Ракетный лазерный двигатель

Такая вот интересная штука

http://www.tech-db.ru/istc/db/projects.nsf/webr/2260

"Цель проекта – разработка, изготовление и проведение стендовых испытаний экспериментального образца ракетного лазерного двигателя.
Концепции перспективных двигательных установок включают использование энергии пучка лучей базирующегося на земле лазера для обеспечения тяги летательному аппарату, приводимому в движение взрывной волной, наведенной лазером.
Наиболее существенными ограничительными моментами, влияющими на решение этой проблемы, являются имеющиеся лазерные установки и проблема преобразования лазерной энергии в тягу.
Требования, предъявляемые к полету, включают формирование и распространение взрывной волны, пульсирующее лазерное нагревание, пополнение воздуха при полете в режиме воздушно-реактивного двигателя, у первой ступени, а также закачка компонентов топлива при работе в режиме ракеты, у второй ступени..."

Какие будут мнения об эффективности, реализуемости и пр.?

 Конкретно у этого проекта шансов скорее всего никаких. Но в целом по моему скромному имхо это направление с общим названием "передача энергии на летательный аппарат извне" наиболее перспективно и собственно и обеспечит нам прорыв в транспортных технологиях будущего.

 Для взлета с луны, благодаря отсутствию атмосферы, данный принип вполне применим. А на земле - это безперспективно, как мне кажется.

Старый, 16.12.2003 07:57:48:

Но в целом по моему скромному имхо это направление с общим названием "передача энергии на летательный аппарат извне" наиболее перспективно и собственно и обеспечит нам прорыв в транспортных технологиях будущего.

 

Не далекого будушего:) В будущем мы будем летать ДАЛЕКО от источника излучения, а конечность скорости света пока, к сожалению , никто не отменял. Так что источник движения (проще говоря - двигатель и топливо ) придется еще какое-то время "таскать" с собой.

А как хотя-бы приблизительно оценить КПД такой системы?

Эффективность с ходу оценить трудно. Можно сказать только, что основным недостатком схемы, видимо, будут весьма большие перегрузки - ведь нужно успеть разогнаться почти до первой космической а) в пределах атмосферы, б) в пределах видимости лазера. Нежную аппаратуру, боюсь, запускать будет трудненько. Хотя мины к супостатским спутникам - вполне:)

Реализуемость можно, пожалуй, оценить как вполне реалистичную. В Центре Келдыша есть уже 100 кВт лазер, импульсную приставку (должна повысить мощность во много раз) к нему вроде бы сделали еще год тому, так что почему бы и не полететь? До орбитальных скоростей сразу, наверное, не получится, но в стратосферу закинуть можно (штатовцы с киловаттным лазером вроде бы подкидывали болванки на сотню метров). Эх, если бы в своё время успели лазер на 5 МВт сделать...


>Для взлета с луны, благодаря отсутствию атмосферы, данный принип вполне >применим. А на земле - это безперспективно, как мне кажется.

     Читать внимательнее надо. Одна из соблазнительных черт этой схемы - использование воздуха в качестве рабочего тела. Хотя, пожалуй, лазерный старт с Луны имел бы некоторые преимущества - меньше перегрузки, можно в принципе закидывать груз не только на орбиту, а прямо на траекторию полёта к Земле.

Ничто не ново под Луной. Сейчас это модно:
http://optics.org/articles/news/6/11/9/1
http://www.ej.ru/023/life/science/023/

1. Однако, хотя бы, как постоянно точно наводить луч в сопло двигателя или на приемник излучения на расстоянии, скажем, в 500 - 1500 км в турбулентной атмосфере?

2. И что будет при срыве сопровождения аппарата лучом?

3. Какова будет удельная масса этого приемника излучения, если он будет?

4. А аэродинамическое сопротивление?

5. Каков коэффициент полезного действия лазера?

