Плазменный двигатель

Теги:космос
 
+
0 (+1/-1)
-
edit
 

Naib

опытный

Собственно мысля зародилась после сообщения Андрея про сброс водорода на МКС.
Почему бы его не использовать в качестве рабочего тела?

Самое простое - кнудсеновские двигатели. Тяга никакая, правда.
Второе - импульсный электротермический двигатель. Накачиваем водород в камеру, даём разряд, который его нагревает на пару тысяч градусов и полетели. Компрессор мембранный, несколько клапанов и система разряда. Вроде выглядит нехитро и реализуемо.

Наконец - плазменный двигатель на основе магнитоплазменного компрессора. Скорость истечения водорода под 1000 км/сек, соответственно УИ очень большой. Из минусов: греются и горят электроды, гуляет вектор тяги, требуется довольно тяжёлая система конденсаторов. Довольно шумный, даже в вакууме. Скорее всего потребуется изотопный источник для ионизации газа и поджига разряда.

Зато в перспективе на станцию топливо завозить почти не потребуется. И на трассе Земля-Луна можно вполне эффективно летать, особенно грузовикам.
 60.0.3112.11360.0.3112.113

Полл

литератор
★★★★☆
Naib> Зато в перспективе на станцию топливо завозить почти не потребуется.
Есть мысли, почему это не было сделано ранее?
 55.055.0

Naib

опытный

Naib>> Зато в перспективе на станцию топливо завозить почти не потребуется.
Полл> Есть мысли, почему это не было сделано ранее?

Парочка есть.

В случае плазменного - это тяжёлая (десятки килограммов минимум) система конденсаторов плюс "гуляющий" разряд. В серии разрядов которые я видел, не было двух одинаковых, фокус пучка гулял, плюс сам пучок часто дробился на два и более фокусов. Насколько я знаю, побороть это не сумели. Электроды при разряде деформировались и частично испарялись. Впрочем, испарение было достаточно медленным, чтобы они работали долго.
Ну и энергетика, конечно. В разряд шло до 4 кДж, из которых часть ещё шла на нагрев проводов и всей системы.

В случае электротермического - не знаю. Инерция мышления?
 60.0.3112.11360.0.3112.113

Balancer

администратор
★★★★★
Naib> Ну и энергетика, конечно. В разряд шло до 4 кДж

Не надо про разряды.

Посчитайте кинетическую энергию 1 грамма рабочего тела при Ваших 1000 км/с. Возьмите 100% КПД. Посчитайте, сколько грамм в секунду рабочего тела сможет разгонять вся энергосистема МКС (200кВт). Потом результат поделите ещё раз 10-100 (КПД + невозможность использовать все электроресурсы МКС).

Это будет очень грустное число :)
 44
RU Полл #22.09.2017 23:16  @Balancer#22.09.2017 22:55
+
-
edit
 

Полл

литератор
★★★★☆
Balancer> Это будет очень грустное число :)
С учетом того, что нам нужен импульс, а не кинетическая энергия рабочего тела - станет еще грустнее, к сожалению.
 55.055.0
RU Бывший генералиссимус #22.09.2017 23:55  @Полл#22.09.2017 23:16
+
-
edit
 
Balancer>> Это будет очень грустное число :)
Полл> С учетом того, что нам нужен импульс, а не кинетическая энергия рабочего тела - станет еще грустнее, к сожалению.

Главное, что микрогравитация - единственный полезный ресурс МКС - от такого двигателя совсем испортится.
 61.0.3163.10061.0.3163.100
KZ Xan #23.09.2017 07:17  @Бывший генералиссимус#22.09.2017 23:55
+
-
edit
 

Xan

координатор

Б.г.> Главное, что микрогравитация - единственный полезный ресурс МКС - от такого двигателя совсем испортится.

