Будущее ядерно-импульсных ракет

CaRRibeaN>Ну что же... тогда запишем эту информацию в непроверенную.

Как бы не так НАШЕЛ! Искал полгода где то Причем память подвела -там все сложней и интересней Вот:
Использование антиматерии в ракетных двигателях
NASA - Propulsion Research Center
Антиматерия, кроме того, что является сугубо искусственной субстанцией на Земле, имеет еще и самую высокую стоимость за 1 грамм - около 62,5 триллионов долларов. Кроме всего прочего, хранилище для антиматерии представляет собой достаточно сложный контейнер, имеющий в своей основе магнитную ловушку.
Такая высокая цена обусловлена большими затратами энергии для получения, например, всего 10 нанограмм антипротонов - как раз столько получают в лаборатории Ферми (Chicago) на ускорителе за весь год . Антипротон образуется после столкновения двух очень высокоэнергетичных положительных протонов.
Как известно, при соединении антивещества с обычным веществом происходит аннигиляция и выделяется огромное количество энергии - по сути все вещество превращается в энергию. Идеальное топливо для космических ракет, не так ли? Можно ведь очень точно регулировать количество энергии.
Очень здорово, но только стоимость антиматерии не позволяет ее использовать впрямую для двигателей.
Однако, ученые из исследовательского центра NASA (Propulsion Research Center) в Хантсвилле (Huntsville, Alabama) придумали, как использовать антиматерию в малых количествах для создания двигателей космического корабля. Возникает вопрос - а почему бы не сделать микровзрыв простым ядерным распадом? Потому что, было неизвестно, как перенасытить нейтронами ядра урана, чтобы произошел распад с выделением энергии. В малых количествах, разумеется. В больших - известно. Однако, сейчас ключ решения этой проблемы был найден и коротко описывается следующим образом - в сгусток антипротонов (т.е. в плазму) "впрыскивают" смесь из дейтерия (тяжелый водород), урана-238 и гелия-3 (легкий гелий). При этом, антипротоны обеспечивают уникальный тип реакции распада - производится в 6 раз больше свободных нейтронов, чем при обычной реакции распада. Получившейся энергии хватает, чтобы начать реакцию синтеза. Нейтроны инициирует взрыв гелиево-водородной смеси, производя реакцию термоядерного синтеза. Т.е. как бы водородная бомба в миниатюре. Что, собственно, и требовалось.
Такой тип реакции получил и свое название - Инициированный Антиматерией Микросинтез (antimatter initiated microfusion - AIM).



Ник

>В том, что надо считать сразу в стерадианах или переводить в них. Вы хотите сравнить "плоскую" площадь с площадью на сфере.

Если считать в стерадианах то получается: «геометрический» КПД=1/2*(1-(1-r²/R²)^(1/2)), где r – радиус тяговой плиты, а R-расстояние от плиты до эпицентра.
Для r=20м и R=60м, КПД=0,028, то есть 2,8% массы заряда отражается плитой и создает тягу.
По известной формуле «мощность = скорость * сила», при силе тяги двигателя в 3000тонн и эффективной скорости истечения 100км/сек, получим потребную мощность =3*10¹²ватт. Или с учетом КПД тепловая мощность =1,07*10¹⁴ватт =25килотонн/сек. При Уи=100км/с для создания тяги в 3000т, необходим расход массы 300кг/сек. То есть один раз в секунду надо взрывать заряд массой 300кг и мощностью 25кт (удельная мощность менее 0,1кт/кг). Надо подчеркнуть, что 100км/с – это именно эффективная скорость истечения создающая тягу, фактическая средняя скорость разлета вещества заряда по закону сохранения энергии – 837км/сек. При ХС космического корабля =50км/с (достаточно для быстрого полета на Марс с поверхности Земли) отношение стартовой массы корабля к конечной составит 1,65.
Стоимость такого корабля с полезной нагрузкой в 150-200тонн и запасом топливных ядерных зарядов в 500 тонн вряд ли превысит стоимость современного авианосца с вооружением.
Возможно, толчком к развитию этого направления станет избыток ядерных зарядов на Земле и трудность и не безопасность их уничтожения (чем Путин с Бушем как раз сейчас собираются заняться).
Что касается перехвата астероида ракетой с ядерным зарядом то вероятность успеха здесь меньше чем вероятность сбить «Скад» «Пэтриотом».
Во всяком случае, ядерно-импульсные двигатели достойны не меньшего изучения и освещения в отечественной литературе, чем ионные или термические реакторные.

Nick_Crack>Совет был человеку с другим ником

Это я и есть, под ником КроНа Nick_Crack>А если не секрет, ПОЧЕМУ критмасса U235 в 50кг и плутония в считанные кг не отличается?

