 24th, 2015 05:53 pm (UTC)
Странно, непонятно зачем вся эта хрень? Слово звездолет не должно обманывать. На этом и до Сатурна не долетишь с системами жизнеобеспечения. Где расчеты скорости, количества рабочего тела, которое надо брать собой. Похоже просто на маниловщину. Никаких звездолетом построить нельзя, используя принцип реактивного движения. Предвидя вопросы почему, приведу ссылку на свой пост на эту тему.
tnenergy
May. 24th, 2015 06:28 pm (UTC)
До Сатурна можно долететь и на обычных ЖРД.

А насчет "Никаких звездолетом построить нельзя, используя принцип реактивного движения." - это вы смело. Люди тратят годы на то что бы определить, какие ограничения у каких концепций есть, а вы сразу отметаете их - удобно быть революционером.
(no subject) - yshikalenko - May. 25th, 2015 01:27 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 25th, 2015 06:57 am (UTC) - Expand
(no subject) - kincajou - Oct. 28th, 2015 02:12 pm (UTC) - Expand
nick_55
May. 25th, 2015 09:35 pm (UTC)
эта энергия в ВТСП кабеле при потере им сверхпроводимости вполне может выделяться довольно локально

Это одна из основных проблем стабильности нынешних ВТСП лент второго поколения, о которой мы с Вами разговаривали раньше. И боюсь, что и при температуре жидкого водорода она, к сожалению, никуда не денется.
Как бы не пришлось секционировать описываемый соленоид, и защищать отдельно каждую секцию, но это приведет к снижению конструктивной плотности тока. В стационарной магнитной системе на это идут ради получения выгод от секционирования, а вот что будет в бортовой? Плюс еще возможное воздействие нейтронного излучения, о котором Вы написали - вот такого опыта у нас, например, совсем нет, а во ВНИИЭМ изучалось воздействие радиации только на полупроводниковые приборы.
tnenergy
May. 27th, 2015 06:56 pm (UTC)
Кстати, вот изучая сильнопольные магниты обнаружил, как мне кажется, современный подход к проблеме локального энерговыделения. В этой презентации с середины есть несколько слайдов про нагреватели, которые создают большие нормальные зоны в сверхпроводнике, что бы распределить энергию равномерно. Интересно! Хотя, разумеется, такое решение тоже снижает плотность тока.
(no subject) - nick_55 - May. 27th, 2015 09:14 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 2nd, 2015 02:48 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nick_55 - Jun. 2nd, 2015 02:55 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 2nd, 2015 05:33 pm (UTC) - Expand
shaitan_bashka
May. 26th, 2015 11:13 am (UTC)
Прочитал http://go2starss.narod.ru/pub/E028_WJ.html.
На максимальном удельном импульсе получается смешная тяга: для 33650 км/с всего 285 Н при массе двигателя в 60 тонн. Межзвёздные перелёты в разумные сроки с такой тяговооруженностью невозможны. Помня, что при увеличении линейного размера объём плазмы растёт в кубе, а поверхность двигателя (конструкция оболочечная) и соответственно, масса конструкции в квадрате получим, что при увеличении линейного размера в 2 раза, увеличение массы в 4, а объёма плазмы, и соответственно тяги в 8 раз.
Но раз объём плазмы возрос, то и энерговыделение на еденицу объёма плазмы вырастет? Если да, то насколько?
Цель расчёта в определении размера ТЯРД позволяющего провести межзвёздный перелёт.
tnenergy
May. 26th, 2015 01:29 pm (UTC)
Считайте, что мощность реактора растет пропорционально ~L^2 * B^3, где L - линейный размер, а B - напряженность удерживающего поля.
(no subject) - shaitan_bashka - May. 26th, 2015 02:44 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 26th, 2015 03:18 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jul. 26th, 2015 03:33 am (UTC) - Expand
Андрей Гаврилов
Jul. 26th, 2015 03:28 am (UTC)
вот тут:

http://schakty.livejournal.com/246289.html

и тут:

http://fortunatus.livejournal.com/176169.html

в первом месте художник рисует иллюстрации под книгу, в которой автор Вивернджет использует ( качестве движка в корабле),
а во втором месте - сам автор просит визуализаций техники (и, может, правок).

