Новое топливо для космоса

Теги:космос
 
1 2 3 4 5 6 7

hcube

старожил
★☆
Читатели сочтут это явным флудом. НЕТУ реакций с промежуточной энергией - или мы используем ту или иную ядерную реакцию (бэта-распад, альфа-распад, цепную), или имеем максимальную энергию равную энергии связи. Пока у нас источником энергии является химическое топливо - УИ ЖЕСТКО привязан к энергетике химической же связи в результатах реакции.
Убей в себе зомби!  
+
-
edit
 

Svoboda

втянувшийся
valture>В принципе самыми большими энергиями должны обладать фториды инертных газов, но они очень неустойчивы.....[»]

Самыми большими энергиями должны обладать свободные радикалы, стабилизированные в матрице энертного вещества.


http://engine.aviaport.ru/issues/18/page24.html
Таблица 3.

По цене водород сопоставим с гидразином, а плотность жидкого метана в два раза меньше плотности керосина. :(

I hope the Russians love their children too. ©Sting  
EE Татарин #24.10.2004 18:43  @hcube#24.10.2004 02:15
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
hcube>Читатели сочтут это явным флудом. НЕТУ реакций с промежуточной энергией - или мы используем ту или иную ядерную реакцию (бэта-распад, альфа-распад, цепную), или имеем максимальную энергию равную энергии связи. Пока у нас источником энергии является химическое топливо - УИ ЖЕСТКО привязан к энергетике химической же связи в результатах реакции.[»]

Все это почти так, но есть несколько лазеек.

Во-первых, можно как-нить хитро изгольнуться над ядром таким образом, чтобы получить реактор покомпактнее того, что у нас сейчас есть...

А во-вторых, можно ведь построить аккумулятор на химической связи таким образом, что энергию его возможно будет использовать оптимальнее, чем в ракетном двигателе. Ракетный двигатель - самый простой и очевидный, но не факт, что единственный или уникальный способ использовать энергию и рабочее тело.

Где я не прав?
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  

hcube

старожил
★☆
Дык аккумулятор тоже придется разгонять. Что очень негативно повлияет на УИ ;-). А механически накачать энергию в вещество опять же больше чем на величину связи не получится.

Вообще, в принципе перспективными, повторюсь, должны быть накачанные водородом под предельным давлением наносферы. Это получается компактно упакованный водород плюс НАПРЯЖЕННЫЙ углерод. В принципе должно получиться УИ на уровне метана, плюс отсутствие глубокой криогеники плюс БЕШЕННАЯ плотность, немыслимая для низкомолекулярных газов. Хотя если у нас ЖК есть - то можно и метан взять ;-))

Мне в голову приходила мысль о бэта-батарейке. То есть берем бэта-радиоактивное вещество, и делаем на нем батарейку. Напряжение на ней должно полуиться порядка единиц мегаволь, при довольно приличном токе. Самое оно для питания высокоимпульсных ионных двигателей. причем бэта-изотопы можно производить искуственно. И минимальный размер элемента (из веществ с высокой энергией выхода) может быть порядка размера бытового термоса ;-). Но это только для космоса - для атмосферы такой движок не годится - оно мгновенно все ионизируется.

Убей в себе зомби!  
Это сообщение редактировалось 26.10.2004 в 00:44
+
-
edit
 

Serge77

модератор

hcube>Вообще, в принципе перспективными, повторюсь, должны быть накачанные водородом под предельным давлением наносферы. Это получается компактно упакованный водород плюс НАПРЯЖЕННЫЙ углерод.

Я точно не знаю, но по-моему, углеродные наносферы (фуллерены) будут реагировать с водородом под давлением, получится что-то вроде нафталина, ничего интересного.

А вот атом гелия действительно удаётся затолкать внутрь фуллерена, причём плотность гелия в таком веществе при комнатной температуре получается больше, чем в жидком гелии. Энергозапас такого вещества получается колоссальным, УИ даже без окислителя больше современных топлив. Правда вещество крайне дорого, получены то ли миллиграммы, то ли меньше, не помню, давно читал.

Кстати, углеродный каркас фуллерена при этом совсем не напрягается, у него внутри много места.

RSR13

втянувшийся
Serge77>А вот атом гелия действительно удаётся затолкать внутрь фуллерена, причём плотность гелия в таком веществе при комнатной температуре получается больше, чем в жидком гелии. Энергозапас такого вещества получается колоссальным, УИ даже без окислителя больше современных топлив. Правда вещество крайне дорого, получены то ли миллиграммы, то ли меньше, не помню, давно читал.
Serge77>Кстати, углеродный каркас фуллерена при этом совсем не напрягается, у него внутри много места.[»]

Вот видите :) Появляются мысли о нехимическом удержании энергии !

