CubeSat — стандарт микроспутников

au

А что если так. Есть большой концентратор, есть прозрачный сосуд с газом, и магнитная система вокруг сосуда. Фокус оптики — в центре сосуда. Газ в фокусе нагревается, ионизируется, плазма пропускается через МГД, снова превращается газ, и по кругу. Либо не по кругу, а через ускоритель, запитанный от МГД.

 

Ограничение по температуре, на которое уже указал А.Суворов - от него никуда не денешься. Правда, можно добиться путем подбора достаточной проводимости газовой смеси и при этой температуре, такой проводимости, при которой МГД-генерары уже более-менее эффективны, но на самом деле 6000 выжать будет очень нелегко, думаю, и 2000-3000 получить с концентратора уже серьезная проблема (тем более в газе). Но если очень хочется делать МГД-преобразователь, то можно поступить иначе: использовать нагрев до относительно невысоких температур просто для разгона газа, а уж в струю "впрыскивать" слои плазмы с заметной степенью ионизации (на что, конечно, придётся потратить энергию) - и такой слоистый бутерброд уже можно пихать в МГД-генератор, так делают, концепция сама по себе довольно эффективная. Другой вопрос, что такие решения всё-таки проходят по ведомству технических извращений: можно сделать, но больно уж сложно, да и к чему?

А если так: (импульсный) лазер в фокусе концентратора накачивается солнечным светом, фокусируется стенкой прозрачного сосуда в центре. Световой пробой, нагрев до больших температур... 100% ионизация в фокусе.

Дальше - как у ау - МГД генератор или сопло.

В Израиле, вроде, светом лазер-твердотельник для медицинских операций накачивать получается, а это уже несколько десятков-сотен милливатт. В луче.

А?

при низком давлении напряжение пробоя газов составляет всего сотни Вольт, еще можно магниты перпендекулярно электродам поставить(в принципе можно и без них) - вот ЭРД и готов....

Факир:

Давай пока без размеров, объемов, плотности и состава газа — это непринципиально для начала. Что хочется — это использовать дармовую и везде доступную солнечную энергию без преобразования, а дальше приемлемы любые варианты, например этот "слоистый бутерброд" (ссылочку на него можно?) К чему это — ответ простой: солнечная энергия доступна всегда и в любой точке интересующего района пространства. Концентратор по определению проще, легче и долговечнее чем СБ.

Андрей, прошу, пожалуйста, перестаньте про температуру Солнца — меня от этого типает уже. Например, если максимум спектра не в ультрафиолете, это не значит что в спектре нет ультрафиолета! В бутербродах с сыром тоже не 100% сыра, но если его повытаскивать и сложить стопкой, то его концентрация в ней будет максимальной — аллегорию понимаете?..

Если отражатель будет прозрачен для всего ниже 100нм, и будет отражать всё (в разумных пределах) короче 100нм, то будет мне "щастье" и без класса А0... Понимаете? Инжиниринг, типа... инженерное искусство, т.е. — на него опора! И с этой мыслью в голове рождаются другие интересные мысли на ту же тему по поводу искуссного использования энергии вместо физического "кувалдомахания". Вот давеча новость прочёл — в атмосфере Земли порядка 50 раз в день гамма-вспышки случаются, причём энергии фотонов выше чем от сверхновых. Какого там спектрального класса наша планета? Но ведь может! Так и с космическим машиностроением надо — искуссно, тонко использовать физику, а не космическим "паровозостроением" заниматься — это уже освоенная область. Это и интересует меня, потому и достаю вопросами.

au> Андрей, прошу, пожалуйста, перестаньте про температуру Солнца — меня от этого типает уже. Например, если максимум спектра не в ультрафиолете, это не значит что в спектре нет ультрафиолета! В бутербродах с сыром тоже не 100% сыра, но если его повытаскивать и сложить стопкой, то его концентрация в ней будет максимальной — аллегорию понимаете?..

Не перестану. Бессмысленно добывать изюм из булок с изюмом. Бессмысленно добывать жёсткий ультрафиолет из солнечного излучения. Если нам нужен жёсткий ультрафиолет - поставим солнечную батарею, преобразователь и ртутную лампу. А, может, не ртутную, а иную, специально приспособленную к тому, чтобы давать нужную длину волны.

au> Если отражатель будет прозрачен для всего ниже 100нм, и будет отражать всё (в разумных пределах) короче 100нм, то будет мне "щастье" и без класса А0...

Не будет. Ой, не будет! Сколько ж нужно будет того отражателя, чтобы сконцентрировать всё это в нужных количествах!

au> Понимаете? Инжиниринг, типа... инженерное искусство, т.е. — на него опора!

Если нету опыта, то каждое интуитивное построение нужно проверять расчётами. Искусство - это у того, кто не из пальца высасывает, а знает, как.

au> И с этой мыслью в голове рождаются другие интересные мысли на ту же тему по поводу искуссного использования энергии вместо физического "кувалдомахания". Вот давеча новость прочёл — в атмосфере Земли порядка 50 раз в день гамма-вспышки случаются, причём энергии фотонов выше чем от сверхновых.

Угу. яркость лазера в лазерной указке выше яркости солнца, если вырезать узкополосным светофильтром такой же ширины кусочек! А ведь мы находимся вблизи максимума интенсивности солнечного спектра!

au> Какого там спектрального класса наша планета? Но ведь может!

Угу. Только в этих вспышках кванты надо штуками считать, а то бы все давно вымерли от облучения.

Спектр чёрного тела теоретически бесконечен, а практически - ГэВные гамма-кванты чаще прилетают из глубин Галактики, чем от гораздо более мощного источника - Солнца.

au> Так и с космическим машиностроением надо — искуссно, тонко использовать физику, а не космическим "паровозостроением" заниматься — это уже освоенная область. Это и интересует меня, потому и достаю вопросами.

Ну так прикиньте, какую долю составляют в спектре Солнца кванты с длинами волн короче Лайман-альфа, т.е. энергии возбуждения водорода из основного состояния в первое возбуждённое. Без этого вообще говорить не о чем.

Хинт: Все инертные газы тяжелее гелия добываются исключительно из атмосферы. По одному и тому же техпроцессу. Почему же цена аргона сравнительно низка, а всех остальных - гораздо выше?

Хинт2: к.п.д. рекордных солнечных батарей достигает 37%. Это от суммарной (тотальной) поглощённой энергии, невзирая, в каком диапазоне она упала. При этом обрабатывать длинноволновое и средневолновое ИК они не в состоянии, не говоря уже о радиоволнах, и коротковолновый УФ их вообще повреждает...

au> Это подход паровозостроительный и как раз показывает что вы недостаточно глубоко анализируете эти проблемы. СБ, которую вы поставите, имеет ресурс, и он невелик. УФ лампа, которую вы поставите, имеет ресурс, и он исчисляется сотнями часов. Если поставите диоды, то их нужно будет килограммы. В любом случае суммарный КПД будет низким, хотя нельзя сказать ниже ли.

Можно. Выше. Посчитано не раз.

au> Но убийственный порок вашего подхода в том, что ваша конструкция быстро сдохнет, и краткость жизни не будет оправдана полученной пользой.

Ваша, пардон, конструкция, тоже быстро сдохнет, и даже не из-за деградации плёночного отражателя (алюминий в космосе испаряется достаточно быстро, порядка микрона в год), а из-за того, что, если он вообще будет работать, то улетит туда, где плотность потока солнечной энергии упадёт ниже предела её работоспособности. Мы же двигатель строим, нес па?

Причём у более сложной системы, включающей преобразование энергии и аккумулятор, шансов в такой ситуации больше - ибо она может работать импульсно.

au> Тот подход что интересует меня использует энергию и бережёт ресурс конструкций, так что он скорее принесёт желаемый результат (долгоиграющий "странник"), чем "обычный" подход.

Ну, и долго же он будет играть? Микрометеориты порвут плёнку отражателя в клочья, что и происходит сейчас на орбитальных станциях с ЭВТИ, алюминий испарится (а золото дорого стоит, да и отражает хуже), солнечная энергия станет ещё более рассеянной... Ресурс - тоже технический параметр, и его нужно учитывать и правильно им управлять!

А.С.>> Не будет. Ой, не будет! Сколько ж нужно будет того отражателя, чтобы сконцентрировать всё это в нужных количествах!
au> Сколько нужно, столько и должно быть. Это даст источник энергии и не сократит общий ресурс быстродеградирующими компонентами, а времени у нас много..

Да нету у нас времени, нету! мы хотим, чтоб этот аппарат долетел (мы двигатель всё-таки строим, или нет?) до того, как сломается остальная его электроника. Или раньше, чем замёрзнет атмосфера на Плутоне. Или ещё что-нибудь. В реальных задачах временной фактор очень много значит. Иначе бы все давно с ГПО на ГСО только на ионниках и летали.

А.С.>> Если нету опыта, то каждое интуитивное построение нужно проверять расчётами. Искусство - это у того, кто не из пальца высасывает, а знает, как.
au> На одном опыте и расчётах далеко не улетишь — ни опыту взяться негде будет, ни методике для расчётов. Нужно иногда голову поднимать выше горизонта.
au> au>> Какого там спектрального класса наша планета? Но ведь может!
А.С.>> Угу. Только в этих вспышках кванты надо штуками считать, а то бы все давно вымерли от облучения.
au> Это вы "погорячились"....

Да? Цифры в студию!

А.С.>> Спектр чёрного тела теоретически бесконечен, а практически - ГэВные гамма-кванты чаще прилетают из глубин Галактики, чем от гораздо более мощного источника - Солнца.
au> Опыт подсказывает, или расчёты?

Опыт.

А.С.>> Ну так прикиньте, какую долю составляют в спектре Солнца кванты с длинами волн короче Лайман-альфа, т.е. энергии возбуждения водорода из основного состояния в первое возбуждённое. Без этого вообще говорить не о чем.
au> Я за этим к физикам обратился, потому что прикидывать эти вещи не могу. Если вы не можете ответить, то зачем эфир забивать-то?

А был же не так давно спектр Солнца. То ли тут, то ли на форуме НК.

А.С.>> к.п.д. рекордных солнечных батарей достигает 37%. Это от суммарной (тотальной) поглощённой энергии, невзирая, в каком диапазоне она упала.
au> Сколько часов у них ресурс? Сколько рад они могут выдержать до потери 50% мощности?

Пятнадцать-двадцать лет на ГСО. Но я не об этом, собственно, писал. Просто СБ оперируют очень узким куском спектрального диапазона Солнца - ширина запрещенной зоны в полупроводнике должна быть несколько меньше энергии кванта, который вызывает рождение электрон-дырочной пары. Всё, что больше ширины запрещённой зоны, уходит в тепло. И это есть физический закон. Поэтому, с одной стороны, хорошо бы запрещённую зону иметь пошире, с другой стороны - поуже, и СБ работают в пределах двух октав, да и то при тройном гетеропереходе, и из этих двух октав всё равно многое использовать невозможно даже теоретически, но и с учётом потерь на эти две октавы приходится больше 75% солнечного излучения. Те 37% - это от всего, а от 75% - это ровно половина.

хм... господа, я в этом форуме недавно, так что не знаю традиций... а разве развернувшаяся дискуссия относится к теме? может быть пора новую тему открыть?

au

например этот "слоистый бутерброд" (ссылочку на него можно?)

 

К сожалению, могу дать только "бумажную" - "Энциклопедия низкотемпературной плазмы", том IV, ЕМНИП. Боюсь, что в Австралии её не отыскать... Но вообще, ИМХО, солнечные МГД-генераторы - это всё же техническое извращение. Максимум - игра инженерной мысли, чисто ради спортивного интереса. Хотя бы потому, что эффективного преобразования энергии требуется приличное магнитное поле => магнитная система, которая кое-что будет весить, плюс её придется охлаждать.