И все это в данный момент - вживую, все подвижно. "Подсказывай-не хочу!". Произведение пока не дописано до финального варианта, возможны правки, с артом - та же ситуация, насколько я понимаю.
the_blasted_one
Sep. 13th, 2015 01:24 pm (UTC)
Да, расчеты остужают пыл... Но звездолет с живой человеческой командой - огромная махина, как ни крутить. Есть чувство, что отмасштабированная порядка на полтора версия будет работать лучше, в первую очередь - так как не понадобится полей, при которых кабели корежит. На 1,5-2 тесла нагрузки уже такие, что даже хрупким сверхпроводам из YBCO-семейства не понадобится силовой опоры с особыми ухищрениями, и вес несущей конструкции будет ненамного больше, чем вес оболочки баллона на такой объем и на давление B2/(2*mu0). Хотя теплозащиту придется еще суровее делать... И все это прикидки, так как УТС - зверь очень строптивый, а я не инженер, хоть и любитель))

tnenergy
Sep. 14th, 2015 06:50 am (UTC)
>Но звездолет с живой человеческой командой - огромная махина, как ни крутить.

Я бы еще добавил, что слабо вообразимая на сегодня :) Любые варианты, как начинаешься инженерно считать - разваливаются, если не говорить про парусники ну или вариант со скоростями 300-500 км/с.

>На 1,5-2 тесла нагрузки уже такие, что даже хрупким сверхпроводам из YBCO-семейства не понадобится силовой опоры с особыми ухищрениями, и вес несущей конструкции будет ненамного больше, чем вес оболочки баллона на такой объем и на давление B2/(2*mu0).

Я думаю, все же можно довольно смело и на 3 и на 5 тесла закладываться. Первое - освоенный регион, второе - еще не очень сложный по нагрузкам, достаточно силовой оболочки токопроводящего кабеля. А вот 30 тесла для оконечных катушек....

Тут, конечно, надо что-то писать типа оптимизационного кода по модели, но для этого надо знать все зависимости...


(no subject) - Андрей Гаврилов - Mar. 20th, 2016 02:20 pm (UTC) - Expand
insane_reader
Jun. 9th, 2016 12:41 pm (UTC)
В проекте межпланетного ядерного взрыволёта "Ориона" в атмосфере позади плиты толкателя периодично взрываются специальные ядерные заряды от 0,1 килотонны у поверхности до 10 килотонн в верхних слоях атмосферы.
Вопрос, можно ли заменить их сверхпроводящими катушками? Или возможно ли накопить такую энергию в компактных сверхпроводящих катушках?

Edited at 2016-06-09 12:49 pm (UTC)
tnenergy
Jun. 9th, 2016 03:19 pm (UTC)
Не думаю. Плотность энергии в современных сверхпроводящих конструкциях в 50...500 раз меньше, чем в тротиле, а тротилу, в свою очередь очень далеко до ядерной плотности.
(no subject) - insane_reader - Jun. 9th, 2016 03:28 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jun. 9th, 2016 05:21 pm (UTC) - Expand
ser_gl
Oct. 28th, 2016 08:47 am (UTC)
Дурацкий вопрос: "А сколько нужно людей, чтобы обслуживать такой двигатель в полёте?"
tnenergy
Oct. 28th, 2016 10:58 am (UTC)
Ну, думаю, готового ответа нет, но можно поразмышлять. Двигатель включает в себя много различных элементов, разной степени "космической автономности".

Видимо что электрику/электронику и пассивные системы терморегуляции уже научились делать практически необслуживаемыми. Чуть сложнее ситуация с насосами, компрессорами и другими машинами для работы с газом и жидкостью - тут нужно много НИОКРов, что бы сделать их необслуживаемыми (в космосе). Технология сверхпроводников пока сырая, но теоретически ее тоже довести.

Самое проблемное место - где плазма и излучения будут взаимодействовать с двигателем - всякие первые стенки, экраны, электроды для создания широв и т.п. Однако скорее всего людьми это тоже непообслуживаешь - все будет радиоактивно. Так что автономные сервисные роботы - необходимая часть двигателя, ну как минимум в фантастических рассказах.

На практике же пока даже двигательная часть ТЯРД, в виде VASIMR - не освоена, а по термоядерной части все еще хуже.
(no subject) - ser_gl - Oct. 28th, 2016 11:14 am (UTC) - Expand
insane_reader
Jan. 28th, 2018 05:11 am (UTC)
А если сжимать плазму из соответствующих изотопов урана или плутония? В результате деления будут происходить микровзрывы, радиоактивные осколки будут выбрасываться через магнитное сопло, к ним можно подмешивать водород, который охлаждает стенки и электромагниты.
Другой вариант сжимать плазму из смеси дейтерия и U-238 плюс U-235 или U-239, реакция деления даст энергию для слияния дейтерия, реакция синтеза даст быстрые нейтроны для раскалывания U-238, выделившаяся энергия позволит либо сжечь больше дейтерия, либо сразу уйдёт на разгон корабля.
Ещё вариант сжимать каким-то образом пыль с покрытием из урана-235 или плутония-239 в токе дейтерия
( 51 comments — Leave a comment )

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

February 2018
S M T W T F S
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728   
Powered by LiveJournal.com