Мдяяя... критмасса У235 в сфере 22,5 кг.

И где я говорил что не отличаеться??

Более того добавлю к себе вчерашнему (немного неадекватному ), что большая критмаса Урана в случае "новой" схемы, 3-его поколения ЯБ - хорошо.

Nick_Crack>"ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ТЯБ", не помню точной ссылки,могу найти -сообщу.

Кто автор?

Nick_Crack>Так это все же Вы? Или нет?

Я, Я Nick_Crack>Так в том и дело, что ссылки НАЙТИ НЕ МОГУ!!!!

Ну что же... тогда запишем эту информацию в непроверенную.

Nick_Crack>>А если не секрет, ПОЧЕМУ критмасса U235 в 50кг и плутония в считанные кг не отличается?

CaRRibeaN>Мдяяя... критмасса У235 в сфере 22,5 кг.

CaRRibeaN>И где я говорил что не отличаеться??

CaRRibeaN>Более того добавлю к себе вчерашнему (немного неадекватному )
Мдаа...ПЕРДУПРЕЖДАТЬ надо! Nick_Crack>>"ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ТЯБ", не помню точной ссылки,могу найти -сообщу.
Сообщаю - http://archive.1september.ru/fiz/1999/no29.htm
А.Б.Колдобский,МИФИ, г. Москва "Создание термоядерного оружия в СССР: второй этап ядерной гонки"

Nick_Crack>>Так в том и дело, что ссылки НАЙТИ НЕ МОГУ!!!!

CaRRibeaN>Ну что же... тогда запишем эту информацию в непроверенную.
Да, блин, читал я это в БУМАЖНОМ журнале, сам журнал 1981 г у меня (где то)есть, найду отсканю.Ссылку не могу найти потому, что на слово АНТИМАТЕРИЯ - одна фантастика прет Ник

hcube> Есть материалы, которые можно и нужно добывать в космосе.
Если добавить в эту фразу "при определенных УСЛОВИЯХ", то нельзя не согласиться. Только вот все упирается в эти УСЛОВИЯ. Почему столь известен такой изотоп как Не3? Потому что все разложено по полочкам. Известно ДЛЯ ЧЕГО, КАК и ГДЕ. Самое главное ДЛЯ ЧЕГО – для нужд энергетики, которая является жизненно необходимой для практически всего человечества. Не достигнуто только условие – создание промышленного ТЯР. Получается, если следовать этой цепочке – передний край космонавтики находится не в космических КБ и институтах, а в лабораториях ядерщиков. Если так же по полочкам был бы разложен какой-нибудь другой элемент, и все требуемые условия были бы выполнены, то вполне возможно добыча внеземных материалов стала бы реальностью.
Но космонавтика могла бы не только ожидать, пока совпадут все благоприятные условия. Можно было бы создавать требуемые условия. Да, действительно, работы по созданию ДУ, используя которые можно было бы использовать для достаточно быстрых межпланетных перелетов – могли бы создать новые условия. Вот только если конечный результат таких работ демонстраторы, то отдача от таких работ практически нулевая и финансироваться они будут по остаточному принципу. Для разовых миссий также практически минимальная отдача. К тому же вряд ли первые экспериментальные образцы будут достаточно хороши для коммерческих проектов.

Serg Ivanov>Стоимость такого корабля с полезной нагрузкой в 150-200тонн и запасом топливных ядерных зарядов в 500 тонн вряд ли превысит стоимость современного авианосца с вооружением.
Дело не только в стоимости создания подобного КК, а в соотношении затраты/отдача. Причем отдачей может быть не только получение материальных ценностей, но как показала американская лунная программа и получение политических дивидендов. Если же создание любого (не только космического) транспорта – самоцель, то его ожидает судьба "Энергии" – невостребованность со всеми вытекающими последствиями.
Serg Ivanov>Возможно, толчком к развитию этого направления станет избыток ядерных зарядов на Земле и трудность и не безопасность их уничтожения (чем Путин с Бушем как раз сейчас собираются заняться).
Свежо предание, да вериться с трудом. К тому же Путин&Буш собираются только снимать с боевого дежурства боеголовки.
Serg Ivanov>Что касается перехвата астероида ракетой с ядерным зарядом то вероятность успеха здесь меньше чем вероятность сбить «Скад» «Пэтриотом».
Вообще-то ракета с ядерным зарядом способна уничтожить астероид не представляющий опасности глобальной катастрофы.

Интересно, были ли в СССР, проекты аналогичные американскому «Орион»?
Если были, то почему о ни ничего не известно?

S.I.>Если были, то почему о ни ничего не известно?

Не известно потому что не было. У нас частные лавочки космосом не занимались.

