Термоядерный ракетный двигатель: как, зачем, почему и почем

Да, вот подумал - насчёт абсолютной и принципиальной неприменимости Z-пинчей для ТЯРД я, пожалуй, погорячился. Я сперва так сказал из-за их водоизолированных формирующих линий, только потом сообразил, что в принципе не так уж обязательно иметь целый бассейн а-ля "Зита" или цистерны а-ля "Ангара". Можно и меньшим количеством воды обойтись - так что пинчевый драйвер в принципе может иметь массы не совсем уж запредельные. Но других проблем хватает тоже, так что суть радикально не изменится.

То же и MTF. Очень уж много непроработанности, плюс система импульсная. Что уже само по себе не есть гут.

УИ в старых добрых секундах - это время работы двигателя с тягой 1кгс на 1-ом кг расходуемой массы.
Расход массы прямо пропорционален скорости истечения.
Там прямая пропорция, тяга отнюдь не пропорциональна энергии.
Гильзин е? Там хорошо объясняется, хоть и не в системе СИ
А еще:
Мощность двигателя(Вт)=скорость истечения(м/с)*тяга(н)
В системе СИ Вт=н*м/с

Да все просто-принцип суперпозиции, если не ошибаюсь в иностранных словах.
Считайте отдельно тягу для каждой компоненты по её расходу массы и скорости и не бойтесь.
Мощность двигателя(Вт)=скорость истечения(м/с)*тяга(н)
Мощность в % на каждую компоненту вам известна. Общая мощность движка - тоже.
Скорость истечения каждой компоненты по её энергии найдете.

Lecture #32: Fusion Propulsion
Хорошие и разные ТЯРД

Streamflow> С интересом слежу за этой темой, так как никогда серьезно не изучал проблемы термоядерных ракетных двигателей (разве что Эрике читал ), но раз связался с гелием-3, то, пожалуй, что-то понимать в них надо

Тогда уж в первую очередь - лучше в термояде вообще и в особенности в реакторах

Fakir>> Главное концептуальное преимущество ТЯРД - высочайший УИ, но для того, чтобы оно в полной мере проявилось, нужны задачи с большой ХС.
Streamflow> Это верно, но к этому очень желательно исключить области с большими гравитационными ускорениями в виде "спуска к Солнцу", так как в этом случае при малой тяге потребуется слишком большое количество витков траектории.

Спуск к Солнцу, т.е. к Меркурию и ниже тут вполне уместен. Даже при малой тяге аппарат вряд ли и один полный виток сделает

Fakir>> Поэтому для перелётов со сравнительно небольшой ХС ТЯРД будет, вероятно, всухую проигрывать ЯРД, или связке реактор+ЭРД.
Streamflow> Первое - верно, а второе - вряд ли, так как и реактивное ускорение, так отношение массы аппарата к располагаемой мощности у варианта связки ядерный реактор+ЭРД, вроде бы, должны быть ещё ниже хотя бы из-за наличия огромных радиаторов-излучателей.

Вы отстали от жизни - научно-технический прогресс мчится стремительным домкратом
Т-щ из ФЭИ тут уже с год назал выкладывал цифирь, которую они насчитали для реакторов с машинным преобразованием, три типоразмера. Самый крупный, массой порядка 20 тонн с капельным радиатором - получался на 15-25 МВт электрической мощности. Ну а ежели мощность дальше повышать - сами понимаете, удельные характеристики будут улучшаться.

Streamflow> Ну, и последнее. Как простые оценки, так и Левантовский :), показывают, что гравитационные ускорения на низких орбитах в полях планет типа Земли или Урана на пару порядков выше, чем гравитационные ускорения от Солнца в окрестности земной орбиты. Поэтому аппараты с достаточно малой тягой должны накручивать многовитковые спирали с большими затратами времени и заметными добавками к характеристической скорости миссии, а в межпланетном пространстве могут летать по одновитковым траекториям. Поэтому напрашивается мысль создать многоразовые ядерные буксиры,

Тоже нужно смотреть по месту, по обстановке для каждой отдельно взятой задачи. Если накручивать круги - то в самом худшем случае удвоится отлётная ХС. Если её доля в общей ХС невелика - некритично. Больше того - отлётную ХС можно и не удваивать, если движок малой тяги будет работать лишь вблизи перигея. Ну, время выведения возрастёт. Тут уж надо смотреть - по какому параметру оптимизируем.
Плюс еще куча всяких нюансов может вылезти - типа гравитационного резонанса в системе Земля-Луна.

Streamflow> Кто бы спорил, но открытая ловушка есть открытая ловушка, вылетает у неё плазма с одного конца или нет. Только проблемы устойчивости должны усложняться (когда вылетает).

Отнюдь

Streamflow> Да слышал, я слышал. Но не щупал.

Дык пока никто не щупал его за вымя - ибо железа еще нет, одни прикидки.

Streamflow> А хотя бы на гигават сколько будет,

Один аллах знает - никто не считал

Streamflow>500 тонн? Неужели 300?

Фиг знает... Может и так... Интересно бы конечно yuu2 таким теоретическим вопросом озадачить

Streamflow> В ТЯРД меня, кроме всего прочего, привлекает то, что энергия реакции напрямую и более-менее полно преобразуется в энергию струи.
Streamflow> А не 20%, как в ЭРД с реактором.