Работа над промежуточным топливом , началась именно после статьи о силикат-глыбе. Тогда появилась первая идея , а собственно зачем топливо в ракете охлаждать ? Давайте наоборот попробуем нагреть.
Естественно , было взять объектом нагрева графит , как самое теплоемкое вещество.
При 100 атм. и 4200 градусов графит становится жидким и на это тратится около 20 МЖД/кг энергии. Половина за счет теплоемкости , половина за счет теплоты плавления.
Следующий этап . А как задействовать помимо этих 20 Мдж еще 59 Мдж/кг - теплоту испарения графита ?
Оказалось , что некоторые формы чистого графита , склонны к перегреву выше температуры кипения , если нет центров закипания и нагрев достаточно быстрый.
К сожалению , топливо получалось дорогим и неустойчивым.
Были идеи просто ионизировать плазму элемента с высоким атомным номером и удерживать некоторое время теплозащитой. Энергия ионизации - колоссальна , однако плотность топлива получалась мала , при давлении которое мог удержать корпус. Это легко посчитать .




 
Это сообщение редактировалось 14.06.2005 в 17:37
EE Татарин #24.10.2004 22:36
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
hcube>Дык аккумулятор тоже придется разгонять. Что очень негативно повлияет на УИ ;-). А механически накачать энергию в вещество опять же больше чем на величину связи не получится.
Не обязательно. Сейчас их не разгоняют - частично используют как рабочее тело, частично отстреливают, нам ничто не мешает поступать так же.
Главный тут вопрос такой: с каким КПД мы используем энергию аккума?
КПД ракетного двигателя - копейки, неужто имея высокосортную энергию и дармовое рабочее тело за бортом на начальном этапе полета, нельзя использовать все это более толково?
ИМХО, можно. На данном этапе тут не видно фундаментальных препятствий, есть лишь сверхсложная техническая проблема. Что - совершенно иной расклад, чем в Вашем начальном посте, согласитесь? :)

hcube>Вообще, в принципе перспективными, повторюсь, должны быть накачанные водородом под предельным давлением наносферы. Это получается компактно упакованный водород плюс НАПРЯЖЕННЫЙ углерод. В принципе должно получиться УИ на уровне метана, плюс отсутствие глубокой криогеники. Хотя если у нас ЖК есть - то можно и метан взять ;-))
Водородом наносферу накачать не так просто... При маленьких давлениях все ОК, а дальше он начинает просачиваться, а дальше - реагировать. С нанотрубками - та же фигня. Это не терра инкогнита, на эту тему уже есть масса работ (связанных с водородной энергетикой). Сейчас пока проблема добиться хотя бы 1/10 плотности энергии по сравнению с ЖВ.

hcube>Мне в голову приходила мысль о бэта-батарейке. То есть берем бэта-радиоактивное вещество, и делаем на нем батарейку. Напряжение на ней должно полуиться порядка единиц мегаволь, при довольно приличном токе. Самое оно для
Ну да. Тонкие слои бета-излучателя, вакуумный изолятор...
На самом деле хотя плотность хранения энергии получается нормальная, мощность - смешные копейки. :\ Плюс невозможность энерговыделением управлять, что тоже не совсем подарок.
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  
EE Татарин #24.10.2004 22:43  @Serge77#24.10.2004 21:15
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
Serge77>А вот атом гелия действительно удаётся затолкать внутрь фуллерена, причём плотность гелия в таком веществе при комнатной температуре получается больше, чем в жидком гелии. Энергозапас такого вещества получается колоссальным, УИ даже без окислителя больше современных топлив. Правда вещество крайне дорого, получены то ли миллиграммы, то ли меньше, не помню, давно читал.
Serge77>Кстати, углеродный каркас фуллерена при этом совсем не напрягается, у него внутри много места.[»]
Фуллерен (С60, С70), кстати, в этой роли (хранителя гелия) не очень эффективен. Насколько я знаю, в последние предперестроечные годы нашли углеводороды, которые давали схожий энергоэффект, но были много легче (по массе) и дешевле (в синтезе). Стабильность до 500-600К... то есть, это не криогеника.

Я обещал не трепаться о конкретике :( , но есть, еще живы люди, кто этим непосредственно занимался и о результатах они рассказывают очень восторженно...
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  
+
-
edit
 

Wyvern-2

координатор
★★★☆

Svoboda>По цене водород сопоставим с гидразином, а плотность жидкого метана в два раза меньше плотности керосина. :([»]

Не в ДВА РАЗА :) И водород не в 9 раз менее плотен, чем керосин :) Считайте суммарную плотность топливной пары. У водорода это 1Н2+6О2, у керосина это 1керосин+2,7О2, у метана 1СН4+3О2.