Попробуем посчитать.
Допустим, астероид диаметром 1км состоит из железа – такие метеориты иногда падают на Землю. Тогда его масса составит 4*10¹²кг. Для того чтобы полностью его испарить потребуется энергии 2,6*10¹⁹Дж = 6190 мегатонн. Следует учесть, что при взрыве у поверхности астероида половина энергии уйдет в космос. Взрыв под поверхностью невозможен – из-за большой скорости сближения (десятки км/с) боеголовка испарится, не успев взорваться. Т. е. для уничтожения надо доставить порядка 10000Мт зарядов. Если использовать РН «Протон» то одной ракетой можно доставить не более 10Мт – слону дробина.
Другое дело скорректировать траекторию астероида так, что бы он прошел мимо Земли. Тут дело обстоит лучше. Если перехват произойдет на расстоянии 10 млн. км от Земли при скорости сближения 30км/с (за 4 суток до падения), то достаточно изменить скорость астероида на 20м/с, что бы он отклонился на пол диаметра Земли. Для массы 4*10¹²кг понадобиться заряд в 2Мт при кпд такого своего рода «ядерно-импульсного двигателя астероида» в 10%.
Но теперь нужно уже не просто попасть в астероид, а взорвать заряд в строго определенном месте его поверхности, что бы импульс скорости имел нужное направление. При скорости сближения в десятки км/с, никакая система управления с этой задачей не справиться.

Serg Ivanov>Попробуем посчитать.
Serg Ivanov>Другое дело скорректировать траекторию астероида так, что бы он прошел мимо Земли. Тут дело обстоит лучше...
Serg Ivanov>Но теперь нужно уже не просто попасть в астероид, а взорвать заряд в строго определенном месте его поверхности, что бы импульс скорости имел нужное направление. При скорости сближения в десятки км/с, никакая система управления с этой задачей не справиться.

А зачем в СТРОГО определенном месте? Не так уж оно и СТРОГО определенно Какое бы Вы воздействие - с расчитанной вами силой- не оказали, траектория астероида изменится. Так? Или он затормозится, или ускорится, или изменит направление - а требуется что бы он НЕ ПОПАЛ -то есть подходит ЛЮБОЕ изменение траектории от "оптимальной". Так?

Ник

Nick_Crak>>К сожалению антипротоны получают путем встречных протонных пучков(ракция протон-протон)и выход "годных" 0, 0000000000001% Мог ошибится в нулях, но в меньшую сторону ratman>Да, но их нужно ничтожно мало (<10e-13 кг) и их можно тащить с собой с Земли - такое количество не проблема уже сегодня.

То есть для КОМИЧЕСКОЙ(описка, следует читать КОСМИЧЕСКОЙ и иной транспортной ) техники подходит, а для ЭНЕРГЕТИКИ нет.НО, По моеву в вашем материале говорится о другом способе получения антипротонов -их много в космических лучах ratman>Кстати, по линку, который вы прислали были несколько другие цифры и реакции. В частности, говорилось о DHe3, а не DT (опять же, Лунный карьер ). Потом, были совершенно другие цифры антипротонов (~10е-9 кг), U238 вместо Pu, ничего не говорилось о предварительном сжатии, и т.д.

ratman>И все же, кажется, это один и тот же источник. Или нет ?

Дайте Вашу ссылку! Я же просил Тем более что в этих условиях-т.е. при "антипротонном катализе" уже практически нет разницы между реакциями DHe3 и DT, а удобней первая, можно и пучком поуправлять.

Ник

P.S. В Вашем материале как раз U238. Но видимо эта реакция характерна для любого делящегося материала.

ratman>По-моему, это не так: DT там поджигается не антипротонами, а нейтронами, как в бомбе.

Это в какой же бомбе DT поджигаеться нейтроннами? В осколочно фугасной что ли?

ratman>DT требует .13 МэВ, а He3D .47.

Многовато. 130 кэв - это больше миллиарда градусов. На самом деле в 20 раз меньше.

ratman>Там вообще странно: сначала упоминается U238, а потом все разговоры о плутонии... Непонятно...

Особенно учитывая что просто так У238 не делиться...

CaRRibeaN>Это в какой же бомбе DT поджигаеться нейтроннами? В осколочно фугасной что ли?

В ГЕЛИВОЙ и ВАКУУМНОЙ(на жидком-шугообразном вакууме) CaRRibeaN>Особенно учитывая что просто так У238 не делиться...

Вот, вот.. He3 не поджигается,U238 не делится, не растет кокос..
Долой понедельники!

Ник
P.A.Ивините, пьян изрядно..

CaRRibeaN>Особенно учитывая что просто так У238 не делиться...

А ежели представить себе, ЧТО призойдет когда антипротон врезается в ядро U238? Анигиляция одного из протонов ядра, вспышка с енергией на порядки превышающей энергию деления..поневоле разделишся. Непонятно почему 10 нейтронов? Тут их штук 50-60 должно повылетать?

Ник

Valery B>Каково а? По мне так красиво: 4-миллиметровые бомбочки с 99.7% к.п.д! Причем масса оболочки - единицы процентов от массы реагента, ну чем не космическое топливо?
Valery B>Интересно, эти 70000 - отношение выхода к энергии ионных пучков или сюда включены расходы по удержанию антипротонов.

К сожалению антипротоны получают путем встречных протонных пучков(ракция протон-протон)и выход "годных" 0, 0000000000001% Мог ошибится в нулях, но в меньшую сторону С уважением, Ник

А ссылочку то дайте Или нет?

Интересно, а ракета выдержит удар фугасной волны от остатков ЯО?

Тут на досуге немного поразмышлял над такой стороной этого проекта, как расчет удельного импульса.И что-то ввело меня в смущение.Если считать по классике, то величина Уи для ЖРД пропорциональна корню кубическому из произведения температуры газов на молярную массу. Выигрыш в Уи в случае ядерно-импульсного двигателя получается за счет температуры порядка миллионов градусов. Это просто и понятно, с точки зрения принятого расчета. Вот только подходит ли этот принцип расчета для ЯИД? Ведь ЖРД и продукты сгорания являются замкнутой, с точки зрения закона сохранения энергии и импульса системой.Здесь действует старый добрый третий закон Ньютона.( не касаемся области релятевистских скоростей ). А вот с ЯИД все немного по другому, заряд подрывается на некотором удалении от коробля, и в момент подрыва заряд движется относительно корабля всегда с постоянной скоростью, не зависимо от скорости самого корабля, т.е. мы имеем систему с ВНЕШНИМ воздействием, величина которого будет ВСЕГДА постоянной, так как скорость разлетающихся продуктов взрыва относительно корабля постоянна, то следовательно и прирост импульса корабля будет величиной постоянной.
Поэтому само понятие Уи для ЯИД должно носить иной смысл, нежели для ЖРД. Так как сам принцип работы двигателей ФИЗИЧЕСКИ различен.

ratman>А разве разогрев смеси осуществляется не радиационной имплозией ? Или это в основном гамма радиация ?
Адиабатическое обжатие, радиационная прямая и обратная имплозия. Ни тебе гамма радиации (для нее дейтерий с литием прозрачны - уровни полной ионизации низковаты - десятки Эв в случае лития) ни тебе нейтронов.

ratman>В двадцать раз меньше - это температура смеси, которая нужна, чтобы было достаточно быстрых частиц (хвост распределения), энергия которых достаточна для реакции. Температура в эксперименте у них 2 кэв. Энергия, необходимая для DT - 130 кэв. Но быстрых частиц все равно достаточно для реакции.

В ТЯ хлопушках типа РДС-37 (двухфазные) - греют смесь до 5 примерно кэв, дальше она сама. При этом можно запалить много тонн дейтерий-лития всего 100 первоначальными кт (и потом догреть на ДД нейтронах делящихся оставшийся плутоний/уран зажигалки).

ratman>При уменьшении общей температуры кол-во частиц с достаточно большой энергией падает очень быстро. Поэтому про He3D при T=2 кэв можно и не мечтать.

Это понятно.

Мне цифирь для ДТ не понравилась ratman>С антипротоном делится.

а ссылочку? Желательно с сечениями и т.д. Вот высокоэнергетическими протонами - да. С ГЭВ так, причем разваливаеться капитально - до 100 нейтронов выдает.

ratman>И еще по-моему при бомбардировке нейтронами.

Да, но не всякими. Высокоэнергетическими делиться. Хотя я лично смотрю только до 14 МЭв - в ядерных боеприпасах более мощным неоткуда взяться Nick_Crack>А ежели представить себе, ЧТО призойдет когда антипротон врезается в ядро U238?

Нет, нет НЕ НААААДОООО!

Nick_Crack>Анигиляция одного из протонов ядра, вспышка с енергией на порядки превышающей энергию деления..

Сичтаем. Масса протона - 1,67*10^-27 кг. Энергия аннигиляции протона-антипротона - 30*10<sup>-11<sup> Дж. Порядка 1 Гэв. Да, энергия в 5 раз больше чем энергия деления. Однако в каком виде она выделяеться? В виде гаммаквантов.

Т.е. вопрос все равно остаеться открытым - делиться ли У238 антипротонами, и при каких энергиях и сечениях.