Межорбитальный буксир с дистанционной запиткой (мысли вслух)

Из обсуждений в топиках о "лунном стартовом пулемёте" и орбитальных солнечных электростанциях, попавших на почву, удобренную еженощными раздумьями о транспортной системе Земля-Луна, родилась мимоездом нижеследующая мысля.
Попробую высказать пару соображений на ходу. Так скз, визуализация сна разума.

Значит, так. Мощный высокоимпульсный буксир, реактор+ЭРД - штука хорошая, но даже самый замечательный реактор имеет заметную массу.
В результате почти нет шансов лететь по "быстрой" траектории, и выгоды от высокоимпусльного движка существенно уменьшаются за счёт удвоение ХС. Абыдна, аднако... Да еще и всю немалую массу реактора приходится до этой удвоенной ХС разгонять - доп. затраты.

А вот ежели бы сам реактор не тащить... Соорудить эдакий межорбитальный троллейбус (ну и с прицелом для Луны и обратно, ессно)... Скажем, повесить на 800-км орбите станцию питания, 3-4 старта "Протонов" - может получиться блок электрической мощностью чуть не под 100 МВт. И передавать энергию на буксир - СВЧ. Сущее ведь благорастворение воздухов выйдет, если приёмная антенна получится достаточно лёгкой, порядка тонны - масса буксира радикально снижается, тяговооружённость растёт, можно летать почти по "быстрой" траектории с экономией ХС, одна станция-реактор может обслуживать одновременно несколько буксиров, причём начиная с низкой орбиты, буксир уже не ограничен радиационно-безопасной... При возвращении от Луны - буксир может тормозиться об атмосферу (если, конечно, антенну удастся как-то спрятать).
Оченно здорово всё получается. Похоже, слишком здорово, чтобы быть правдой...

Ну, мощность реакторов 50-100 МВт в пределах 100 тонн - достаточно реальна. Самое узкое место, очевидно - перекачка энергии. Кроме СВЧ, тут, пожалуй, трудно что-то придумать. КПД 70-80% выглядит относительно реальным. Но поганка в том, что перекидывать энергию нужно на тысячи км... Т.е. на тысяче км у нас только дифракционный разброс для миллиметровой длины волны (что само по себе наглость) и размере антенны-излучателя 100 м выйдет в сотню метров... Мда. Либо приёмная антенна получится агромадной (выигрыш в массе исчезает), либо КПД передачи падает до нескольких процентов (городить гигаваттный реактор?). С учётом необходимой точности наведения... Похоже, идейка вышла мертворождённой. Не танцуется гопак.


Нихрена не получается, в общем. Прошу прощения у почтенней публики за отнятое время

А повесить в точке Лагранжа еще один промежуточный реактор? Его прелесть в том, что он будет питать буксир как на удалении, так и на приближении, т.е. в принципе в 2 раза дольше чисто орбитального. Как близко быстрая траектория от точки Лагранжа может проходить?

Fakir> А вот ежели бы сам реактор не тащить... Соорудить эдакий межорбитальный троллейбус (ну и с прицелом для Луны и обратно, ессно)... Скажем, повесить на 800-км орбите станцию питания, 3-4

Может в лучше L1?

Fakir> Ну, мощность реакторов 50-100 МВт в пределах 100 тонн - достаточно реальна. Самое узкое место, очевидно - перекачка энергии. Кроме СВЧ, тут, пожалуй, трудно что-то придумать. КПД 70-80% выглядит относительно реальным. Но поганка в том, что перекидывать энергию нужно на тысячи км... Т.е. на тысяче км у нас только дифракционный разброс для миллиметровой длины волны (что само по себе наглость) и размере антенны-излучателя 100 м выйдет в сотню метров... Мда. Либо приёмная антенна получится агромадной (выигрыш в массе исчезает), либо КПД передачи падает до нескольких процентов (городить гигаваттный реактор?). С учётом необходимой точности наведения... Похоже, идейка вышла мертворождённой. Не танцуется гопак.

А если мазер на передатчике и тепловая машина на приемнике? (в качестве мозгового штурма)

Лучше лазер. На приемнике - обычные СБ, которые мощность с лазерного излучения снимают на порядок лучше чем с солнечного света. Собственно, тогда можно вообще отдельный буксир не делать, просто увеличить количество ЭРД, и усилить мощность токоотводов.

Да, лазер потребуется здоровенный, с апертурой метров 10 .

В точках Лагранжа вешать - вообще мёртвое дело. Расстояния вообще дикие. Задумка была в том, чтобы обеспечить буксиру достаточно высокую тяговооружённость, и разгонять его по "полу-гоманновской" траектории, несколькими импульсами в перигее. Т.е. движки бы работали по несколько минут вблизи перигея на каждом витке, а не всю дорогу. Заодно, с 800 км орбиты можно было бы запитывать и околоземные буксиры - на ГСО там и в таком духе. Впрочем, при невозможности передать энергию это всё уже несущественно

Лазер - вообще нереально... Если СВЧ-излучатель на десятки мегаватт еще как-то можно себе представить при современном техническом уровне, то лазер такой мощности, да еще с 10-метровой апертурой - фантастика.

Да и приёмник под лазер тоже весить будет от души.

Погоди, ты в перигее хочешь разгонять? Тогда такая апертура не нужна - там дистанция может быть порядка 1000 км, не больше. А для 1000 км для пятна в 10 м лазер с длиной волны 500 нм должен иметь диаметр апертуры не менее 0.5 метра. ЧТо уже вполне достижимо. Ну, и учитывая потери порядка 80% (которые просто промахнутся мимо спутника - хотя под такоедело можно сбацать СБ псевдокруглой формы), и то что вкачиваемая на спутник мощность должна быть порядка 100 КВт, излучаемая мощность должна быть порядка 1 МВт. Это лопух СБ примерно в 10000 м2 - 100х100 м.

Заодно данную низкоорбитальную фигню можно использовать как прототип СЭС. Спутники, чай, не круглые сутки выводятся, а с 400 км на поверхности будет пятно всего в 5 метров диаметром. Ну, там 50% потеряется, но 500 КВт тоже неплохо

В том и дело, что вкачиваемая на спутник мощность должна быть мегаваттной, и желательно - десяткомегаваттной.
Всё одно для лазера моща совершенно запредельная.

Fakir> Ну, мощность реакторов 50-100 МВт в пределах 100 тонн - достаточно реальна. Самое узкое место, очевидно - перекачка энергии. Кроме СВЧ, тут, пожалуй, трудно что-то придумать. КПД 70-80% выглядит относительно реальным. Но поганка в том, что перекидывать энергию нужно на тысячи км... Т.е. на тысяче км у нас только дифракционный разброс для миллиметровой длины волны (что само по себе наглость) и размере антенны-излучателя 100 м выйдет в сотню метров... Мда. Либо приёмная антенна получится агромадной (выигрыш в массе исчезает), либо КПД передачи падает до нескольких процентов (городить гигаваттный реактор?). С учётом необходимой точности наведения... Похоже, идейка вышла мертворождённой. Не танцуется гопак.
Fakir> Нихрена не получается, в общем. Прошу прощения у почтенней публики за отнятое время

Мвт на тонну для космического реактора? Вы про радиатор не забыли? Как рассеять эту прорву тепла в космосе?

А поможет ли эта идея съэкономить при торможении аппаратов для выхода на лунную орбиту? В L1 буксиру передать энергию для торможения , и дальше он никуда от Луны не денется, неспешно эти 80 тыс/км до Луны преодолевает...

Fakir> Самое узкое место, очевидно - перекачка энергии. Кроме СВЧ, тут, пожалуй, трудно что-то придумать. КПД 70-80% выглядит относительно реальным. Но поганка в том, что перекидывать энергию нужно на тысячи км... Т.е. на тысяче км у нас только дифракционный разброс для миллиметровой длины волны (что само по себе наглость) и размере антенны-излучателя 100 м выйдет в сотню метров...
не вижу никаких проблем. рядом со спутником-энергостанцией создается облако мелких спутников-излучателей, образующих большое антенное поле. Сколь угодно большое. хоть километр , хоть 10, хоть 50. Главное чтобы все это было синхронизировано-взаимосвязано, фары/афары там всякие, знающие люди - да разрулят. Нетрудно подсчитать (с), что при размерах поля в 50 км и длине волны 1 см, "пятно" луча на удалении луны (400000 км) будет порядка 100 м. Ничего невозможного. И это не предел, можно и лучше.

Халявы не бывает (с) - для концентрации заметной части излучаемой энергии в нужной точке надо иметь очень и очень плотное размещение этих самых излучателей. Настолько плотное, что оно принципиально не будет отличаться от единой большой антенны.

Думаю, все-таки двурежимная СБ - это более правильно идеологически. Светим лазером - снимаем мощность для движения, светим солнцем - снимаем рабочую мощность. И одни и те же ЭРД используются и для коррекции (и если на то пошло, то и выдачи апогейного импульса) и для разгона - просто разную мощность берут.

СБ 100х100 м - это всего в 10 раз больше по площади, чем набор СБ американского сегмента. Т.е. порядка 100 тонн эквивалентной ПН. Это довольно много, да, но не запредельно.

Далее, что можно получить, имея на борту вместо штатных 10 КВт скажем 300. Это в 30 раз больше тяги ионника. Если я правильно помню, то недобравшая примерно 1.5 км/с Астра ползла на ГСО почти год. Если бы там был 300-КВт источник, то она набрала бы эту скорость в 10 раз быстрее - т.е. за месяц.

Автор, рано хороните Особенно лазер. Мысль очень даже интересная. Но предлагаются поправки:
1. Не "реактор", а электростанция в составе N реакторов (или солнечных панелей — всё равно это станция), оптимизированных по важным параметрам (например, по ресурсу)
2. Лазер, именно лазер. Только не один, а M лазеров с индивидуальным наведением (или малыми кластерами, но точно не одна монструозная оптика на всех) на приёмник(и) (так и отслеживать его(их) по маяку), также оптимизированных, и с возможностью их замены по мере выработки или отказов, и без внезапных "выпадений" всей системы. А в приёмнике небольшой концентратор и фотопанелька, у которой может быть короткая но яркая жизнь (и это тоже предмет для оптимизации). Весить оно много не будет. Если хочется 10МВт лазерного излучения, то это кольцо/линейка 1000 х 10кВт (или массив 100х100 х 1кВт) лазеров, выводить и устанавливать можно постепенно (сразу ограничиваем риски), брак (усушка/утруска) не страшен — ещё меньше риски, деньги несравнимо меньше — на порядки, на одном тестировании даже, плюс серийное производство "расходников", однако, и их доставка любым носителем или попуткой.
А кстати, это ещё и дармовая звезда смерти

Ну, в принципе... индивидуальный лазер с метровой апертурой может иметь мощность порядка 100 КВт. Больше может оптика поплыть. Меньше апертуру сделать нельзя - резко растет дифракционное рассеяние. Больше - действительно, вредно с точки зрения серийности.

Кстати, мне лично идея приема лазера на штатные СБ и выдачи импульса штатными же ЭРД вполне нравится. Вопрос только в том, насколько можно форсировать эти самые СБ. Кстати оно еще вот с какой стороны хорошо - можно проводить подсветку СБ на ГСО, в тени Земли. Или тогда когда нужна пиковая мощность на передатчике. Или если СБ 'сели' при длительной эксплуатации.

hcube
>Думаю, все-таки двурежимная СБ - это более правильно идеологически.

Охренительная площать нужна, диаметр десятки метров... Это - масса, масса и масса.

>СБ 100х100 м - это всего в 10 раз больше по площади, чем набор СБ американского сегмента. Т.е. порядка 100 тонн эквивалентной ПН. Это довольно много, да, но не запредельно.
>Далее, что можно получить, имея на борту вместо штатных 10 КВт скажем 300.

300 кВт в 100 тоннах? Даром дайте - не возьму.
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.


leon
>А поможет ли эта идея съэкономить при торможении аппаратов для выхода на лунную орбиту? В L1 буксиру передать энергию для торможения , и дальше он никуда от Луны не денется, неспешно эти 80 тыс/км до Луны преодолевает...

В принципе, можно (по крайней мере - часть скорости погасить), но торможение - теряется на фоне ХС отлёта от Земли. К тому же, ЕМНИП, существуют траектории, при которых КА "цепляется" за окололунную орбиту с минимальными затратами ХС.

Serg Ivanov
>Мвт на тонну для космического реактора? Вы про радиатор не забыли? Как рассеять эту прорву тепла в космосе?

Никаких проблем. yuu2 писал, что товарищи из ФЭИ уже просчитали реактор на 15-25 МВт электричества в ПН "Протона".

au
>1. Не "реактор", а электростанция в составе N реакторов (или солнечных панелей — всё равно это станция), оптимизированных по важным параметрам (например, по ресурсу)

Ну, ради бога Это детали
Проблема в передаче энергии основная.

>2. Лазер, именно лазер. Только не один, а M лазеров с индивидуальным наведением (или малыми кластерами, но точно не одна монструозная оптика на всех) на приёмник(и)

Дык отдельные небольшие лазеры => малая апертура, большое расхождение => рост массы приёмника и вся затея теряет смысл.
Либо мощность передатчиков должна быть совершенно чудовищной, под гигаватт, чтобы на лёгкий приёмник можно было словить мегаватты.

Задача ведь в том, чтобы на приёмник массой порядка тонны принять мегаватты.

>А кстати, это ещё и дармовая звезда смерти

Не входит в планы
Мы мирные люди, хоть наш бронепоезд кровавую пищу клюёт под окном

Вот вам еще идея на уровне бреда: на орбите разной выстоты несколько электростанций, с ФАР, по цепочке передают друг другу аппарат на этапе разгона, с таким расчетом, чтобы до аппарата было растояние не больше... (которое не трудно посчитать... )

Система из нескольких спутников, в одной плоскости на разной высоте. Можно навеное даже на одной элептической орбите вдоль траектории разгона к Луне. Прецессия элептической сильно вытянутой орбиты синхронно со скоростью обращения Луны. Получтся эдакая эстафета, с практически в любой день можно запускать аппарат к Луне. Цель всей системы - обеспечить минимальное расстояние между одной из электростанций и разгоняемым аппаратом.

Как?

Плохо Даже если предположить, что цепочка аппаратов-ретрансляторов поможет уменьшить потери (а это, боюсь, не совсем так) они ведь редко будут оказываться на нужном расстоянии, т.к. летают на разных орбитах, несинхронно. Т.е. подходящая конфигурация будет складываться еще реже, чем великое соединение планет.

Fakir> В принципе, можно (по крайней мере - часть скорости погасить), но торможение - теряется на фоне ХС отлёта от Земли. К тому же, ЕМНИП, существуют траектории, при которых КА "цепляется" за окололунную орбиту с минимальными затратами ХС.

В севастьяновском 6-пусковом старте на орбиту Луны один пуск "Протона" тратится именно на это торможение...

Fakir> Плохо Даже если предположить, что цепочка аппаратов-ретрансляторов поможет уменьшить потери (а это, боюсь, не совсем так) они ведь редко будут оказываться на нужном расстоянии, т.к. летают на разных орбитах, несинхронно. Т.е. подходящая конфигурация будет складываться еще реже, чем великое соединение планет.

Нет, наоборот, все на одной элептической орбите, с прецессией равной скорости вращения Луны. Т.е. цепочка всегда будет вытянута в сторону Луны

S.I.> Мвт на тонну для космического реактора? Вы про радиатор не забыли? Как рассеять эту прорву тепла в космосе?

Так капельные радиаторы уже придуманы... Пускаем нагретую каплю вакуумного масла поперек орбиты, она там остывает и возвращается Площадь радиатора практически ограничена только массой имеющегося теплоносителя. Градирня без стенок

Fakir> А вот ежели бы сам реактор не тащить... Соорудить эдакий межорбитальный троллейбус (ну и с прицелом для Луны и обратно, ессно)... Скажем, повесить на 800-км орбите станцию питания, 3-4 старта "Протонов" - может получиться блок электрической мощностью чуть не под 100 МВт. И передавать энергию на буксир - СВЧ. Сущее ведь благорастворение воздухов выйдет, если приёмная антенна получится достаточно лёгкой, порядка тонны - масса буксира радикально снижается, тяговооружённость растёт, можно летать почти по "быстрой" траектории с экономией ХС, одна станция-реактор может обслуживать одновременно несколько буксиров, причём начиная с низкой орбиты, буксир уже не ограничен радиационно-безопасной... При возвращении от Луны - буксир может тормозиться об атмосферу (если, конечно, антенну удастся как-то спрятать).

Давайте попробуем придумать некую альтернативу. Самый лучший реактор - Солнце. Поэтому берем тонкую пленку, и делаем параболическое зеркало площадью 1км квадратный. Мощность солнечного света - несколько больше 1 кв на 1 м кв. так что зеркало будет собирать 1 миллион киловатт = 1000 мегаватт. Собранный свет греет камеру реактивного двигателя, подаваемый туда водород нагревшись, создает тягу.
Но, возможно, есть способ преобразовывать сконцентрированный солнечный свет в электроэнергию?

Чтобы зеркало из пленки было устойчиво при малой массе, нужно ему придать вращение вокруг оси параболы. Тогда, чтобы поддерживать форму зеркала, жестких элементов почти не понадобится, достаточно тонких высокопрочных нитей, соединяющих разные участки зеркала.

Конечно, можно было бы попробовать таким пленочным зеркалом и СВЧ собирать. Если зеркало будет размером 1 км, то сфокусировать СВЧ-луч до такого размера будет не очень сложно.

leon
>В севастьяновском 6-пусковом старте на орбиту Луны один пуск "Протона" тратится именно на это торможение...

Да, но там пилотируемая экспедиция, лететь надо быстро - а "экономичные" траектории, ЕМНИП, сильно увеличивают время перелёта.

foogoo
>Нет, наоборот, все на одной элептической орбите, с прецессией равной скорости вращения Луны. Т.е. цепочка всегда будет вытянута в сторону Луны

Ну и смысл? У буксира, разгоняющегося к Луне, орбита ведь постоянно "плывёт".
И, главное - уверен, что такая цепочка практически не уменьшит потерь, вот что самое поганое.

Victor Orlov
>Давайте попробуем придумать некую альтернативу. Самый лучший реактор - Солнце.

Поскольку уже исходный тезис ошибочен, дальше можно не продолжать

Fakir> foogoo
>>Нет, наоборот, все на одной элептической орбите, с прецессией равной скорости вращения Луны. Т.е. цепочка всегда будет вытянута в сторону Луны
Fakir> Ну и смысл? У буксира, разгоняющегося к Луне, орбита ведь постоянно "плывёт".
Fakir> И, главное - уверен, что такая цепочка практически не уменьшит потерь, вот что самое поганое.
Но галвный недостаток можно сильно уменьшить. Можно подобрать орбиту так, чтобы расстояние от реактора до аппарата на всей траектории разгона не было очень большим.

Что-то навскидку сомнительно... да и то - реакторов десятки вешать придётся...

Хотя... а чем шайтан не шутит! Если за десяток перигейных импульсов можно выдать всю ХС - то и впрямь для постоянно действующей транспортной системы может иметь смысл запустить даже десяток передающих станций - и в перигеях при сближении закачивать энергию на буксир.

Но это уже тогда не цепочка передатчиков, а N независимых излучателей, каждый отдельный излучатель обслуживает буксир только при сближении, при совпадении перигеев.

Вопрос в том, можно ли устроить такое созвездие, и каково минимальное кол-во станций-излучателей - т.е. задачка баллистическая.
Наверное, можно в принципе обойтись числом станций, равным числу разгонных импульсов.

Правда, системка получится уже заточенной только под Луну, использовать её, скажем, для выведения на ГСО будет трудновато.