Ник
Жизнь коротка, путь искусства долог, удобный случай мимолетен, опыт обманчив.... Ἱπποκράτης  
+
-
edit
 

Svoboda

втянувшийся
Татарин>КПД ракетного двигателя - копейки, неужто имея высокосортную энергию и дармовое рабочее тело за бортом на начальном этапе полета, нельзя использовать все это более толково?

Важной особенностью ЖРД является и высокий коэффициент полезного действия термического цикла, например, для компонентов F2/H2 при перепаде давлений (степени сжатия) 27 000, начальной температуре 4546К и конечной температуре 530К он составляет 0,883.
 


Да уж копейки :D . Если хочется еще выше, то сгорание при постоянном объеме выгодней, чем при постоянном давлении.
I hope the Russians love their children too. ©Sting  

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★
RSR13
Тогда задумались , нельзя ли как нибудь ионизировать электроны вещества , а ионы оставить холодными.
При этом энергия рекомбинации , будет греть ионы
 


Забудьте. Во-первых, рекомбинация в плотной плазме произойдёт очень быстро, за миллисекунды. Во-вторых, греть рекомбинация будет не очень эффективно.
 

RSR13

втянувшийся
Fakir>RSR13
Fakir>
Тогда задумались , нельзя ли как нибудь ионизировать электроны вещества , а ионы оставить холодными.
Fakir>При этом энергия рекомбинации , будет греть ионы
 

Fakir> Забудьте. Во-первых, рекомбинация в плотной плазме произойдёт очень быстро, за миллисекунды. Во-вторых, греть рекомбинация будет не очень эффективно.[»]

О этих проблемах я знаю прекрасно :) Поэтому я и говорю , что рекомбинация неудобна .

Давайте пока перегретые жидкости и рекомбинацию оставим , там есть зацепки , но они дорогостоящие.

Рассмотрим ВАРИАНТ гибридного топлива :
30% (жидкий кислород + жидкий водород) + 70 % расплавленный графит при т-ре 4200 град и давлении 120 атмосфер.

Тут есть следующие способы сочетания.
1.Сначала графит греет по отдельности кислород и водород , кристализуясь и охлаждаясь до микрочастиц , а потом два горячих потока водород-графитный и кислород-графитный , смешиваются и сгорают , истекая из сопла.

2.Графит подается вместе с кислородом и водородом , слегка нагревая водяной пар до температуры между 3800 и 4200 , а так же уменьшая немного молекулярную среднюю массу продуктов.

3.Кислород вообще выкидывается нафиг (то есть не берется на борт) , а графит и водород смешиваются в КС и истекают при некоторой средней температуре , пропорционально количеству холодного и горячего компонента.

Освоившие программу расчета ПРОПЕР , может ли программа посчитать УИ таких топлив ?

Для сведений по графиту. Теплота плавления (считается по минимуму) 10 Мдж/кг (по максимуму 10.5 Мдж/кг) , Сp жидкого графита 4,2 Дж\г*К , Ср твердого 3-3.2 Дж\г*К

Энергия потребная для расплавления и нагрева до 4200 град. 19,8 Мдж\кг.

Теплота возгонки графита 59 Мдж/кг , частично начинает возгоняться при атм давлении свыше 4000 град.

При 100 атм. и 4200 град. существует и устойчиво хранится в графитовом контейнере с охл. стенками жидкая фаза. Плотность около 2 г/см3 .


 
+
-
edit
 

Serge77

модератор

RSR13>1.Сначала графит греет по отдельности кислород и водород

В кислороде графит сгорит.

RSR13>Освоившие программу расчета ПРОПЕР , может ли программа посчитать УИ таких топлив ?

Ты до сих пор не установил программу?

Можно задавать начальную температуру компонентов.

Вот что получилось для пары графит - жидкий кислород:

T, K УИ C:O2
298 268,6 34:66
1000 280,1 36:64
2000 297 38:62
3000 315,2 41:59
4000 336,5 42:58
5000 355,1 43:57
6000 370,8 43:57

Можешь посчитать то же самое вручную, чтобы сравнить?

А для топлива H2-O2 максимальный УИ получается 389.4 в атмосфере. Лучше жидкого графита.