Если отражатель будет прозрачен для всего ниже 100нм, и будет отражать всё (в разумных пределах) короче 100нм, то будет мне "щастье" и без класса А0...

 

Почему же будет щастье, если выкинуть энергию значительной части спектра? Чего зря добром кидаться?

Андрей Суворов:

Спасибо за ваше участие, но вы с самого начала и до сих пор говорите строго о чём-то своём. Мне же интересно другое, что вы не потрудились понять. Так что без общего языка разговор не получается. Простите если что.

Fakir> К сожалению, могу дать только "бумажную" - "Энциклопедия низкотемпературной плазмы", том IV, ЕМНИП. Боюсь, что в Австралии её не отыскать... Но вообще, ИМХО, солнечные МГД-генераторы - это всё же техническое извращение. Максимум - игра инженерной мысли, чисто ради спортивного интереса. Хотя бы потому, что эффективного преобразования энергии требуется приличное магнитное поле => магнитная система, которая кое-что будет весить, плюс её придется охлаждать.

Может и игра мысли, но задача больно уж необычная, можно сказать уникальная. Напишите мне имена и фамилии авторов того проекта, и хоть пару отличительных (от других) слов про него. Остальное найду гуглом, если эти люди ещё работают.

Fakir> Почему же будет щастье, если выкинуть энергию значительной части спектра? Чего зря добром кидаться?

Да не выкинуть.. я же её не запрещаю использовать Меня интересует одна задача, я и ищу для неё решение. Я хочу чтобы параметры системы не деградировали со временем (исключая испарение материалов в вакууме), не деградировали от радиации (минимум или ноль управляющей электроники), чтобы она была максимально проста (т.е. максимально надёжна) и не требовала никакого обслуживания (никаких трущихся частей). В общем, чтобы сотню+ лет проработала без отказов (на испарение закрываем глаза пока). Если для этого нужно пропускать мимо ушей значительную часть спектра, меня это нисколько не смущает В моей задаче нет условия максимального использования солнечного спектра. В идеале меня интересует физический прибор, запитанный от солнечной энергии, и производящий либо электричество, либо тягу (с подачей внешного относительно прибора рабочего тела) в условиях космоса без ограничения по времени.

au

Напишите мне имена и фамилии авторов того проекта, и хоть пару отличительных (от других) слов про него.

 

В энциклопедии довольно большая статья по МГД-преобразователям, упоминается и "слоистая" схема, но указаний на конкретные проекты там нет - она ведь посвящена не столько технологии, сколько физике.

To au

А если тема генератора так задела - лучше поискать на месте англоязычную литературу по МГД-генераторам, полагаю, что в любой подробной книге начиная с 70-х всё будет описано.

Факир:
Пасиба, я понял.

А вот вопрос такой. Почему ионники любят на ксеноне делать, а не на цезии? С металлом же попроще, он плотнее, никаких баков под давлением, а по массе они рядом.

Так металлы ток проводят, заразы такие. Осядет часть ионов внутри двигателя и всё закоротит.

Wyvern-2>>>Так и непонял почему все полностью проигнорировали мою ссылочку насчет плазменно-эрозионных твердотельных ЭРД?



К вопросу о накопителях . Подойдёт униполярный генератор , работающий в режиме короткого замыкания , если надо энергию накопить , а затем быстро отдать . Чем меньше размеры униполярного маховика , тем короче импульс.


К вопросу о ионизации металла солнцем. Барий ионизируется в вакууме сам собой и без концентратора , если конечно его предварительно испарить.
Металлы не применяют в ионниках КА из за осаждения на все выступающие части , например на солнецные батареи.

К вопросу о зеркалах . Зеркальные поверхности в вакууме мутнеют очень быстро.


К вопросу об импульсных плазменных движках . Есть схема взрывающихся под действием импульсного тока микроволокон , образующих Х или Z пинч.
Скорость истечения при определенной магнитной схеме 120 км/с , но КПД небольшой из за потерь на излучение , ионизацию , расходимость. Процентов 60.

В МАИ плазменными движками занимается Ким Владимир Павлович , там уже есть отработанные и испытанные схемы.