Межорбитальный буксир с дистанционной запиткой (мысли вслух)

Fakir> Вопрос в том, можно ли устроить такое созвездие, и каково минимальное кол-во станций-излучателей - т.е. задачка баллистическая.
Fakir> Наверное, можно в принципе обойтись числом станций, равным числу разгонных импульсов.
Fakir> Правда, системка получится уже заточенной только под Луну, использовать её, скажем, для выведения на ГСО будет трудновато.

Мне кажется тут надо сначала разобраться с исходными посылками. Если мыслить категориями энергостанций в 100 МВт на 100 тонн массы, то при наличии такой энерговооруженности можно и на традиционном буксире с реактором долететь и вернуться без особой канители и выкрутасов с созвездиями станций-излучателей.
Если энерговооруженость меньше, но дальность передачи энергии сравнительно невелика и выдаются только перигейные импульсы, то опять же можно обойтись без созвездий, тупо передавая энергию тем же СВЧ с поверхности Земли. Оно может чем-то и хуже но ГОРАЗДО дешевле.
Если реализуется какой-то третий вариант, то надо понять какой, и зачем он нам нужен.

Fakir> Нет, смысл есть только в том случае, если на тонну оборудования на буксире принимает от 1 до 10 МВт. На 10 тонн - уже 30-100 МВт. Иначе овчинка выделки не стоит.
Fakir> Никаких проблем. yuu2 писал, что товарищи из ФЭИ уже просчитали реактор на 15-25 МВт электричества в ПН "Протона".

Думается, что не надо НИКАКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. НужОн лазер с ядерной накачкой - тогда не то, что 100МВт, а и 100ГВт можно в ОДНУ ТОННУ впихнуть

Ник

404 Not Found

Я подумывал про реактор-лазер (сама его идея мне вообще давно нравится, красивая).
Но в тонну ты не то что 100 ГВт, но и 100 МВт в жизни не впихнёшь - КПД-то у него не то чтоб очень большой, львиная доля энергии уходит в тепло. Радиаторы - без них никуда.
Поэтому в сумме он может получиться - и, по всей видимости, получится - тяжелее, нежели "электрогенерирующий" реактор с СВЧ-передачиком.

Fakir> Я подумывал про реактор-лазер (сама его идея мне вообще давно нравится, красивая).
Fakir> Но в тонну ты не то что 100 ГВт, но и 100 МВт в жизни не впихнёшь - КПД-то у него не то чтоб очень большой, львиная доля энергии уходит в тепло. Радиаторы - без них никуда.
Fakir> Поэтому в сумме он может получиться - и, по всей видимости, получится - тяжелее, нежели "электрогенерирующий" реактор с СВЧ-передачиком.

А струйные радиаторы зачем?

Ник

Mathieus
>Если мыслить категориями энергостанций в 100 МВт на 100 тонн массы, то при наличии такой энерговооруженности можно и на традиционном буксире с реактором долететь и вернуться без особой канители и выкрутасов с созвездиями станций-излучателей.

Можно, но получающиеся "нехорошести" я уже описал - ХС в 8 км/с вместо 4-х, большая масса реактора, которую необходимо до этой ХС разгонять, а потом тормозить обратно - всё это требует затрат рабочего тела. А их хотелось бы как можно сильнее сократить.

>Если энерговооруженость меньше, но дальность передачи энергии сравнительно невелика и выдаются только перигейные импульсы, то опять же можно обойтись без созвездий, тупо передавая энергию тем же СВЧ с поверхности Земли.

Хм, может, и вариант... Как-то я не подумал.
Действительно, на земле можно в принципе хоть 10-километровые антенные где-нить у экватора соорудить, и гигаваттом-другим запитать (а в свободное от перигейных импульсов время эти гигаватты на что-то полезное употребить). Тогда и плотность мощности можно сделать повыше, и расхождение поменьше, и перигей пониже (километрах на 500-600, лишь бы сопротивление атмосферы убрать), и приличную фазированную решётку соорудить, быстро перебрасывать луч. Если, конечно, атмосфера как-то не помешает.
Но. Могут возникнуть баллистические проблемы.
Сильно опасаюсь, что перигей оч-чень нечасто будет оказываться над наземной станцией. А их ведь много-то не настроишь - чисто по географическим причинам даже.
Разве что строить станцию настолько мощную, чтобы к Луне буксир улетал буквально за пару импульсов...

>Оно может чем-то и хуже но ГОРАЗДО дешевле.

Есть еще риск спутники на низких орбитах пожечь...

Да хрен ли редьки - струйные, не струйные? Всё равно при КПД лазера меньше 10% тепла сбрасывать дофигища надо. И тут выигрыша перед просто реактором не просматривается, даже наоборот.

Fakir> Но. Могут возникнуть баллистические проблемы.
Fakir> Сильно опасаюсь, что перигей оч-чень нечасто будет оказываться над наземной станцией. А их ведь много-то не настроишь - чисто по географическим причинам даже.
Всем этим мы можем управлять. Будем последовательно переводить спутник на орбиты с периодами 2,3,4,6,8,12,24 часов (кратными суткам) и он ровно раз в день будет проходить на станцией. Импульс перехода составляет от 700 м/с и до 300 м/с. Остаток скорости для отлета к луне можно добрать одним импульсом с 12-часовой или суточной орбите. Итого : за неделю - на отлетную к Луне.

Проблема как всегда в энергетике. Время прохождения над станцией на разумной дальности (пара тыщ км) едва ли больше 10 минут и за это время надо выдать импульс в 300-700 м/с. При УИ в 3000 с нужна мощность в 15 МВт на тонну массы спутника. Можно конечно не гоняться за УИ и ускоряться более мелкими шажками и сразу с нескольких станций, но для цивильного грузовичка в любом случае нужны сотни мегаватт.

Fakir> Есть еще риск спутники на низких орбитах пожечь...
А нехай не летают где ни попадя

Mathieus
>Всем этим мы можем управлять. Будем последовательно переводить спутник на орбиты с периодами 2,3,4,6,8,12,24 часов (кратными суткам) и он ровно раз в день будет проходить на станцией.

Это даёт нам довольно жёсткие ограничения по ХС, сообщаемой на каждом витке. Поскольку перигейная скорость и, соответственно, время прохода перигея на каждом витке различается, у нас получается ограниченной и эффективность системы. Плюс масса буксира от витка к витку уменьшается.

>Импульс перехода составляет от 700 м/с и до 300 м/с.

Это много. Очень много для ЭРД за те считанные минуты, что буксир находится вблизи перигея.

>Время прохождения над станцией на разумной дальности (пара тыщ км)

При высоте перигея порядка 600, имеешь в виду?

>При УИ в 3000 с нужна мощность в 15 МВт на тонну массы спутника.

Боюсь, это вообще нереальные величины
В самом лучшем случае - порядка 10 МВт на тонну приёмника, и то сильно-сильно неуверен, что это реально.
Интересно было бы послушать, что тут скажут радиотехники, каким может быть приёмное устройство.

>Можно конечно не гоняться за УИ

А тогда смысл всего балета?

>и ускоряться более мелкими шажками

Именно.

>и сразу с нескольких станций,

А много ли мы станций может настроить у экватора? Океан-с! Суши там мало, три узеньких полоски...

>но для цивильного грузовичка в любом случае нужны сотни мегаватт.

Десятки-другой бы хватило... Не будем зарываться
Лишь бы приёмник был легче реактора на порядок.

Но всё-таки наземные станции, боюсь, будут самым эффективным противоспутниковым оружием, даже не желая того
По крайней мере, у спутников ДЗЗ наверняка будет развиваться косоглазие

У меня несколько другая мысля появилась с подачи Фугу - впрочем, не знаю, может, он это и имел в виду, а я не так понял.

Вешаем на круговой 800-км орбите одну станцию-излучатель. Буксир разгоняем в перигеях, когда его орбита касается орбиты передатчика, и он находится на расстоянии не более 100 км от передатчика. Причём вначале буксир можно выводить так, чтобы орбиты передатчика он касался не перигеем, а апогеем - что позволит еще чуть-чуть сэкономить.

На первых витках относительные скорости станции-передатчика и буксира будут малы, буксир относительно долго будет висеть в "зоне поражения" - десятки минут, видимо. Что есть гут - можно выдать неплохой кусочек ХС. С разгоном буксира время его нахождения в зоне приёма будет падать - к моменту набора конечной ХС до минуты где-то. Правда, ситуация несколько улучшается тем, что тяговооруженность буксира к тому моменту возрастает - бОльшая часть рабочего тела выработалась, но это в идеале не более 20% массы.

Проблемы:

Главная - управление лучом. Насколько быстро можно его перебрасывать, насколько точно можно наводиться на буксир. Ну, наводка - штука с использованием спутниковой навигации и компов относительно несложная, а вот перекидка луча в таком темпе - похитрее будет.
При использовании СВЧ быстрое управление лучом осуществимо, видимо, только с помощью излучателя с перенастраиваемой фазированной решёткой. Что, к сожалению, сделает излучатель тяжёлым... Желательно бы использовать нечто вроде металлизированного отражателя - но как его нацеливать?
В случае лазера тоже непросто - нужна система прецизионно вращающихся зеркал. Каждое зеркало, по всей вероятности, придётся хорошенько охлаждать. Причём возникнут проблемы с выбором длины волны лазера - желательно где-нибудь в видимом диапазоне, потому что отражать инфракрасный труднее будет.

Ну и та же проблема, что и с наземной станцией - редкое совпадение местоположения передатчика и буксира (запускать их во встречных направлениях нельзя, т.к. это неприемлимо уменьшит время передачи энергии, до считанных секунд).
Впрочем, может быть, тут из нужды можно сделать добродетель - одна станция без труда сможет обслуживать одновременно не один десяток буксиров: кого отправлять к Луне, кого на ГСО, кого к планетам, кого просто между орбитами перегонять. Что с экономической точки зрения весьма гут - фактически один реактор обслуживал бы всю "внеатмосферную" космонавтику. И бог с ним, что буксир летит дольше - главное, меньше рабочего тела расходует, и реактор с собою не таскает.

обработать Лунную поверхность на
некоторой площади фотоэлетриком (т.е.
генерация эль.заряда при освещении)
то днем будут образовыватся площадки
с мощным локальным электростатическим
полем (утечек наверное почти не будет)

Немного об антеннах, их возможных размерах.


1. Спутник ETS-VIII (Engineering Test Satellite) был запущен 18 декабря 2006 г. с помощью ракеты-носителя Н-2А с полигона Танегасима.
при орбитальной массе 3 тонны (стартовая – 5,8 т) общая длина спутника составила 40 метров, размер двух антенн – по 19 на 17 метров каждая.
Во время запуска антенны сложены в цилиндры диаметром 1 метр и длиной 4 метра.

Итак, масса антенны суммарной площадью 650 кв. м. - не более 3-х тонн (масса спутника), на деле, конечно, намного меньше. Вероятно, где-то около 500 кг. Хотя неизвестно, какого диапазона антенна.

2. Разработанная ОКБ МЭИ совместно с КБ «Салют» раскладная антенна размером 19х6 м2. Масса - 180 кг. Для метрового диапазона.

Цифирь выглядит обнадёживающе. Правда, это метровый диапазон - сколько будет весить антенна аналогичных габаритов для СВЧ, покрыто мраком.

3. 10-метровая параболическая антенна для радиотелескопа "Радиоастрон" (должен быть запущен в 2007). Изготовлена из композиционного материала (углепласт-алюминиевые соты-углепласт), состоит из 27 раскрывающихся лепестков и центрального зеркала диаметром 3 м. Отношение фокусного расстояния к диаметру 0.43 и максимальные отклонения поверхности зеркала от идеальной не более ± 2 мм. Диапазоны приемников 0.324, 1.66, 4.83 и 18.4-25.1 ГГц.

Массу антенны не нашёл.
Для СВЧ, вероятно, вполне пригодна без принципиальной переработки.

Американцы для РЛ-спутников делают 100-метровые антенны и думают о 300-метровых, но это, правда, "линейные" антенны.


На передатчике можно особо не мелочась, наверное, нагородить весьма немалую антенну, поперечником не в одну сотню метров.
Особенный оптимизм внушает антеннка 20*6 массой меньше 200 кг. Для приёмника буксира - самое то, если в неё хотя бы мегаватт пропихнуть удастся. Но не СВЧ, да...
Интересно было бы послушать мнение народа, соображающего в антеннах

P.S. Как и следовало ожидать, картинки не приаттачились. Посмотреть можно здесь:
Спутниковое ДРЛО [Fakir#23.11.06 01:45]

Fakir> Да хрен ли редьки - струйные, не струйные? Всё равно при КПД лазера меньше 10% тепла сбрасывать дофигища надо. И тут выигрыша перед просто реактором не просматривается, даже наоборот.
Ядрённый лазер должон быть наземным, тепло использовать в ТЭЦ.

Идея витает в воздухе:

Тезисы доклада, представленного на конференции "Ядерная энергетика в космосе-2005" (NPS-2005)

КОМБИНИРОВАННАЯ КОСМИЧЕСКАЯ ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С СИСТЕМОЙ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ
Квасников Л .А ., Смахтин А .П ., Чуян Р .К .
(МАИ, Россия)

Основным ограничением использования ядерной энергетики в космических энергетических установках является проблема обеспечения надежной безопасности ядерной энергетической установки (ЯЭУ) и, как следствие, решение проблемы совместимости ЯЭУ с другими системами космического аппарата (КА). Особенно остро эта проблема возникает при использовании ЯЭУ в составе бортовой космической энергетической установки (КЭУ) на пилотируемых КА. В настоящее время эта задача решается за счет использования достаточно громоздкой по размерам и массе бортовой защите от ядерного излучения.
Положение коренным образом меняется при использовании беспроводной передачи энергии по СВЧ или лазерному лучу для обеспечения внешнего энергоснабжения космического аппарата от ЯЭУ, расположенной на орбитальном энергетическом модуле на достаточно большом удалении от космического аппарата - потребителя энергии. На борту орбитального энергетического модуля ядерная энергия преобразуется в электрическую энергию, которая в свою очередь преобразуется в
энергию электромагнитного излучения СВЧ или лазерного диапазонов частот, после чего по сфокусированному электромагнитному лучу энергия передается на космический аппарат–потребитель энергии.
Для передачи энергии в космосе лазерное излучение предпочтительней СВЧ, так как для лазерного излучения требуются приемно-передающие устройства значительно меньших размеров. Кроме того, стандартные солнечные батареи при их облучении монохроматическим излучением с длиной волны, энергия кванта которой h . равна ширине запрещенной зоны .Е полупроводника, обладает очень высоким КПД порядка 50% - 60%. Это приводит к резкому росту их удельных выходных параметров до 2,5 кВт/м² – 3 кВт/м², то есть практически в 10 раз выше, чем в случае их облучения солнечным светом.
Рассматриваемая система комбинированной космической ЯЭУ перспективна при реализации ряда космических проектов:
- организация энергопитания международной космической станции (МКС );
- создание энергетических модулей с бортовой ЯЭУ на орбите вокруг Луны для
питания по сфокусированному СВЧ или лазерному лучу лунной базы ;
- создание на геостационарной орбите (ГСО ) орбитальной энергостанции для
перевода космических аппаратов с низкой опорной орбиты высотой порядка 200 – 250
километров на ГСО;
- энергоснабжение космического транспортного корабля при полете на Марс.

 

Но, к сожалению, авторы, похоже, не конкретизируют ни возможности передачи энергии, ни баллистику процесса.

Fakir> Идея витает в воздухе:
Fakir> Тезисы доклада, представленного на конференции "Ядерная энергетика в космосе-2005" (NPS-2005)
Fakir> Но, к сожалению, авторы, похоже, не конкретизируют ни возможности передачи энергии, ни баллистику процесса.

Быстро читаешь
Это же ТЕЗИСЫ - саму работу искать надо

Ник

Поищем, конечно. Но я уже примерно научился "чуять" по тезисам, что в работе рассмотрено серьёзно, а что - на уровне потрепаться

Вести с полей:

http://etd.caltech.edu/etd/.../unrestricted/Parkin-Thesis.pdf
(осторожно! больше 40 мегабайт!!!)
страницы 37-39
Там же есть несколько фото ЛА с дистанционной СВЧ-запиткой.

Rectennas (rectifying antennas), (Brown, 1984; Brown, 1992; East, 1992), are arrays of rectifying diodes arranged at scales similar to the wavelength of the incoming microwaves, typically at frequencies of 1–10 GHz, generating a DC current. Rectennas have been developed over a number of years in large part due to the efforts of Brown (1984; 1992), who demonstrated the flight of an helicopter using 2.45 GHz microwaves in 1964 (Fig. 1-10). Rectennas have also been used for demonstrations of wireless power transmission (WPT) and for the 1987 SHARP unmanned aerial vehicle (UAV), shown in Fig. 1-11.
However, rectennas are currently limited to power densities of less than 1 KW/m 2 at 2.45 GHz, which together with the high weight of ~1 kg/kW for DC power processing equipment, limits their use on highly energetic vehicles. Myrabo calculates that the microwave lightcraft requires a 35 GHz rectenna to operate at power densities 10,000 to 40,000 times higher than the present state of the art, and suggests a high-pressure helium-cooled silicon carbide rectenna array as a possible solution.

 

Ну, площадь - еще ладно, антенну в 1000 кв. м. потянуть вполне можно. А вот 1 тонна для антенны, принимающей мегаватт - это всё же несколько больше, чем хотелось бы...
Вопрос, конечно, в том, насколько жестки данные ограничения, и как сильно можно снизить массу, повышая частоту излучения.

Источник не ахти какой надёжный, но хоть что-то.

Мощность СВЧ-излучения на передающей антенне, - от 1,1 до 2,7 МВт.
Суммарная площадь передающей антенны, м2 - от 10,4 до 24,4
Число каналов энергопередачи 1...6
Приводят массу активной фазированной антенной решётки - от 460 до 1100 кг.

Удивляет очень малая площадь антенны.
Впрочем, по всей видимости, источник вообще достаточно халявный - ни слова не говорится ни о приёмнике, ни о рабочем расстоянии, ни о многих других важных моментах.
Цифирь по антенне, может, и верная (тем более что порядок массы примерно совпадает с тем, который указывается для приёмной антенны в предыдущей ссылки), но для чего пригоден такой излучатель - остаётся под вопросом.

Каюсь, поленился прочитать весь топик.

А просто зеркала не помогут ? Вешаем на орбите Х платформ которые в час Ч пускают солнечный "зайчик" на спутник... а там уже обычные СБ... главное спутник не поджарить

Fakir>> Но. Могут возникнуть баллистические проблемы.
Fakir>> Сильно опасаюсь, что перигей оч-чень нечасто будет оказываться над наземной станцией. А их ведь много-то не настроишь - чисто по географическим причинам даже.
А про ЭКСИМЕРНЫЕ зеркала никто не слышал? Типа, там СОИ?

Сама станция с огромной ФАР - на Земле(кстати, заодно противоспутникове оружие ), на орбите - несколько больших зеркал-антенн.

Ник

Алдан-3> А просто зеркала не помогут ? Вешаем на орбите Х платформ которые в час Ч пускают солнечный "зайчик" на спутник... а там уже обычные СБ... главное спутник не поджарить

Не, просто с зеркалами - практически без шансов... Слишком мала плотность энергии, конструкции большие нужны... Если зеркало плоское - то в самом лучшем случае можно удвоить энерговооружённость КА, если же хитрой собирательной формы - конструкция чудовищно усложняется, и наводить тяжело.

Wyvern-2> А про ЭКСИМЕРНЫЕ зеркала никто не слышал? Типа, там СОИ?

Эксимерные лазеры - знаю. Эксимерного зеркала - как-то не могу себе представить

Wyvern-2> Сама станция с огромной ФАР - на Земле(кстати, заодно противоспутникове оружие ), на орбите - несколько больших зеркал-антенн.

Хз... может быть. Но ИМХО проблемы у "зеркала" будут те же самые, что и у излучателя...

Fakir> ...Если зеркало плоское - ...
Да не зеркало, а зеркалА!

А какая разница?

А такая, что если одно зеркало способно удвоить, то девять зеркал способны удесятерить.

А так ли уж велика разница - десять маленьких зеркал, или одно большое, но вдесятеро большей величины?

Fakir> А так ли уж велика разница - десять маленьких зеркал, или одно большое, но вдесятеро большей величины?
А подумать мозгом?