Это только кажется — стандартная ошибка разума! :)
Микрогравитация портится ВСЁ ВРЕМЯ торможением об атмосферу.
Если будет постоянно работающий двигатель, компенсирующий торможение, то микрогравитация будет счастлива! :D
 55.055.0
+
+1
-
edit
 

Xan

координатор

Balancer> Посчитайте кинетическую энергию 1 грамма рабочего тела

Высота МКС

Satellite predictions and other astronomical data customised for your location. //  heavens-above.com
 

МКС за месяц падает примерно на километр. Зависит от погоды.
Стало быть теряет энергию:

E = 1/2 * 420000 кг * 8.8 м/с2 * 1000 м = 1848000000 Дж / месяц

Мощность торможения:

1848000000 / 30 дн / 86400 с = 712 ватт

То есть, если двигатель будет выбрасывать рабочее тело во скоростью движения МКС (7700 м/с), то он будет тратить 700 ватт.
Расход рабочего тела при этом будет:

2 * 700 / 77002 = 0.000024 кг/с = 2 кг/сутки

Если там живут пять человек, то они производят примерно 5 кг углегаза в сутки.
5 кг надо выбрасывать примерно со скоростью 3 км/с — можно греть просто "нихромовой спиралькой". С мощностью 300 ватт.

То есть, не надо никакой особой экзотики.

ЗЫ
Вообще-то я надеялся, что хватит скорости в несколько сотен метров в секунду.
Тогда бы можно было бы углегаз выбрасывать холодным, получилась бы "МКС на пердячем паре"!!! :D

ЗЗЫ
Вот почему НИКТО И НИКОГДА, высказывая некоторую мысль, не применяет к ней школьные знания и арифмометр?! :)
Мне за всех приходится считать!!! :D
 55.055.0
Это сообщение редактировалось 23.09.2017 в 08:37

Balancer

администратор
★★★★★
Xan> МКС за месяц падает примерно на километр. Зависит от погоды.

Ну да, для поддержания МКС условно получается :)

Хотя нужно оценить, что выгоднее, заморачиваться с таким движком, его обслуживанием и отжирать десяток киловатт от без того не избыточной мощности энергостанции МКС (вдвое ты ошибся с потенциальной энергией E=mgh, а не E=mgh/2 и КПД процентов до 20) или сжигать сотню кг топлива в движке итак мотающегося туда регулярно транспортника.

...

Кстати, как ты собрался углекислый газ из воздуха извлекать в пригодном для выброса виде?

Xan> Вот почему НИКТО И НИКОГДА, высказывая некоторую мысль, не применяет к ней школьные знания и арифмометр?! :)

Да потому что шла оценка немного другой задачи, в частности, скорости истечения 1000 км/с :)
 44

Xan

координатор

Balancer> ... вдвое ты ошибся с потенциальной энергией E=mgh, а не E=mgh/2

Это ты плохо в школе учился! :)
Я имел в виду, конечно, полную энергию.
А на круговой орбите кинетическая равна половине потенциальной.
Ниже орбита — больше скорость.
Вот и получается коэффициент 1/2.

Balancer> Кстати, как ты собрался углекислый газ из воздуха извлекать в пригодном для выброса виде?

Его как-то отфильтровывают от воздуха и выбрасывают. Не помню.
 55.055.0

Balancer

администратор
★★★★★
Xan> Вот и получается коэффициент 1/2.

Ок. Ну, не 10кВт, а 5кВт. Один фиг для МКС серьёзно :)

Xan> Его как-то отфильтровывают от воздуха и выбрасывают. Не помню.

Вот тут я ошибся. Думал, его как и раньше химически связывают. Тогда была бы труба. Но его сейчас связывают абсорбцией, потом отделяют от абсорбента. Так что годится в качестве рабочего тела.

Осталась мелочь — разработать и внедрить соответствующий двигатель :D
 44

Xan

координатор

Balancer> Осталась мелочь — разработать и внедрить соответствующий двигатель :D

Скорее всего основная проблема — расположение системы регенерации воздуха и правильное место расположения двигателя.
Придётся длинные шланги для углегаза тянуть через все помещения.
 55.055.0

Полл

литератор
★★★★☆
Xan> Придётся длинные шланги для углегаза тянуть через все помещения.
Возможно, будет рациональнее картриджи с абсорбентом, насыщенные углекислотой, переносить к двигательной установке?
На сейчас МКС имеет примерно 50 кВт выработки на американском сегменте и 10 кВт на российском.
 55.055.0

Xan

координатор

Полл> Возможно, будет рациональнее картриджи с абсорбентом, насыщенные углекислотой, переносить к двигательной установке?

Тогда уж вёсла, как на галерах!!! :D

Это десятки кг груза в сутки на человека. Если не сотни. Причём очень часто, непрерывно в три смены.
Космонавты устанут!!! :D

Примерно 40 см3 в секунду при нормальных условиях.
Но картриджам нужен вакуум. Так что, возможно, трубу надо рассчитывать на 4 литра в секунду.
Если сделать 10 см диаметром, то скорость на оси будет 10 м/с, трение будет большое.

Не, фигня идея, пусть летают, как и раньше! :)
 55.055.0
Это сообщение редактировалось 23.09.2017 в 12:42
+
-
edit
 

Wyvern-2

координатор
★★★★★
Кстати, а что там с пресловутым VASIMR VX-200? Его ведь так и не испытали на МКС? А ведь он именно, что предназначался для подъема орбиты МКС и может (хотя бы в теории) работать таки на водороде...
Жизнь коротка, путь искусства долог, удобный случай мимолетен, опыт обманчив.... Ἱπποκράτης  33

Полл

литератор
★★★★☆
Xan> Это десятки кг груза в сутки на человека. Если не сотни. Причём очень часто, непрерывно в три смены.
Xan> Космонавты устанут!!! :D
:p

МКС. Разгружаем грузовик
Космонавт РОСКОСМОСА Михаил Корниенко рассказывает, как на МКС разгружают транспортные грузовые корабли "Прогресс".
 55.055.0

Naib

опытный

Xan> 5 кг надо выбрасывать примерно со скоростью 3 км/с — можно греть просто "нихромовой спиралькой". С мощностью 300 ватт.

Нихром (а также и вольфрам с молибденом) там потихоньку прогорит на реакции с углекислотой. Впрочем, это не особая проблема, так как нагревательных материалов много. Наконец, можно и в оболочку его закатать

Xan> То есть, не надо никакой особой экзотики.

Вот и я о том. А водород сбрасывается просто так

Xan> ЗЗЫ
Xan> Вот почему НИКТО И НИКОГДА, высказывая некоторую мысль, не применяет к ней школьные знания и арифмометр?! :)
Xan> Мне за всех приходится считать!!! :D

Это карма такая. :)
Вообще, с плазмой здорово и весело, но никакой энергетики станции не хватит на неё. А если вдруг хватит, то станция улетит в далёкие дали.

И всё же возвращаясь к электротермическому варианту.
Нагрев водорода до 2500 градусов (тем же вольфрамом) потребует примерно в 4,5 раза меньше энергии, чем станция электролиза. УИ там ожидается под 1200 секунд. Прогрессы возят по 420 кг воды, что даёт 46,7 кг водорода. Утилизация водорода через такой двигатель эквивалентна примерно 180 кг топлива.

Или опять же, регенерация воды реакцией с углекислотой. Водород ведь получается в очищенном и собранном виде. Его можно использовать как сырьё.
 60.0.3112.11360.0.3112.113

Naib

опытный

Balancer>> Кстати, как ты собрался углекислый газ из воздуха извлекать в пригодном для выброса виде?
Xan> Его как-то отфильтровывают от воздуха и выбрасывают. Не помню.

Я бы использовал увлажнённый ионообменный фильтр типа АВ-17 с регенерацией раствором моноэтаноламина. Его раствор регенерируется нагревом.
 60.0.3112.11360.0.3112.113

Sergeef

опытный
★★★
Чтоб разогнать углекислоту до 3 км в сек надо очень высокую температуру, вряд ли есть такие жаропрочные материалы, плюс низкий КПД.
 22

Sergeef

опытный
★★★
Naib> Нагрев водорода до 2500 градусов (тем же вольфрамом) потребует примерно в 4,5 раза меньше энергии, чем станция электролиза. УИ там ожидается под 1200 секунд. Прогрессы возят по 420 кг воды, что даёт 46,7 кг водорода. Утилизация водорода через такой двигатель эквивалентна примерно 180 кг топлива.
Naib> Или опять же, регенерация воды реакцией с углекислотой. Водород ведь получается в очищенном и собранном виде. Его можно использовать как сырьё.
1200 никак не получится, Какая там регенерация воды с углекислотой???
 22
RU Бывший генералиссимус #24.09.2017 09:50  @Xan#23.09.2017 07:17
+
+1
-
edit
 
Б.г.>> Главное, что микрогравитация - единственный полезный ресурс МКС - от такого двигателя совсем испортится.
Xan> Это только кажется — стандартная ошибка разума! :)

Нет, не кажется.

Xan> Микрогравитация портится ВСЁ ВРЕМЯ торможением об атмосферу.

Нет, не портится. Потому что косинус. Складывая два взаимно перпендикулярных вектора, один из которых в десять тыщ раз меньше другого, об изменении модуля можно забыть, и считать только изменение направления. А направление и так пляшет из-за нецентральности гравитационного поля Земли. Поэтому торможение об атмосферу не меняет величины микрогравитации с уровня 10-4 же.

Xan> Если будет постоянно работающий двигатель, компенсирующий торможение, то микрогравитация будет счастлива! :D

Экспериментально проверено на спутнике GOCE - портится, хоть и не сильно. Но там всё под это заточено было. Из-за того же - не совпадают мгновенные направления силы тяги и силы торможения.
 61.0.3163.10061.0.3163.100
KZ Xan #24.09.2017 10:57  @Бывший генералиссимус#24.09.2017 09:50
+
-
edit
 

Xan

координатор

Б.г.> Складывая два взаимно перпендикулярных вектора, один из которых в десять тыщ раз меньше другого,

Сопротивление атмосферы около 10 граммов.
Ускорение 2e-7 ~ 10-8 же. Куда четыре порядка дел?
Отойдя на 15 метров от центра масс получишь 10-7 же.
В общем, сопротивление атмосферы далеко не главное в порче невесомости.

Б.г.> об изменении модуля можно забыть, и считать только изменение направления. А направление и так пляшет из-за нецентральности гравитационного поля Земли. Поэтому торможение об атмосферу не меняет величины микрогравитации с уровня 10-4 же.

Ничего не понял.
ОТО уже отменили?
И что такое "микрогравитация"?

Б.г.> Из-за того же - не совпадают мгновенные направления силы тяги и силы торможения.

Это понятно, МКС всё время "крыльями машет", поворачивает их под разными углами к атмосфере.
 55.055.0

Xan

координатор

Sergeef> Чтоб разогнать углекислоту до 3 км в сек надо очень высокую температуру, вряд ли есть такие жаропрочные материалы, плюс низкий КПД.

Низкий КПД получится из-за того, что через сопло будет улетать тепловое излучение.
Дырка-то должна быть порядка нескольких квадратных миллиметров, сотни ватт могут улететь.
 55.055.0

Sergeef

опытный
★★★
Sergeef>> Чтоб разогнать углекислоту до 3 км в сек надо очень высокую температуру, вряд ли есть такие жаропрочные материалы, плюс низкий КПД.
Xan> Низкий КПД получится из-за того, что через сопло будет улетать тепловое излучение.
Xan> Дырка-то должна быть порядка нескольких квадратных миллиметров, сотни ватт могут улететь.
Это не главное, главное в неидеальности ионизационных и прочих процессов, углекислоту кстати используют для мощных лазеров.
 22
AD Реклама Google — средство выживания форумов :)

Naib

опытный

Sergeef> Это не главное, главное в неидеальности ионизационных и прочих процессов, углекислоту кстати используют для мощных лазеров.

Всё смешалось, люди, кони...
При нагревании углекислота диссоциирует, вообще-то. Что не есть гут, так как появляется суровая окислительная среда. Разве что из оксида тория камеру делать придётся. Ну и в диссоциацию бесполезно вкачивается немалая энергия.
Использование углекислоты в лазерах - это настолько другая песня что в данной теме полный оффтоп.
 60.0.3112.11360.0.3112.113

в начало страницы | новое
 
Поиск
Поддержка
Поддержи форум!
ЯндексЯндекс. ДеньгиХочу такую же кнопку
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru