Критика тяговой плиты ядерного импульсного двиг-ля

Жидкометаллический многослойный преобразователь импульса как решение проблемы амортизаторов для ядерных импульсных реактивных систем.

 
К.т.н. Пономаренко А.В.
 
Список сокращений

КК-космический корабль

ЖМПИ- жидкометаллический многослойный преобразователь импульса

ЖМ- жидкий металл

ЯЗ-ядерный заряд

ЯВ-ядерный взрыв

РИ-рентгеновское излучение

ИИ-ионизирующие излучения

УВ-ударная волна


Рассматривается концепция импульсного ядерного реактивного движителя с жидкометаллическим многослойным преобразователем импульса (ЖМПИ) для заатмосферного запуска космических кораблей (КК) большой массы. Реактивная тяга обеспечивается периодическим подрывом на удалении от ЖМПИ ядерных зарядов (ЯЗ) сверхмалой мощности или на основе лазерной или кумулятивной имплозии малых плутониевых мишеней. При подрыве ЯЗ в вакууме формируется комплекс проникающих излучений ядерного взрыва (ЯВ)– рентгеновское, гамма и нейтронное излучение, световое излучение области взрыва. Так же образуется разлетающаяся область плазмы вещества конструкции боеприпаса. Основная энергия ЯВ в космосе (около 67%) выделяется в виде рентгеновского излучения (РИ) со средней энергией спектра 1-10 кэВ, около 25% выделяется в виде кинетической энергии вещества ЯЗ со средней энергией частиц до 50 кэВ /1-3/. Перед подрывом ЯЗ, между КК и ЯЗ создается система слоев или струй жидкого металла, например, лития, ориентированных в направлении, перпендикулярном оси КК-ЯЗ. При этом, воздействие РИ на слой ЖМ, ближайший к ЯЗ, приводит к формированию в нем экспоненциально спадающего профиля поглощенной дозы РИ в течение длительности воздействия порядка единиц-десятков наносекунд. При относительно небольшом расстоянии от ЯВ, в зависимости от толщины слоя, он или полностью превращается в высокоэнергетическую плазму или внешняя часть слоя взрывообразно переходит в состояние плазмы. В последнем случае, на оставшуюся в жидкометаллическом состоянии часть слоя , действует так называемый термомеханический удар или реактивная сила при взрывном расширении плазмы с температурой 10-40 тысяч градусов в вакуум, оставшийся жидкометаллическим слой приобретает реактивный импульс. Дополнительный импульс он приобретает при последующем воздействии плазмы вещества ЯЗ. В процессе последовательной передачи импульса следующим слоям или струям , вся область ЖМ с импульсом, близким к исходному импульсу первого слоя и относительно небольшой собственной скоростью взаимодействует с приемным устройством КК, безударно передавая ему свой импульс в течение секунд. Благодаря геометрии формирования слоев или струй и оптимальному выбору конфигурации приемного узла для течения ЖМ, может быть обеспечено практически постоянное ускорение КК от подрыва к подрыву ЯЗ без ударных воздействий на конструкцию КК.

Импульсные движители для космических кораблей на основе ядерных зарядов разрабатывались с 70-х годов 20 века /4-6/. Особенностью этих разработок является наличие так называемой «тяговой плиты» со слоем аблирующего покрытия между КК и ЯЗ. При этом, тяговая плита прикреплена к корпусу КК через механические амортизаторы, с помощью которых предполагалось уменьшить ударные нагрузки на собственно КК и обеспечить передачу импульса системе в целом. В работе /5/ проводились эксперименты с малыми моделями КК с тяговыми плитами и амортизаторами при использовании небольших количеств взрывчатки. Работоспособность таких систем возможна, однако не корректен прямой перенос результатов на случай воздействия факторов ЯВ с термомеханическим воздействием РИ и плазмы вещества конструкции боеприпаса на покрытие тяговой плиты. При этом будут сформированы ударные волны высокой интенсивности, эффективно проходящие по веществу плиты, амортизаторов и собственно конструкционным материалам КК, при определенных условиях воздействия, приводящие к разрушению конструкции. Давление расширяющихся продуктов при взрыве в космосе по порядку величины составляет /7/:

 P=7e-4*q/R³, (1)

где P-избыточное давление, МПа, q – мощность боеприпаса, кт тротилового эквивалента по ударной волне, R – расстояние от ЯВ, км. Для ЯЗ мощностью 1 кт на расстоянии 50м от тяговой плиты это дает 5,6 МПа. При этом поток энергии РИ в вакууме в первом приближении составляет

F=7.96 n*q/R², (2)

где F – поток энергии РИ в вакууме, кал/см2 , n- доля РИ в полной энергии ЯВ. Последняя величина для оценок может быть принята равной 0,689. При этом для ЯЗ мощностью 1 кт на расстоянии 50м от тяговой плиты Фr составит 2184 кал/см2 . Принимая для углерода (аблятор) средний массовый коэффициент ослабления для РИ спектра ЯВ на уровне 20 см2/г, длительность импульса РИ 10 нс, можно получить, что давление в ударной волне, распространяющейся по аблятору, составит порядка 1,7*10⁶ МПа (термомеханический удар при воздействии РИ ЯВ ). Реальное поведение плазмы при таких воздействиях описывается ударной адиабатой и будет несколько отличаться от этой оценки. Учитывая, что сильное разрушение «станочного оборудования» по терминологии и данным /7/ происходит при воздействии избыточного давления в 60-70 кПа, а «контрольно-измерительной аппаратуры» при 20 кПа, и даже «трубопроводы диаметром менее 350 мм» разрушаются при 1МПа, дальнейшие комментарии по использованию тяговых плит и механических амортизаторов не требуются. Все оценки имеют точность по порядку величины, т.к. используют оценочные открытые данные по параметрам ИИ ЯВ из /1-3,7/.

Разработка механических традиционных пружинных или газовых амортизаторов, способных преобразовывать ударные волны с наносекундными фронтами и на уровне 10⁶ МПа в импульсы давления на уровне десятков-сотен Па с характерными длительностями порядка секунд, представляется технически невозможной задачей. Такой преобразователь необходим для безударного квазиускоренного движения КК при использовании импульсного движителя.

В связи с этим, в /8/ авторами разработан жидкометаллический многослойный преобразователь импульса (ЖМПИ), исключающий воздействие ударных волн на материалы конструкции КК и эффективно обеспечивающий такое преобразование. В /8/ рассмотрен ЖМПИ в приложении к использованию инерциального термоядерного синтеза на основе кумулятивной или лазерной имплозии малых мишеней, окруженных асимметричным рабочим телом, например, из металлического лития или гидрида лития. Основным результатом работы стало заключение о возможности получения реального удельного импульса (УИ) такой реактивной системы на уровне 1500-2500 с, ограниченного сверху потерями вещества жидкометаллической системы на испарение. Показана оптимальность использования в качестве вещества ЖМПИ лития как рабочего тела исходя из его малой атомной массы, широкого температурного диапазона жидкометаллического состояния, относительно высокой удельной теплоемкости и низкой температуры плавления.

В следующей работе будет проведена оценка возможных массо-габаритных параметров космического корабля, удельного импульса движителя, диапазона приемлемых мощностей для ядерных зарядов малой мощности, оптимизация системы в целом по параметрам максимальной достижимой скорости и минимальным радиационным воздействиям на отсек полезной нагрузки. Будет рассмотрен более реалистичный вариант на основе существующих технологий малых ЯЗ деления или перспективных зарядов деления с использованием лазерной или кумулятивной имплозии мишеней делящегося вещества. При этом как основные воздействующие факторы, определяющие создание реактивной тяги, рассматриваются рентгеновское излучение ЯВ и воздействие плазмы конструкционных материалов боеприпаса.

 

Литература.

1. «Действие ядерного взрыва», сборник статей, М.Мир,1971

2. «Действие ядерного оружия», пер.с англ., М.,Воениздат,1965

3. Хаффнер Дж., «Ядерное оружие и защита в космосе», М.,Атомиздат,1971

4. "Nuclear Power Space Propulsion Systems", отчет LA-4541-MS, Los Alamos, 1970

5. "Experiments with Bomb-Propelled Spaceship Models", p. 320 in Adventures in Experimental Physics b, edited by Bogdan Maglich, World Science Education 1972.

6. "Мирные ядерные взрывы" С.А.Новиков, Соросовский образовательный журнал, №11,1999

7. “Оценка устойчивости работы объектов и систем народного хозяйства”, Величко К.Ф. и др.,М.,МИФИ,1984

8. “Оценка возможности создания Термоядерной Инерциальной Космической Реактивной импульсной Системы "ТИКРИС". Пономаренко А.В. , Пономаренко В.Г., 2003 Сервисы РОЛ

9. "Литий в термоядерной и космической энергетике 21 века" В.Н. Михайлов и др., М.,Энергоатомиздат,1999

 

Отличная статья, искренне рад ее появлению - не зря начал эту тему.
Вы рассматриваете воздействие фактически БОЕВОГО ядерного заряда на всю остальную конструкцию. А заряд то - МОДУЛЬ ИМПУЛЬСА. Что мешает часть слоев лития (гидрида лития, бериллия) расположить на самом заряде? Что мешает окружить заряд тонким слоем свинца (вольфрама) и не дать рентгеновским лучам уйти в космос пока они не передадут большую часть своей энергии рабочему телу? Заодно прцесс растянется во времени.
Когда специалист из Сарова пишет, что они могут создавать заряды с любыми спектральными характеристиками - я ему верю, за 40 лет работы при более 500-х испытаниях и немерянном количестве денег можно было научиться.
Критиковть или защищать можно то что знаешь. Ни Вы, ни я не знаем как устроена тяговая плита Ориона. Амеры знают - но молчат. Вы по-видимому считаете что это просто большой кусок металла прикрепленный к пружинам. Думается, что устройство гораздо сложнее и принцип тот же, что и у Вас - передача от слоя к слою. Подробнее написал в "На Марс одним пуском Сатурн-5!"

(1)
С.И. "Что мешает часть слоев лития (гидрида лития, бериллия) расположить на самом заряде?

"...В /8/ рассмотрен ЖМПИ в приложении к использованию инерциального термоядерного синтеза на основе кумулятивной или лазерной имплозии малых мишеней, окруженных асимметричным рабочим телом, например, из металлического лития или гидрида лития... "

(2)
С.И. "Что мешает окружить заряд тонким слоем свинца (вольфрама) и не дать рентгеновским лучам уйти в космос пока они не передадут большую часть своей энергии рабочему телу? "

Например, в задней полусфере. Но это вопросы не концептуальной, а детальной проработки.

(3)
С.И. "Когда специалист из Сарова пишет, что они могут создавать заряды с любыми спектральными характеристиками - я ему верю, за 40 лет работы при более 500-х испытаниях и немерянном количестве денег можно было научиться."

я знаю, с некоторыми из них делал совместные работы до 1994 г. Думаю, с тех пор мало что изменилось в этой области.

(4)
С.И."Вы по-видимому считаете что это просто большой кусок металла прикрепленный к пружинам"

Нет, я считаю, что в варианте "Ориона" парвый слой - толстый, возможно сменный, аблятор из C, SiC и т.д. К чему он крепится дальше, сколько слоев газа или пружин - мало интересно. Ударная волна с 10⁶ МПа разнесет любую конструкцию. Через газ она пройдет практически не ослабившись. Единственное, что удачно испытывали - толстые пакеты металлической стружки. Но это штучка одноразового использования - очень хорошо пакетируется. А чем не нравится жидкометаллическая система?

Спасибо за лестную оценку, а про ТИКРИС Вы подробно прочитали?

Я конечно дилетант в ядерных врывах, но слово "ЛИТИЙ" меня настораживает: помоему он используется при термоядерных зарядах. Не будет ли детонации лития?

>Я конечно дилетант в ядерных врывах, но слово "ЛИТИЙ" меня настораживает: помоему он используется при термоядерных зарядах. Не будет ли детонации лития?

Я тоже дилетант, но замечу что ТЯ зарядах используется дейдрид лития-6. Вряд ли природный литий будет вести себя аналогично.

bin, 13.10.2003 09:14:58:

Я конечно дилетант в ядерных врывах, но слово "ЛИТИЙ" меня настораживает: помоему он используется при термоядерных зарядах. Не будет ли детонации лития?

 

Если интересно можно почитать на http://nuclear-weapons.nm.ru/theory/teller-ulam.htm

Адрон, 12.10.2003 20:08:22:

(1)
С.И. "Что мешает часть слоев лития (гидрида лития, бериллия) расположить на самом заряде?

"...В /8/ рассмотрен ЖМПИ в приложении к использованию инерциального термоядерного синтеза на основе кумулятивной или лазерной имплозии малых мишеней, окруженных асимметричным рабочим телом, например, из металлического лития или гидрида лития... "

(2)
С.И. "Что мешает окружить заряд тонким слоем свинца (вольфрама) и не дать рентгеновским лучам уйти в космос пока они не передадут большую часть своей энергии рабочему телу? "

Например, в задней полусфере. Но это вопросы не концептуальной, а детальной проработки.

(3)
С.И. "Когда специалист из Сарова пишет, что они могут создавать заряды с любыми спектральными характеристиками - я ему верю, за 40 лет работы при более 500-х испытаниях и немерянном количестве денег можно было научиться."

я знаю, с некоторыми из них делал совместные работы до 1994 г. Думаю, с тех пор мало что изменилось в этой области.

(4)
С.И."Вы по-видимому считаете что это просто большой кусок металла прикрепленный к пружинам"

Нет, я считаю, что в варианте "Ориона" парвый слой - толстый, возможно сменный, аблятор из C, SiC и т.д. К чему он крепится дальше, сколько слоев газа или пружин - мало интересно. Ударная волна с 10⁶ МПа разнесет любую конструкцию. Через газ она пройдет практически не ослабившись. Единственное, что удачно испытывали - толстые пакеты металлической стружки. Но это штучка одноразового использования - очень хорошо пакетируется. А чем не нравится жидкометаллическая система?

Спасибо за лестную оценку, а про ТИКРИС Вы подробно прочитали?

 

Вполне возможно, что идеи заложенные в ТИКРИС и жидкометалическую систему амортизации будут более эффективными. Но тем более Вы должны быть заинтересованы в анализе предложений Тейлора и Дайсона. Данные для анализа можно найти.
Возьмем скажем проект звездолета с медной плитой диаметром 20км. Термоядерные заряды должны подрываться на расстоянии 120км от плиты. При этом на нее попадает 1Мт энергии взрыва. А заряд содержит всего 500кг дейтерия. Значит мощность взрыва максимум 40Мт. С такого расстояния плита видна под углом всего 9,5градусов. Геометрически на нее должно попасть не более 0,17% эергии взрыва. А попадает 2,5%! "Коэффициент коллимации" (так его амеры называют) 2,5/0,17=14,7. Естественно ни рентген, ни световое, ни нейтроны не фокусируются. Фокусируется только поток плазмы. Выходит в Лос-Аламосе умеют делать такие заряды, а в Сарове нет? Спросите коллег по старой дружбе В конце-концов нас подробности их изделий не интересуют - нужен просто коэффициент. Или сколько % материала девайса можо уложить в конус с углом при вершине 30 градусов? Это вопрос концептуальный. Это снижает потребную мощность заряда на порядки.
Если считать аппарат на воздейстивие боевого заряда, задача которого сжечь радиацией все вокруг - ни дочего хорошего не досчитаешся.
Что касается воздействия ударной волны, то и тут не все просто. Конечно ударная волна определенной интенсивности сносит ж/б стены, ломает станочный парк и даже металлические трубы, но у меня есть большие сомнения, что эта же интенсивность разрушит обыкновенный футбольный мяч подброшенный в воздух - сравните с силой удара ногой хорошего футболиста (с учетом площади). А мяч покрытый гибкой абляционной защитой и против светового излучения устоит -к слову, сейчас у нас собираются испытывать надувной СА. А пакет мячей привязанный к пластине? Посмотрите внимательно на их рисунки - первый слой тонкий.
У амеров идея импульсного корабля прошла три стадии:
1. Большая камера сгорания с топливом.
2. Топливные "диски"
И наконец 3. Все топливо на заряде.
С каждой стадией потребное количество топлива уменьшалось
Никогда не вредно анализировать чужие решения - это сокращает путь.

>bin
>Я конечно дилетант в ядерных врывах, но слово "ЛИТИЙ" меня >настораживает: помоему он используется при термоядерных зарядах. Не >будет ли детонации лития?

    Если кому-то удастся получить детонацию лития - за нобелевкой даже в очереди стоять не придётся:)))) В бомбах литий используется для хим. связывания дейтерия в удобное для хранения твёрдое состояние, чтобы не маяться, как амеры в своём первом т/я заряде, с криогеникой (жидким дейтерием).

Адрону:

Из вашей статьи никак не могу понять - как вы всё же представляете себе устройство взрывающихся модулей, как оцениваете их параметры? Это же, по-моему, самая центральная проблема - что взрывать...

Кстати, рекомендую переделать список возможных смежников - ИАЭ им. Курчатова давно не существует, современное название - РНЦ "Курчатовский институт".

Fakir>Из вашей статьи никак не могу понять - как вы всё же представляете себе устройство взрывающихся модулей, как оцениваете их параметры? Это же, по-моему, самая центральная проблема - что взрывать...

В ЭТОЙ статье для ОЦЕНОК я взял параметры излучений ЯБП(ядерный боеприпас) из ОТКРЫТОЙ литературы (ссылку см. выше), которые с точностью до порядка, видимо, справедливы для средего боеприпаса от 1 кт (А может и нет, но для оценки - пойдет). Поскольку оценка - на пальцах, я не стал напрягаться и точной оценкой давлений - там и так четыре порядка выше прочностных пределов.Идея использовать ЯБП сверхмалой мощности не нова. Например, в книге Коротеева и др. по-моему "Ядерные реактивные двигатели" (лежит дома - приду уточню название) упоминается возможность использования имплозии малых плутониевых зарядов для таких движителей.
Полагаю, что использование приведенных мной литературных формул для оценки параметров излучений и таких зарядов с точностью до порядка вполне подойдет. Недавно ЦФТИ выпустил открытую книгу "Физика ядерного взрыва" - если кто найдет - там методика расчетов параметров ЯВ много более точная. Но раритет. Тираж почти нулевой. Боюсь, есть только в ГПНТБ.Упоминается в "Озоне".

Fakir>Кстати, рекомендую переделать список возможных смежников - ИАЭ им. Курчатова давно не существует, современное название - РНЦ "Курчатовский институт".

ОК. Это я по памяти залепил.

Адрон>Например, в книге Коротеева и др. по-моему "Ядерные реактивные двигатели" (лежит дома - приду уточню название) упоминается возможность использования имплозии малых плутониевых зарядов для таких движителей.

Ошибся, однако. Книга именуется Власов Н.М. ,Федик И.И. "Тепловыделяющие элементы ядерных ракетных двигателей",М.ЦНИИатоминформ,2001 стр.199
(спасибо Muxel-ю - он раздобыл в свое время ). Дословно сказано - "Так, с помощью лазерного сжатия критическая масса плутония достигает 1 г." Полагаю, что с использованием упомянутых ранее Wyvern-ом и мной гиперкумулятивных девайсов, такая система более реалистична, чем имплозия ТЯ мишеней.

Адрон, 18.10.2003 16:54:51:

Дословно сказано - "Так, с помощью лазерного сжатия критическая масса плутония достигает 1 г."

 

Это кто-то уже делал на практике, или просто теоретическая оценка?

Каков тротиловый еквивалент 1 г плутония?

Fakir, 15.10.2003 22:39:20:

В бомбах литий используется для хим. связывания дейтерия в удобное для хранения твёрдое состояние, чтобы не маяться, как амеры в своём первом т/я заряде, с криогеникой (жидким дейтерием).

 

Если уж быть точным, он еще и поглощает нейтроны, производя легкогорючий тритий:
Li-6 + n -> T + He-4 + 4.7829 MeV
Li-7 + n -> T + He-4 + n - 2.4670 MeV

Димитър, 18.10.2003 22:07:41:

Каков тротиловый еквивалент 1 г плутония?

 

При полном расщеплении около 17 тонн ТНТ, реально меньше от примерно 2-х раз до бесконечно малых величин, в зависимости от степени сжатия, наличия внешних оболочек и т.п.

FinT, 19.10.2003 11:27:42:

Димитър, 18.10.2003 22:07:41:

Каков тротиловый еквивалент 1 г плутония?

 

При полном расщеплении около 17 тонн ТНТ, реально меньше от примерно 2-х раз до бесконечно малых величин, в зависимости от степени сжатия, наличия внешних оболочек и т.п.

 

Считается просто. 1 г плутония-239 - это (1/239)моль*6e23 ат/моль=2,5e21 атомов. Выделяется примерно 200 МэВ на деление. Т.е. если будет делиться ВСЕ, то выделится 200МэВ=3,2e-11 Дж/атом или всего 8e10 Дж. Поскольку 4,2e6 Дж/кг(тнт), то массовый эквивалент составляет 19 тонн ТНТ, что близко к приведенным значением. При этом выделится (2,4-1 на деление)* (кол-во атомов) нейтронов - 3,5e21. В реальных системах выход нейтронов и энерговыделение будет на ПОРЯДКИ меньше.

Адрон, 12.10.2003 20:08:22:

С.И. "Что мешает окружить заряд тонким слоем свинца (вольфрама) и не дать рентгеновским лучам уйти в космос пока они не передадут большую часть своей энергии рабочему телу? "

Например, в задней полусфере. Но это вопросы не концептуальной, а детальной проработки.

 

Почему только в задней полусфере? Как передать энергию рентгена литию? Он быстро ионизируется и станет прозрачным для рентгеновских лучей. Между литием и зарядом должен быть толкатель из материала с большим атомным номером- как в водородной бомбе.

Адрон, 19.10.2003 15:36:20:

Считается просто. 1 г плутония-239 - это (1/239)моль*6e23 ат/моль=2,5e21 атомов. Выделяется примерно 200 МэВ на деление. Т.е. если будет делиться ВСЕ, то выделится 200МэВ=3,2e-11 Дж/атом или всего 8e10 Дж. Поскольку 4,2e6 Дж/кг(тнт), то массовый эквивалент составляет 19 тонн ТНТ, что близко к приведенным значением. При этом выделится (2,4-1 на деление)* (кол-во атомов) нейтронов - 3,5e21. В реальных системах выход нейтронов и энерговыделение будет на ПОРЯДКИ меньше.

 

А стоимость одного грамма оружейного плутония $50. а реакторного сорта (его тоже можно использовать в зарядах - хотя сложнее)= $5 - на сегодня это самые дешевые энергоносители на единицу энергии. Для сравнения грамм трития - $23000.

Адрону.
Думается, что Ваши выводы о невозможности передачи импульса тяги через тяговую плиту (ТП) все же ошибочны. Расчеты формально правильные, но исходные данные для расчетов взяты неверные. Из открытых источников по противоракетной обороне, например, известно, что термоядерный заряд антиракеты «Спартан» мощностью 5Мт со специально повышенным выходом рентгеновского излучения для чего в лучевом кожухе вместо свинца использовалось золото (проектировался для уничтожения целей в космическом пространстве), имеет радиус поражения боевых блоков баллистических ракет порядка 10-15км. Если даже считать что для взрывов килотонного класса относительный выход РИ такой же, то, получается, по приведенной Вами формуле, для 1Кт радиус поражения боевых блоков 150-200м, что уже близко к принятой Вами дистанции подрыва в 50м. Но, согласитесь, начиненный электроникой и прецизионной пиротехникой боевой блок гораздо более хрупкое изделие, чем ТП. ТП вполне может выдержать перегрузку как минимум на порядок больше. А если учесть, что и доля рентгеновского излучения для специально спроектированного заряда во много раз меньше, то ничего технически невозможного в конструкции газо-механических амортизаторов не видится.
То, что выходом РИ заряда можно управлять в широких пределах, понятно, например, из следующих данных приведенных в «Инженерном справочнике по космической технике» под ред. А. В, Солодова, издание 2-е, на стр. 425: дальность обнаружения космических ЯВ по тепловому РИ может колебаться от 1,6*10:⁹ до 6,4*10⁶км для неэкранированного и соответственно экранированного взрыва – в 250 раз. Экранированным называется такой взрыв, когда ядерный боеприпас экранируют тонким слоем свинца, висмута или другого материала непрозрачного для РИ ЯВ ( с атомным числом Z>71). Так как мощность РИ пропорциональна квадрату дальности обнаружения, то она может изменяться в 250²=62500 раз. Т.е. где-то от 70% почти до нуля - как при атмосферном взрыве.
Действительно, РИ киловольтного диапазона, характерное для ядерного взрыва, интенсивно поглощается в любых веществах (даже в воздухе), и защита узкого сектора со стороны корабля слоем рабочего тела расположенного на самом заряде только улучшит характеристики двигательной системы.
Перенесем часть слоев Вашего ЖМПИ на сам заряд (заодно заменив прозрачный для РИ литий непрозрачным свинцом, висмутом или ураном), максимально приблизив к центру взрыва и, соответственно, уменьшив его диаметр.
Диаметр сжатой критической сферы плутония массой 3-4кг около 4-5см. Теневой экран, расположенный на расстоянии 50см от центра взрыва и перекрывающий конус с углом при вершине в 30 градусов будет иметь диаметр 36см. Площадь этого экрана составит 1020см2. За ним уже нет РИ, а есть более мощная ударная волна. На расстоянии 50м диаметр затененной области составит около 27м.
Испаряемость вещества лучевого экрана для изделия W-80 по данным http://www.fas.org/nuke/hew/Nwfaq/Nfaq4-4.htm составляет 1,5г/(см2*наносекунда). Т. е. за 10 наносекунд излучение ЯВ испарит 15,3кг материала экрана. Естественно, это вызовет мощный реактивный импульс к оставшейся части экрана, которая может быть выполнена из любого материала (в том числе и лития). Практически это эквивалентно увеличению мощности взрыва по ударной волне в заданном секторе в (25%+67%)/25%=3,68 раза. Т. е. давление расширяющихся продуктов составит 5,6МПа*3,68=21МПа=210кг/см2 – величина вполне приемлемая. Так называемые высокозащищенные ракетные шахты рассчитывались на такое давление ударной волны.
Нет смысла рассчитывать ТП или ЖМПИ, расположенные на самом корабле, на воздействие РИ – это так называемая схема с «топливными дисками» - не самая эффективная.
Основной принцип – нагреть ЯВ минимум рабочего тела до максимально возможной температуры. Т.е. рабочее тело должно находиться как можно ближе к источнику энергии.
Все вышесказанное отнюдь не умаляет достоинств Вашей работы – пожалуй, первой попытки проектирования импульсных ракетных систем в открытой отечественной литературе.
С нетерпением ожидаем обещанного продолжения, с оценкой возможных «массогабаритных параметров космического корабля, удельного импульса движителя, диапазона приемлемых мощностей для ядерных зарядов малой мощности, оптимизация системы в целом по параметрам достижимой максимальной скорости и минимальным радиационным воздействиям на отсек полезной нагрузки».
Отрадно, что Вы склоняетесь к гораздо более реалистичным схемам на зарядах деления. При разработке советского ГФЯРД считался нормальным выброс делящегося материала в количестве менее 1% от расхода рабочего тела при УИ=2000сек. Это вполне достижимо и для импульсных систем. Т.е. двигатель получится не «грязнее» ГФЯРД (если такое понятие вообще применимо в космосе – космос в отношении радиации сам по себе весьма «грязная» среда), но гораздо мощнее и проще реализуемый. К тому же плутоний (особенно «реакторного сорта») как энергоноситель экономически много выгоднее трития.
Сравнение тепловых потоков:

СИ>Думается, что Ваши выводы о невозможности передачи импульса тяги через тяговую плиту (ТП) все же ошибочны. Расчеты формально правильные, но исходные данные для расчетов взяты неверные.

В свое время (около 10 лет назад) я сравнивал формулы из книжки МИФИ с "методически точными" . Порядок совпадает .

СИ>Но, согласитесь, начиненный электроникой и прецизионной пиротехникой боевой блок гораздо более хрупкое изделие, чем ТП.

Не соглашусь, не намного . Тем более, что стойкость системы будет определяется не стойкостью ТП, а других компонентов КА, в которые эффективно пройдет УВ через любые амортизаторы, в т.ч. газовые.
 
СИ>...С нетерпением ожидаем обещанного продолжения, с оценкой возможных «массогабаритных параметров космического корабля, удельного импульса движителя, диапазона приемлемых мощностей для ядерных зарядов малой мощности, оптимизация системы в целом по параметрам достижимой максимальной скорости и минимальным радиационным воздействиям на отсек полезной нагрузки».

К сожалению, не раньше, чем после Нового года - очень много основной работы.

СИ>Отрадно, что Вы склоняетесь к гораздо более реалистичным схемам на зарядах деления.

Это все из разряда - "помечтать". А из принципиальной технической реализуемости - да.

Вот и после Нового года наступило... А что Вы скажете об этой картинке?

Адрон, 12.10.2003 15:10:36:

Жидкометаллический многослойный преобразователь импульса как решение проблемы амортизаторов для ядерных импульсных реактивных систем.
 

 

А расход лития на один взрыв рассчитывали?

А поперечную неоднородность импульса на полской плите? Равно как и саму поперечную компоненту?

По крайней мере рад, что невозможность механической (газовой) аммортизации всё-таки признана.

Будет больше деталей - поточим зубки и об литиевую завесу.

yuu2, 12.02.2004 15:23:07:

По крайней мере рад, что невозможность механической (газовой) аммортизации всё-таки признана.

 

Кем?
См. картинку выше.

А это что?

Всё-таки дело в конструкции ядерного заряда:
Устройство модуля импульса
1. PROPELLAMT (РАБОЧЕЕ ТЕЛО) – вольфрам
2. CHANNEL FILLER (ЗАПОЛНИТЕЛЬ РАДИАЦИОННОГО КАНАЛА) – окись бериллия
3. RADIATION CASE (РАДИАЦИОННЫЙ КОЖУХ) – уран 238
4. NUCLEAR DEVICE (ЯДЕРНЫЙ ЗАРЯД) – имплозивный, содержит 2кг плутония 239 с термоядерным дейтериево-тритиевым усилением
5. DELIVERY CASE – внешний корпус
Отношение массы вольфрама к массе окиси бериллия =4:1
Масса модуля импульса для «Ориона» с диаметром тяговой плиты 10м -141кг, для диаметра тяговой плиты 20м – 450кг.
Средняя тяга 10м двигателя – 350т, при «сухой» массе 91 тонна, УИ=2500сек
Средняя тяга 20м двигателя – 1630т, при «сухой» массе 358 тонн, УИ=3150сек
Внутри конструкции двигателя помещалось до 900 модулей импульса, остальные – во внешних магазинах
После подрыва заряда радиационный экран сдерживает рентгеновское излучение достаточно долго, что бы передать большую часть энергии рабочему телу и наполнителю канала. Получается нечто вроде водородной бомбы вывернутой наизнанку. Вольфрам за счет абляции под действием рентгеновского излучения разгоняется до очень высоких скоростей. Дополнительный импульс рабочее тело получает за счет давления нагретого нейтронами заполнителя канала. За счет малой толщины уранового радиационного экрана разлет массы в боковом направлении получается небольшим. Фаербол взрыва имеет форму сигары. Мощность и расстояние подрыва подобраны таким образом, что плазма при соударении с тяговой плитой имеет температуру порядка 120000 градусов. При такой температуре максимум излучения приходится на ультрафиолет, для которого большинство веществ непрозрачны. Для обеспечения равномерного ускорения тяговая плита имела переменную толщину с отношением края к середине 1:6. Для уменьшения испарения материала плиты предусматривалось перед подрывом покрывать ее тонким слоем нефти. Частота взрывов - около 1Гц.
Следует отметить, что с увеличением диаметра плиты УИ быстро возрастает. Для 40м УИ=10000сек. Для космических двигателей с тяговой плитой в виде паруса возможен УИ до 100000сек.