Добрый день.
Однако хочу отметить, что данный способ обеспечения ракетного двигателя энергией, в обозримом будущем является полным бредом. Не вдаваясь в сложности определяемые первыми четырьмя вопросами, скажу для пятого вопроса следущее.
Если использовать активную среду СО2, N2, Н2О (или Не), это наиболее просто реализуемый вариант на Земле, то квантовый КПД системы около 40%.
Полный КПД без учета расходимости в газодинамическом варианте-2%, в разрядном 6-8% (это от розетки). В дальнюю зону вы от этого доставите не более0.1 всей мощности. Прикиньте сколько вам надо энергии на борту, остальное вы вывалите на Земле в виде тепла (если захотите другие лазерные смеси, например D2+F2, еще и токсичные компоненты).
ing

ну вот , набежали скептики и пессимисты . При таком подходе и самолет братьев Райт - бесполезная безделица. Неужели не ясно , что laser propulsion всего лишь попытка нащупать путь развития , работа на перспективу.
 В принципе сейчас с помощью лазера возможна передача мощности в несколько мегаватт на десятки километров . И это уже хорошо . Думаю в ближайщие лет 10 не без помощи лазеров можно будет передавать уже гигаватты . А ведь еще есть проекты с СВЧ ректеннами , огромные антенные поля с излучаемой мощностью в 100 ГВт . Это будет подешевле лазеров и кпд покруче .

В принципе сейчас с помощью лазера возможна передача мощности в несколько мегаватт на десятки километров .

 

Вы просто не представляете, что это за сооружения. У лазеров иные задачи, чем завещал великий Петр Петрович Гарин. Передача больших мощностей для разогрева материалов на дальние дистанции можно оправдать только уникальностью задачи и невозможностью решить ее иначе. ing

ing, 16.12.2003 12:51:19:

Вы просто не представляете, что это за сооружения.

 

Я в курсе. Но я же не собираюсь делать один огромный лазер . Я сделаю несколько поменьше . И не такое уж это сложное дело как принято думать . Установка для передачи мегаватта в квазинепрерывном режиме обойдется тыщ в 200 уе , не больше .

PS Я смотрю вы из Троицка . Не из ТРИНИТИ случаем?

Но я же не собираюсь делать один огромный лазер . Я сделаю несколько поменьше .

 

При передаче излучения в дальнюю зону несколькими источниками вы потеряете все что наэкономили и еще с гаком.

Не из ТРИНИТИ случаем?

 

Я уволен из ФИАЭ по сокращению штатов в 1998г. Стенд созданный под ГДЛы стоит уже 10лет. Лаборатория расформирована. ing

В варианете "спутникового ракетного двигателя" такое устройство давно разрабатывается Американцами, наводим такую штуку на спутник и он улетает ко всяким еб...(пардон).

Не припомню тепловой эффект реакции горения водорода в кислороде (около 10МДж на кг), так 10МВт лазер будет эквивалентен расходу кислород-водородной смеси 1кг/c (маловато!).

Делать из ракетного двигателя газодинамический лазер, а потом из ГДЛ лазера ракетных двигатель да уж!

ing, 16.12.2003 14:20:37:

При передаче излучения в дальнюю зону несколькими источниками вы потеряете все что наэкономили и еще с гаком.

 

объясните по-простому почему.
я просто читал когда-то , что возможно заставить несколько лазеров генерить когерентно , не помню к сожалению деталей . И указывалось , что излучение такой батареи по характеристикам лучше , чем у отдельного взятого лазера .
 А про потери : это вещь неизбежная и компенсируется просто повышением мощности , а производство энергии на земле на порядки дешевле чем в полете .

Очень важная характеристика апертура луча (диаметр), этот параметр задает дифракционную расходимость луча. Короче тонкий луч, как у Гарина никуда не передать.
Согласование лучей по частотам , модам и т.д. ,то есть добиться когерентности, правильности формы фронта излучения в вашем случае нереальная задача.
Этих причин уже достаточно, есть еще с десяток. ing

KBOB, 16.12.2003 14:36:50:

1. Не припомню тепловой эффект реакции горения водорода в кислороде (около 10МДж на кг), так 10МВт лазер будет эквивалентен расходу кислород-водородной смеси 1кг/c (маловато!).

2. Делать из ракетного двигателя газодинамический лазер, а потом из ГДЛ лазера ракетных двигатель да уж!

 

1. 120/9 = 13.3 МДж/кг при стехиометрическом горении, 0.7*120/(1 + 0.7*8) = 12.7 МДж/кг при коэффициенте "избытка" окислителя 0.7.

2. Да уж

ing, 16.12.2003 12:09:58:

Добрый день.
Однако хочу отметить, что данный способ обеспечения ракетного двигателя энергией, в обозримом будущем является полным бредом. Не вдаваясь в сложности определяемые первыми четырьмя вопросами, скажу для пятого вопроса следущее.
Если использовать активную среду СО2, N2, Н2О (или Не), это наиболее просто реализуемый вариант на Земле, то квантовый КПД системы около 40%.
Полный КПД без учета расходимости в газодинамическом варианте-2%, в разрядном 6-8% (это от розетки). В дальнюю зону вы от этого доставите не более0.1 всей мощности. Прикиньте сколько вам надо энергии на борту, остальное вы вывалите на Земле в виде тепла (если захотите другие лазерные смеси, например D2+F2, еще и токсичные компоненты).
ing

 

Получается, что здесь к.п.д. может быть порядка процента, в лучшем случае. В то время как у тепловых ракетных двигателей, химических и ядерных, к.п.д. порядка 80%.

И это также наводит на размышления.

Mathieus, 16.12.2003 12:32:47:

1. Неужели не ясно, что laser propulsion всего лишь попытка нащупать путь развития, работа на перспективу.

2. Ну вот , набежали скептики и пессимисты . При таком подходе и самолет братьев Райт - бесполезная безделица.

 

1. А что пишут сами заявители на грант? "Цель проекта – разработка, изготовление и проведение стендовых испытаний экспериментального образца ракетного лазерного двигателя" -

2. Не скептики и пессимисты, а инженеры. Самолет братьев Райт - не бесполезная безделица, а родоначальник этого славного летающего племени, которому завтра исполняется столетний юбилей, с чем всех и поздравляю. Но, когда я смотрел на копию Флайера, то, в первую очередь, думал, как далеко мы ушли...

Streamflow, 16.12.2003 22:26:17 :

Mathieus, 16.12.2003 12:32:47 :

1. Неужели не ясно, что laser propulsion всего лишь попытка нащупать путь развития,  работа на перспективу. 

2. Ну вот , набежали скептики и пессимисты . При таком подходе и самолет братьев Райт - бесполезная безделица. 

 

1. А что пишут сами заявители на грант? "Цель проекта – разработка, изготовление и проведение стендовых испытаний экспериментального образца ракетного лазерного двигателя" -

Unable to Process Request

// www.tech-db.ru

 

2. Не скептики и пессимисты, а инженеры. Самолет братьев Райт - не бесполезная безделица, а родоначальник этого славного летающего племени, которому завтра исполняется столетний юбилей, с чем всех и поздравляю. Но, когда я смотрел на копию Флайера, то, в первую очередь, думал, как далеко мы ушли...

 

>Для достижения поставленной цели в процессе выполнения проекта планируется:
>- разработать конструкцию газодинамического СО2 лазера, работающего в импульсно-периодическом режиме. Эта разработка будет осуществляться на существующем в настоящее время в Центре Келдыша газодинамическом СО2 лазере. Подобных лазеров в настоящее время не существует;

Что за несуществующий импульсный режим ГДЛ лазера?


>- разработать конструктивный вариант летательного аппарата, приводимого в движение взрывной волной, наведенной лазером. При этом планируется теоретически и экспериментально согласовать конструкцию рефлектора и режимов подачи компонентов с параметрами ГДЛ;

Аппарат приводимый в движение взрывной волной - взрыволет!

>- провести стендовые испытания экспериментальных образцов ракетного лазерного двигателя на специально разработанном и изготовленном устройстве для замера тяги двигателя. По результатам экспериментов будут разработаны теоретические зависимости массы двигателя и мощности лазерного излучения.

Надеюсь, что результаты будут опубликованы.

>Следует отметить, что лазер, применяемый в ракетном двигателе, может быть только газодинамическим СО2 лазером (минимальные потери при прохождении луча в атмосфере) кроме того, в силу специфики работы ракетного лазерного двигателя, этот лазер должен работать в импульсном режиме для исключения процессов поглощения лазерного излучения плазмой, возникающей при непрерывном воздействии лазера на газовый поток

Это у СО2 то минимальное поглащение.
Обоснование импульсного режима понятны, так же можно представить длительность импульса.

Еще один вопрос, указывающий на авантюрность проекта.
Как ввести луч в камеру двигателя. Судя по упоминании плазмы , ребята хотят иметь высокий импульс за счет концентрации энергии. То есть камеры не будет, будет в лучшем случае полусферический отражатель, воспринимающий половину возникшей в импульсе "ударной волны". ing

ing, 17.12.2003 10:11:51:

Как ввести луч в камеру двигателя.

 

На прикрепленном рисунке (внизу) чертеж аппарата который летал у Мирабо . Излучение фокусируется в узком кольце вдоль стенки . Плазма расширяется и толкает аппарат .
Вот так футуристично это выглядит :
http://www.space.com/images/h_in_lightcraft_big_03.jpg [not image]

Еще хотелось бы высказать некоторые комментарии по обсуждению . Я не фанат lightcraft'a и уверен , что в аппарат в современном виде никогда не доберется до орбиты. Однако считаю что это хорошая идея и послужит отправной точкой для развития новых технологий . Поэтому неприятно читать как грамотные люди с азартом выискивают доказательства "авантюрности" . "Низкий кпд , расходимость пучка да и луч в камеру непонятно как ввести . Бред !" . Было бы гораздо больше пользы если бы участники предложили взамен свой вариант передачи энергии на аппарат и эффективного ее использования , тем более что немало исходных цифр и мнений уже озвучено . Слабо ?

Добрый вечер.

футуристично это выглядит

 

Луч имитируется натянутой проволокой.

Было бы гораздо больше пользы если бы участники предложили взамен свой вариант передачи энергии на аппарат и эффективного ее использования , тем более что немало исходных цифр и мнений уже озвучено . Слабо ?

 

Я в эти игрушки играл более десяти лет и у меня сложилось мнение о том где мощные лазеры применимы, а где нет. Сейчас очень модно посмотреть, а что на заданную тему у американцев, вот и посмотрите. Ежели не верите предложите сами. Или слабо? ing

ing, 17.12.2003 21:53:14:

Луч имитируется натянутой проволокой.

 

Нда. Трудно с вами общаться.
Проволока здесь для направления движения , флаер по ней скользит под действием луча . Были еще варианты вертикального старта , один с проволокой для устойчивости , второй без. Испытания в Уайт-Сэндз тоже были без направляющих , высота полета была метров 70.

Mathieus, 17.12.2003 17:52:38:

Еще хотелось бы высказать некоторые комментарии по обсуждению . Я не фанат lightcraft'a и уверен , что в аппарат в современном виде никогда не доберется до орбиты. Однако считаю что это хорошая идея и послужит отправной точкой для развития новых технологий . Поэтому неприятно читать как грамотные люди с азартом выискивают доказательства "авантюрности" . "Низкий кпд , расходимость пучка да и луч в камеру непонятно как ввести . Бред !" . Было бы гораздо больше пользы если бы участники предложили взамен свой вариант передачи энергии на аппарат и эффективного ее использования , тем более что немало исходных цифр и мнений уже озвучено . Слабо ?

 

Mathieus, лично у меня есть система взглядов на эффективные средства аэрокосмического транспорта, которые (взгляды) я постепенно выставляю на обозрение. И лайткрафт с его преобразованием газовой динамики в оптику, а затем оптики снова в газовую динамику туда никак не вписывается. Слишком сложно и вычурно, чтобы можно было бы эффективно реализовать.

И бремя доказательства лежит на сторонниках идеи. Мне бы свои идеи обосновать, в свободное от работы время

Я не утверждаю, что это бредовая идея, просто это технология двойного применения. Причем первое применение именно военное, а только второе космическое.

Вот краткий обзор нетрадиционных ракетных технологий.


Laser Propulsion

 A series of tests were conducted in which a laser beam was directed at a pusher plate with machined paraboloid dimples. Light was focused by each dimple on a spot behind the plate. The focused beam heated air pockets and the expanding pockets imparted a thrust to the plate. This concept provides respectable thrust in the atmosphere. In space (vacuum) the dimpled plate is jettisoned to expose a block of solid propellant which is ablated by the laser beam to produce thrust.

Progress has been measured by short flights of 2-20 seconds duration at a military research facility using a high power infrared (CO2) laser, a wavelength invisible to the naked eye. The laser propelled vehicle, called "Lightcraft" because it flies on a beam of laser light, is designed to harness the energy of a laser beam and convert it into propulsive thrust. The Lightcraft receives the kilo joule pulses from the PLVTS laser at a rate of 10 times per second upon the concentrating mirror that forms its rear section. The function of this parabolic mirror is to focus the pulsed laser energy into a ring shaped "absorption/propulsion" chamber. Here the laser beam is concentrated to extremely high intensities, sufficient to momentarily burst the inlet air into a highly luminous plasma (10-30,000 K), with instantaneous pressures reaching tens of atmospheres providing thrust. This is a air breathing pulsed detonation engine concept.