RSR13

втянувшийся
Serge77>Вот что получилось для пары графит - жидкий кислород:
Serge77>4000 336,5 42:58
Serge77>Можешь посчитать то же самое вручную, чтобы сравнить?
Serge77>А для топлива H2-O2 максимальный УИ получается 389.4 в атмосфере. Лучше жидкого графита.[»]


Не-е-е-е графит в кислороде жечь не надо , жалко :) Это же неправильно , получать окись углерода , и возить балластом кислород , для того чтобы охлаждать графит ионизацией компонентов CO2=2CO и повышать мол. массу продуктов.

Я же водород не зря ввел.
 
+
-
edit
 

avmich

координатор

RSR13>По формуле 1 , скорость истечения в вакуум составит
RSR13> корень из 2*3751*6614=7044 м\с

Непонятно, как посчитано. Можно поподробнее, в частности, указать температуру водорода на срезе сопла (как я понимаю, в камере она предполагается равной температуре графита) и массовое соотношение графита и водорода?
 
+
-
edit
 

Serge77

модератор

Что-то не подтверждает PROPEP большого УИ с графитом-водородом. Вот для соотношения 70-30:

T, K УИ 30H-70C
298 221,2
1000 239
2000 258,6
3000 277
4000 294,9
5000 312,5
6000 330

RSR13

втянувшийся
Serge77>Что-то не подтверждает PROPEP большого УИ с графитом-водородом. Вот для соотношения 70-30:

Правильно , что ПРОПЕР неправильно считает :)
Он же не знает , что такое жидкий графит :) И что его теплота плавления 10,5 Мдж/кг , а он считает температуру твердого и теплоемкость :)

Сведения по графиту можно посмотреть здесь :




Расчет вручную , кстати достаточно точный , потому , что параметры веществ при указанных температурах хорошо известны , а диссоциации водорода и графита почти не происходит , этим можно пренебречь.

Поясняю : основная формула скорости истечения рабочего тела в ваккум
V=корень(2Cp*T) (откройте любой учебник газодинамики)
Когда значения известны точно , достоверность расчета высокая.
Температуру смешения я посчитал классически , пропорционально теплоемкостям веществ их процентному составу и температурам , с учетом того , что графит охлаждаясь до 3700 отдает запасенную энергию плавления в смесь.
Точно так же определил суммарную теплоемкость смеси , пропорционально количеству веществ и их теплоемкости. (здесь естественно теплота плавления не участвует)

Кому интересно сравнение с кислородом + водородом посчитайте энергию реакции , получится на уровне 12 Мдж/кг , а молекулярный вес 18
Средняя энергия графит + 30% водорода , получается тоже около 12Мдж/кг , но средний молекулярный вес продуктов 9 , что вдвое меньше :))

Кстати есть данные о перегреве графита в жидком состоянии до 6000 К
А это уже совсем другой уровень энергии .


 
Это сообщение редактировалось 26.10.2004 в 00:41

RSR13

втянувшийся
RSR13>>По формуле 1 , скорость истечения в вакуум составит
RSR13>> корень из 2*3751*6614=7044 м\с
avmich>Непонятно, как посчитано. Можно поподробнее, в частности, указать температуру водорода на срезе сопла (как я понимаю, в камере она предполагается равной температуре графита) и массовое соотношение графита и водорода?[»]

Нет нет :) Не правильно понимаете. Это максимальная допустимая скорость истечения в вакуум. Значит температура на срезе сопла предполагается минимально возможная .

А в камере она не предполагается равной Т графита , а посчитана пропорционально теплоемкостям водорода и графита , их количеству в смеси и выделению скрытой теплоты плавления графита.
 
+
-
edit
 

Serge77

модератор

RSR13> Он же не знает , что такое жидкий графит :) И что его теплота плавления 10,5 Мдж/кг , а он считает температуру твердого и теплоемкость :)

Может быть, во всяком случае в данных на компоненты нет теплоты плавления или испарения. Точнее говоря, для сжиженных газов эта теплота учтена в теплоте образования.

А если твой расчёт верен, почему до сих пор на этом не летают? Может быть это просто не реализуемо? Или ты думаешь, что никто не догадался?

RSR13

втянувшийся
Serge77>Что-то не подтверждает PROPEP большого УИ с графитом-водородом. Вот для соотношения 70-30:
Serge77>T, K УИ 30H-70C
Serge77>298 221,2

Сергей , вы серьезно верите , что если взять графит и водород при комнатной температуре , подать в РД , то импульс будет 221 сек. Это же почти вечный двигатель :) Графит даже не загорится в водороде , а если просто выдавить смесь давлением наддува бака , то вообще ничего не будет :)

Что то программа не учитывает.
 

hcube

старожил
★☆
Дурацкий вопрос - а в чем мы будем держать жидкий графит с температурой в 4200С и дикой теплопроводностью (фактически, это заготовка для гигантского алмаза)?

Если уж мы так хотим поэффективнее, давайте из этого графита отольем ракету ;-)). Водород-кислород, подача топлива самонаддувом, движок с регенеративным охлаждением, можно аэроспайк. Если у нас оно из чистого графита - то с многоразовостью нет проблем - даже у шаттла температура торможения потока не превышает 1.9К С. А у нас вес меньше, а обьем больше. Осталось только придумать как сделать УВТ (навскидку - балансом тяги по длине аэроспайка и соотношением подачи топлива по линейным камерам с разных сторон оного 'спайка'), и все - SSTO, на дешевом и чистом топливе, практически вечный - кроме клапанов нет ни одной движущейся части, даже шасси можно сделать.... ммм... ну, давайте его сажать на воду ;-)

Поймите - УИ - это не самоцель, иначе у нас давно бы летали Лемовские корабли на ТФЯРД на 50 ктонн веса ;-).
Убей в себе зомби!  

RSR13

втянувшийся
hcube>Дурацкий вопрос - а в чем мы будем держать жидкий графит с температурой в 4200С и дикой теплопроводностью (фактически, это заготовка для гигантского алмаза)?
hcube>Поймите - УИ - это не самоцель, иначе у нас давно бы летали Лемовские корабли на ТФЯРД на 50 ктонн веса ;-).[»]

А кто спорит :)
У твердого волокнистого графита разная теплопроводность поперек и вдоль волокон :) Она может быть очень невысокой :) А значит бак можно сделать из графитового волокна (угольного , графитизированного), охлаждаемого снаружи. Тогда на каком то расстоянии от твердой стенки бака будет граница твердой и жидкой фаз.

Плавят же тугоплавкие окиси металлов в тиглях из окисей этих же металлов :) И вольфрам плавят , и даже до кипения 5900 К доводят и ничего не прогарает.
А разве аэродинамический нагрев 27000 К , при входе в атмосферу , с мощнейшим газовым потоком , нерешимая проблема , даже для атмосферы Юпитера теплозащита есть.
Внутри топливной шашки РДТТ , температура порядка 4000 К , но твердое топливо не детонирует , а прогорает равномерно.
Температура плазмы в плазмотроне высокого давления 50000 К , а кожух плазмотрона медный.
Любую техническую проблему при желании можно решить.



 
Это сообщение редактировалось 26.10.2004 в 01:37

Serge77

модератор

RSR13>Что то программа не учитывает.[»]

Посмотрел продукты выхлопа - оказывается PROPEP посчитал, что графит с водородом прореагировали, метан получился. Я должен был сразу догадаться, ведь PROPEP считает термодинамическое равновесие, в предположении, что всё прореагировало до равновесия.
+
-
edit
 

avmich

координатор

Непонятно, как влияет 70% графита на УИ. Практически, получается, что на ракету ставится большой запас тепла, этим теплом греется водород. Та же идея, что с ЯРДом, только в ЯРДе нагрев за счёт распада, а здесь - за счёт запасённого тепла. Надо сравнивать плотности энергии... с учётом существенных вспомогательных масс.

Так что с температурой на срезе сопла?
 
+
-
edit
 

Wyvern-2

координатор
★★★☆
avmich>Непонятно, как влияет 70% графита на УИ. Практически, получается, что на ракету ставится большой запас тепла, этим теплом греется водород. Та же идея, что с ЯРДом, только в ЯРДе нагрев за счёт распада, а здесь - за счёт запасённого тепла. Надо сравнивать плотности энергии... с учётом существенных вспомогательных масс.

Мдяяяяя...робяты(особенно RSR13)... Вот avmich, со свойственной ему трезвостью мышления и "намекает" - вы, что же хотите ядерные реакции, имеющие на порядки большую энергию, чем химические, заменить...даже не химической(sik!) реакцией, а просто термоаккумулятором???? :blink: :unsure: :huh:
Уважаемый RSR13, а Вы слышали, что б перегретый графит где то использовали в качестве термоаккумулирующего в-ва?

Ну и главное - есть такое понятие - баллистическая эффективность. Т.е. любое решение принимаемое в том, что летает :) необходимо проверить, сравнивая по массе ПН, выводимой на необходимую траекторию.
Например те же ЯРД, несмотря на многократно больший Иу и мощности выигрывают у ЖРД не так уж и много(хотя и существенно). В данном случае, IMHO, БЭ будет многократно хуже.

Ник
Жизнь коротка, путь искусства долог, удобный случай мимолетен, опыт обманчив.... Ἱπποκράτης  
1 2 3 4 5 6 7

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru