Термоядерный ракетный двигатель: как, зачем, почему и почем

Свобода перемещения по Солнечной системе начинается с свободы взлета с планеты. Иначе все это никому не нужно. Все тоже самое - но с большой тягой.
Чем Вам маленький на 300-500т Дедальчик наземного старта не нравится?
Он самодостаточен.
А движки малой тяги - это только часть системы. Смешно возить на термояде кислород/водород на Марс для взлета/посадки.

Коллеги, пожалуйста если можно про СВЧ подробно. А то так ничего путного в сети и ненашел. Потому что если 70 процентов энергии свистит неизвестно куда, то возвращать их в систему простым отражением- бред и безумство. СВЧ- оно как пластелин, можно "вылепить" что угодно- нагреть резонансно отдельные компоненты плазмы, Создать обжим, доразогнать струю итд. Ну дайте информацию, пожалуйста. А то тут проектик "в порядке бреда" вырисовывается. Берем описанный пробкотрон-амбал.Это будет УЖ. Берем Магнетрон, вернее его резонатор. Только большой по диаметру. Это будет ЕЖ. А теперь скрещиваем Ужа с Ежом. Пробкотрон занимает место катода в магнетроне. Вращающеся СВЧ поле сепарирует плазму по энергии, уже не будет максвелловского распределения. С другой стороны, СВЧ эффективно обжимает плазму- привет динамическому удержанию им Л. М. Горбунова (УФН 73), но нет перегрева плазмы, т.к процесс самосогласованный. Накачка СВЧ - как в обычном магнетроне, кинетической энергией разлетаюшихся с оси частиц, только не электронов, а ионов.Если я неошибаюсь, такую ловушку никто теоретически не считал. И если динамика электронов в магнетроне описанна хорошо, то динамика плазмы в такой системе- темный лес. Но надо-же с чего-то начинать.

>Как раз для z-pinch это не так
Причем тут z-pinch?

>Что за писсимистическое кряхтение из задних рядов? нуна 400км/сек? Загрузим не 5% топлива, а 10%
Нуна 400кмсек при большей тяге. Очевидной жертвой будет УИ и, боюсь, грузить придётся не 10%.

>Но это дело хлопотное и в принципе - никчемное.
Предложенный двигатель никчёмен во всем, что не касается межзвездных зондов.

Хе-хе... А критерий для стационарников близок по ДТ реакции или уже по Д+Не3?

КРИТЕРИЙ ЗАЖИГАНИЯ САМОПОДДЕРЖИВАЮЩЕЙСЯ ТЕРМОЯДЕРНОЙ РЕАКЦИИ В Z-ПИНЧАХ
В.В. Вихрев, В.Д. Королев
РНЦ Курчатовский институт, Москва, Россия e-mail: vikhrevnfi.kiae.ru
Проведен анализ перспектив Z-пинчевых разрядов для инициации нем зажигания самоподдерживающейся т.я. реакции. Установлено, что широко применяющийся в настоящее время критерий Лоусона нельзя применять для оценки зажигания в Z-пинчах. Критерий Лоусоном был выведен не для определения условий зажигания реакции синтеза, а для определения условий поддержания этой реакции. Условие же зажигания термоядерной реакции несколько отличается от условия самоподдерживания этой реакции.
Самоподдержание термоядерной реакции в какой либо системе осуществляется за счет передачи энергии реагирующим ядрам от заряженных продуктов реакции (например, передача ядрам дейтерия и трития от -частиц при D-T реакции). Поэтому для поддержания т.я. реакции необходимым условием является большая скорость передачи энергии между частицами за счет столкновений. Большая частота столкновений между частицами приводит к тому, что распределение ионов при термоядерном горении оказывается близким к тепловому распределению. Поэтому в условии т.я. горения можно использовать понятие температуры плазмы, а сам критерий самоподдерживающейся реакции можно сформулировать как условие достижения определенной температуры и достаточно большого параметра удержания плазмы.
В противоположность этому поджигающая плазма получает энергию непосредственно от источника зажигания. Например, в Z-пинчах ионы плазмы приобретают энергию в результате ускорения в электромагнитных полях пинча. Теплового распределения ионов в поджигающей плазме может и не быть. Это связано с тем, что частицы поджигающей плазмы приобретают энергию не за счет столкновений, а непосредственно от энергии электромагнитного поля. Анализ процессов в Z-пинче показывает, что высокоэнергичные ионы поджигающей плазмы не успевают релаксировать к максвелловскому распределению при зажигании волны термоядерного горения.
В результате ионы поджигающей плазмы в Z-пинче всегда будут иметь распределение, которое сильно отличается от теплового распределения. Критерий Лоусона (т.е. критерий самоддерживающейся реакции) написан в терминах nτ (параметр удержания) и температуры T. Критерий же зажигания в общем виде не может быть выражен в понятиях nτ и Т.
Критерий зажигания можно выразить через интенсивность ядерных реакций синтеза из единицы объема плазмы и полное количество ядерных реакций из этой плазмы. При достижении в Z-пинче нейтронного выхода на D-T реакции более 1.34•1015hI2, и интенсивности нейтронного излучения выше 1.3•1023I2 (h – длина области, излучающая нейтроны, в см, I – ток в МА), возможно наблюдение в DT смеси инициации волны термоядерного горения в Z-пинче.
Предложено использовать также «дейтериевый критерий» для оценки перспективности зажигания т.я. реакции в каком либо пинче [1]. Дейтериевый критерий гласит: если можно получить в Z-пинче на D-D реакции нейтронный выход более 1.67•1013hI2 и интенсивность нейтронного излучения при этом будет выше 1.6•1021I2 (h – длина области пинча, излуча-ющей нейтроны, в см, I – ток в МА), то на той же установке при использовании D-T смеси в плазме пинча должна образоваться самоподдерживающаяся волна термоядерного горения.(С)
Вот так... Критерий, говорят, ненастоящий!

>Ваши предложения? Есть другие варианты? Или просто - очень хочется?
Предложения по какому поводу? Использования данного двигателя? Я уже высказался. Межзвездный зонд или на свалку.

>Z-пинчи, инерционники и прочая орионоподобная хрень - абсолютно безперспективна:
Пока не предложено чего-то принципиально более перспективного. Это я про то, что описывается в первом сообщении.

>А для того, что бы лучше оценить степень "никчемности" нуна сравнить с тем, что есть сегодня
Сегодня есть возможность медленно слетать к любому телу Солнечной системы и покинуть её.

Чтобы выйти на приемлемую продолжительность полета, необходимы существенно более высокие скорости полета. Полет к Марсу продолжительностью 40 сут при минимальной полезной нагрузке потребует результирующего приращения скорости порядка 100 км/с. Чтобы масса корабля и затраты на экспедицию были приемлемыми, скорость выхлопной струи должна быть близкой к 50 км/с. Добиться этого посредством ЖРД не представляется возможным.
Ракетный двигатель, в котором используется энергия ядерной реакции, вряд ли можно отнести к разряду легко реализуемой альтернативы, несмотря на миллиарды долларов, вложенные NASA в такие проекты, как NERVA (Nuclear Energy for Rocket Vehicle Application). В рамках этого проекта разрабатывался ракетный двигатель с источником энергии в виде реактора с твердой активной зоной, в котором температура твердых стенок являлась фактором, ограничивающим удельную тягу двигателя (предельная скорость в выхлопной струе составит около 8 км/с). Использование источника энергии в виде реактора с газовой активной зоной, представляющей собой удерживаемую магнитным полем урановую плазму, позволит достичь более высоких значений скорости выхлопной струи, равной 20 км/с или даже выше. Однако ядерные реакторы создают такой высокий уровень радиоактивности, что масса системы защиты от нее становится ощутимой ценой применения таких двигателей. К числу еще более серьезных сдерживающих факторов следует отнести необходимость сборки реактора в космосе с помощью манипуляторов, чтобы избежать риска, связанного с транспортировкой собранной активной зоны через земную атмосферу.
В результате группа по исследованию новых схем двигательных систем начала рассматривать возможности применения термоядерного двигателя на космическом аппарате. Плотность выделения энергии при термоядерной реакции существенно выше, чем при реакции деления, а опасность радиоактивного поражения меньше. Теоретически такой двигатель позволяет достичь скорости в выхлопной струе порядка 200 км/с или даже более высокой, благодаря чему становится возможной трехмесячная экспедиция к Марсу. Однако технические трудности, связанные с организацией управляемой термоядерной реакции в условиях бортовой энергоустановки космического корабля, представляются весьма значительными.
Эти финансируемые NASA разработки схем перспективных двигательных установок находятся в тесной связи с исследованиями управляемой термоядерной реакции. В подобных исследованиях, как правило, предпочтение отдается комбинации дейтерий — тритий (Д — Т) в качестве горючего, что неизбежно приводит к большим потокам нейтронов, на которые приходится значительная часть полного энерговыделения. В этом отношении более перспективными для бортовой термоядерной энергоустановки представляются другие варианты термоядерного горючего, например, комбинации дейтерий — гелий-3 (D -Не3) и водород — бор-11, применение которых отличается относительно малым выходом нейтронов и значительной долей энергии, приходящейся на СВЧ-излучение. Источником такого излучения служат электроны, оказавшиеся в сильном магнитном поле внутри реактора.
Однако отказ от использования в качестве термоядерного горючего комбинации Д — Т чревато серьезными осложнениями, выражающимися прежде всего в необходимости достижения еще более высокой температуры для инициирования реакции ядерного синтеза. Низкий выход нейтронов при использовании таких видов термоядерного горючего позволяет уменьшить массу системы защиты, а интенсивное СВЧ-излучение, сопровождающее в этом случае термоядерную реакцию, может быть непосредственно преобразовано в кинетическую энергию рабочего тела без промежуточного преобразования в тепловую энергию.
Однако осуществление термоядерной реакции с помощью магнитного поля сопряжено со многими трудностями, которые еще предстоит преодолеть, прежде чем можно будет говорить о разработке бортовой термоядерной энергоустановки. Ученые из министерства энергетики уверены, что через несколько лет на экспериментальных термоядерных установках можно будет получить выход энергии, который превысит энергию, затраченную на инициирование реакции. Существующие экспериментальные установки, построенные по схеме "токомак" с тороидальным соленоидом (для создания магнитного поля), имеют слишком большую массу, чтобы можно было рассчитывать на применение подобных установок в условиях космоса. С другой стороны, обычная ориентация в этих экспериментах на горючее в виде Д — Т также лишает каких-либо перспектив ( применение подобных устройств в качестве бортовых установок из-за непомерно массивной защиты от облучения большими потоками нейтронов.
Другое разрабатываемое рядом исследователей направление связано со схемой так называемого инерционного удержания синтеза. Согласно этой схеме, таблетка термоядерного горючего нагревается лазерным лучом или пучком частиц, в результате чего происходит термоядерная реакция, подобная взрыву миниатюрной водородной бомбы. В одном из вариантов схемы, исследуемом совместными усилиями специалистов из Lawrence Livermore Lab. и Jet Propulsion Lab., инициирование взрыва осуществляется вне космического аппарата, при этом тяга создается в результате взаимодействия расширяющейся плазмы и наложенного на область за аппаратом магнитного поля. В этом варианте рассматривается применение в качестве термоядерного горючего Д — Т, однако 75% общего потока нейтронов минует космический аппарат, благодаря чему может быть снижена масса защиты. Согласно полученным оценкам, полная масса лазерных систем, теплоизлучателей, радиационной защиты составит около 1600 т, включая 100 т полезной нагрузки при полете на Марс. Если исходить из эффективной скорости рабочего тела 170 км/с, то потребуется порядка 4000 т горючего.
В ходе субсидируемых NASA предварительных исследований термоядерного двигателя не было выявлено каких-либо принципиальных трудностей, которые могли бы встать на пути его создания. Более того, исследования показали, что только с такой энергоустановкой, несмотря на все "сложности, которые будут сопровождать ее создание, можно будет осуществлять экспедиции к планетам Солнечной системы. Применение в качестве одного из компонентов термоядерного горючего Не3 осложняется трудностями его выработки, тогда как другие виды и компоненты термоядерного горючего вполне доступны. Основная задача состоит в разработке и создании конструкции термоядерного реактора относительно небольшой массы и размеров, в первую очередь использующего наиболее удобные для длительной эксплуатации виды горючего.
В этой схеме термоядерного взрывного двигателя VISTA используются два отражающих лазерные лучи фокусирующих зеркала. Коническая конструкция аппарата является несущей и одновременно используется для сброса тепла излучением в космос.

Да, ещё один момент, эта штука ещё и весит как десяток Кассини-Гюйгенсов.

>Больше на базе никто не живет.
Фиг. База прикрыта реакторными бланкетами. она ещё и халявного лектричества срубит с этого пролёта.

Посмотрим, что мы (извините, вы ) имеем на сегодня в области высокоимпульсных РД:
1. SMART считается сверхудачной миссией. ЭРД отработал 2643 часа за 268 включений дав приращение в 1930м/сек затратив всего 42 кг рабочего тела На выход из поясов ван Аллена РД потратил 24кг р.т. за 1500 часов работы.
Полет на Луну был совершен всего за 11,5% массы аппарата (Mнач-367кг)
Двигатель SNECMA PPS-1350-G (база СПД-100 ОКБ"Факел") имел Иу 16,4км/сек и тягу в 7гс - ускорение 1,87 мм/сек²
2.Марсианская экспедиция РКК "Энергия" -считается самым оптимальным проектом из существующих реалистичных.
Масса комплекса - 600 тонн
Тяга ЭРДУ суммарная - 300Н (30кг)
Ускорение - 0,5мм/сек²
Время миссии - 2года

И что?

Ник

>И что?
И всё. Я же говорю - всё уже есть. Сверхмалые параметры ускорения, сверхбольшие сроки миссий. Вы не предлагаете ничего нового. Впрочем вру - предлагается ситуацию усугубить до крайности, т.к. ко всем указанным радостям ещё и приложится обязательное требование свертяжелого носителя или многократных запусков с последующей сборкой на орбите.

ИМХО, ТТХ движка должны позволять транспортировку ПГ "от двери к двери", сиречь от поверхности планеты до поверхности. Одним аппаратом без ступеней.

Ну так предложенный ТЯРД этого сделать не позволяет.

Нам обещали: "хотелось написать этакий справочный обзор по ТЯРД"
ждем-с следующий вариант...

Да какие там варианты, когда сходу заявили, что описываемый вариант - лучший и вообщежритечтодают.

Позовите метрдотеля..
И воще, я требую продолжения банкета!