Угу. Меня тоже именно это в первую очередь вставило. Только с учётом всех привходящих - у ТЯРД тоже идёт в тягу далеко не 100% энерговыхода синтеза, и даже не 80%. Плюс некие довольно заметные накладные расходы - и на электрогенерацию (как и в реакторе деления), и на магнитную систему.


Fakir>> Плюс еще куча всяких нюансов может вылезти - типа гравитационного резонанса в системе Земля-Луна.
Streamflow> Как долетишь до Луну, там уже никаких спиралей не будет - гравитационное ускорение упадёт примерно в 602 раз. И что, 1.5 - 2 км/с от Луны спасут отца русской демократии?

Речь о перелёте Земля-Луна. Там резонанс есть очень вкусный.

Ну, "средний" реактор от yuu2 был как раз с панелями, под габарит "Протона" (т.е. по массе с большим запасом, именно чтоб под обтекатель вставал) и на 1,5 МВт электричества.

Да вот, собссно:

У нас вариант на 400 кВт эл. вышел в районе 4 т. В этом году будем пытаться "впихнуть" в 18-20 тонн максимально возможную мощность. Есть надежда на 10 МВт эл.


- реактор (корректнее - энергоустановка с реактором) для самовывода спутника на ГСО и последующего бортового электроснабжения, панельный радиатор. 4-5 тонн 300-500 кВт эл.

- установка для межорбитального буксира: 1 - 1,5 МВт эл. панельный радиатор, вписывается под обтекатель "Протона" (в первую очередь по габаритам, панели здоровенные, по массе тоже - с запасом)

- установка для электроснабжения ЭРД марсианской миссии: 15-25 МВт эл. капельный холодильник. В пределах возможностей единичного "Протона"

 

Ну, гулять так гулять!
Раз мы такие оптимисты, что готовы представить себе даже само-, или почти самоподдерживающееся горение плазмы, практически не требующее сравнительно честного отъёма термоядерной мощности (в особенно - энергии плазмы или энерговыхода заряженных частиц) на электричество, а довольствующаяся небольшой долей нейтронов, рентгена и СВЧ - то крайне желательно "несопловой" конец ловушки либо запереть наглухо (что практически нереализуемо), либо же "замкнуть" на другой пробкотрон.
Собственно, во всяких фанфиках по мотивам не то звёздных войн, не то стартрека можно найти рисунки чего-то подобного - нечто вроде двух ловушек, соединённых половинкой тора.
Такая конструкция, конечно, нереальна, но вот нечто на основе предложенной академиком Шафрановым чуть не в конце 70-х установки "Дракон" - может быть, что и да!
При этом для соединения пробкотронов используется т.н. КРЭЛ - Криволинейный Равновесный Элемент. Хорош тем, что равновесие плазмы в нём возможно безотносительно к пробкотронам - грубо говоря, живут они сами по себе. Экспериментально исследовался в МИФИ.
Правда, наличие КРЭЛа, скорее всего, подпортит осесимметричность пробкотронного поля, что ведёт к увеличению поперечных потерь... Можно ли как-то сочетать наличие КРЭЛа с идеальной осесимметричностью поля - большой вопрос.

Streamflow> Ну, да, понятно. Два пробкотрона и полстеллатора -

Да нет у КРЭЛа ничего общего со стелларатором, не ведитесь на "кривизну" - это сходство сугубо внешнее и обманчивое

Streamflow> концептуально тривиально,

Поверьте, это СОВСЕМ нетривиальное устройство Только талант такого корифея, как Виталий Дмитриевич Шафранов, позволил концептуально разрешить эту проблему.

но, неплохо, если неустойчивости всё не развалят,

Streamflow> и если поперечные потери не превысят продольные у одного пробкотрона.

Эт смотря у какого. У нынешних, где на концах всякие инь-яны и прочие магнитные якоря, портящие осесимметричность поля - не превысят. У "правильного" же пробкотрона с полностью осесимметричным полем поперечные потери должны уменьшиться где-то на порядок.
Насколько хорошим будет поле при наличии КРЭЛа - на этот вопрос я сейчас ответить не могу.

Streamflow> Да и можно ли подобрать нужную форму КРЭЛа с учётом полей ещё и от обоих пробкотронов?

Ну так для того КРЭЛ и придуман. Всё это думано и считано, минимум одна кандидатская защищена очень умным мужиком еще в 80-х.
Собственно, вне пробкотрона поля пробкотрона довольно мало

Несмотря на то, что в ТЯРД-е может быть полностью самоподдерживающаяся реакция БЕЗ лепездричества не получиться никак:
- любой вид удержания требует дополнительных энергозатрат. Если амбиполярное удержание - то ионные инжекторы создающие барьеры потребляют ого-го
- если ГДЛ - то атомарные инжекторы в центральной секции тоже жрут дай Боже как
- не получиться видимо генерировать магнитное поле только сверхпроводящими обмотками, особенно в концевых секциях
- и самое главное - мы должны реализовать наши Q в ТЯГУ , а значит должны впрыскивать избыточый газ в плазмоид реактора, что то же требует больших -причем пропорциональных Q, чем оно больше, тем больше энергии требуется - энергозатрат.
Посему "кривые" схемы с "двумя ногами аля Отроки во Вселенной" не имеют перспектив "Затыкать" заднй проход конец в любом случае придеться ПЭСП

Ник

Ну, "развязана" - эт как посмотреть. МГД она как раз, скорее, связана (что, впрочем, скорее минус), и по энергии - тоже в общем связана.