Атомный ракетный двигатель

Всё ок. Ничего не нарушаете

С таким траффиком, как тут - можно обсуждать хоть проблемы влияния лунного света на рост телеграфных столбов.

Твое упоминание о Душкине и ГИРД-е "всплыло" из моей памяти музей ГДЛ в Питере. Там же стоит стендовой электроракетный двигатель - "испускающий с огромной скоростью элементарные частицы". Э, немножко не элементарные. Глушко делал в тридцатые.
Так что это мой ответ Валере (вопрос 05.05/12:31)- он, судя по профилю - питерец. Пусть сходит в музей ГДЛ, там есть и другие интересные вещи.
А в большой космонавтике используют ионные двигатели малой тяги.
Воистине, новое - это хорошо забытое старое.

Был я в том музее, только очень давно. а тот электрический движок, на самом деле - электроразрядный. Один контакт -камера, другой - угольный электрод внутри. Истекают продукты испарения этого электрода в момент разряда. Страшная вещь.

Да, разрядный. Там высоковольтовая аппаратура стояла.
Еще вспомнилось со студенчества.
У Глушко - странные заскоки в трудах. В 1986 читал его сов. секретную книгу, кажется, просто "Жидкостные ракетные двигатели" Издана где-то в 1948. Не понял только, что там секретного.
Так там черным по белому написано, что целесообразно в камеру кислородно-керосинового двигателя вводить в качестве топлива и ртуть (ок. 20% по массе), т. к. повышается эффективность движка. На мой вопрос преп. по внутр. баллистике ответил:
Ты что, два балла на экзамене захотел? Разве не читал вам, отчего зависит скорость истечения?
При этом я показал ссылку на книгу, он не поверил. После проверки преп. перед группой сначала раздолбал Глушко, но не очень убедительно - у преподавателя - формулы, а у Глушко Энергия как раз взлетела. Я с самого начала знал, что Глушко не прав, но интереснее же байки травить, чем температуру горения в камере считать. Группе - тоже. В конце концов преп. нас пригвоздил репликой:
Вы кому будете сдавать - мне или Глушко?
Еще заставил меня рассчитать все виды импульсов такого движка - объемный, массовой и т. д. Конечно, преимуществ перед кислородно-керосиновыми не имел. Разве что на Венере - там плотность атмосферы маленько побольше и на передний план выходит плотность топлива, а не импульс.

Не являюсь я поклонником талантов Валентина Петровича. И роль его в развитии РТ весьма спорна. Наворотил он мнго чего интересного. Умудрился даже фтороводородный мотор под Питером испытать. Всячески хоронил идею создания кислород-водородных моторов, использования твёрдого топлива. Зато активно внедрял "вонючую" пару АТ-НДМГ. Такие вот дела. Пока в НИИТП работал, была возможность и в архивах порыться и со стариками поговорить. Первым названием НИИТП было РНИИ.

Спорна, конечно. Хотя не знал я его лично, два раза только видел в том же музее ГДЛ. Рассказывали о таком и старики из ЛТИ. О Н-1 и отказе Глушко делать тяжелые движки...
А фтором - не он один грешен. Мои коллеги-пороховики, пожалуй, больше. Одно время сильно было в моде разрабатывать рецептуры на фторсодержащих окислителях. Следы этих работ сегодня похоже, только в книгах да в лекциях...
И на кладбищах.

Интересно. Я ни разу не слышал про твёрдые с фторосодержащими окислителями. Правда никогда и не пересекался я твердотопливщиками.

Я - пороховик. Работал в НИИ, а потом на серийном заводе в Болгарии, в Казанлыке - в общей сложности 12 лет. Закончил в 1988 году ленинградскую техноложку, чем и горжусь. Занимался проектированием зарядов и разработкой рецептур и технологии твердых топлив к РДТТ. Когда в Болгарии началась конверсия, был еще в НИИ. Занимался, чем попало, вкл. и спец. составами - активного дыма для противоградовых ракет, для авиационных пиропатронов , плазмообразующими топливами и т. д. Потом перешел на серийном заводе. Там налаживал производство зарядов для авиационных НУРС-ов.
Три месяца назад ушел с завода и сейчась - сисадмин небольшого предприятия. Такая автобиография.

Достойно уважения. Тогда уж и я похвастаюсь.
Закончил МАИ в 87-ом. Моторный факультет. Группа ЖРД/ЯРД. Далее НИИТепловыхПроцессов (Общемаш). Занимался космической энергетикой, машинным преобразованием. Далее НИКИЭТ (Средмаш. Менеджерил совместный с америкосами проект ЯРД (на Марс собирались). Под это дело угодил к таким же заморским деятелям. Там тусовался по ракетным и ядерным фирмам и лабораториям. С 95 года ничем таким больше не занимался. Но "руки помнят". Последнее время служил и служу в телекоммуникационных фирмах. Вот так

Со стандартным окислителем - перхлорат аммония - импульс смесевых топлив подошел давно к пределу. Как ты правильно заметил, борьба теперь за каждую единицу (в размерностях кгс.с/кг). Поэтому стали пробовать всякую экзотику. А экзотика была: и фторсодержащие окислители, и активные связки с фторсодержащими группами, и гетероциклы и т.п. Преимущества у фторсодержащих окислителей не окупались резким ухудшением технологических и эксплуатационных свойств. И они не пошли в серию. Были аварии в НИИ и на заводах. Военные не хотели (и с правом) брать на вооружение ракет с нестойкими зарядами. В общем, история, похожая на ЖРД с фторным окислителем.
А по поводу пилотируемых космических объектов на твердом топливе по моему это ошибка американцев. Представь себе детальки, массой в 50 тонн, со сложной конфигурацией канала, да еще вклеенными в обечайку двигателя, да еще и 10 штук сразу, да еще два таких движка. По бокам огромного бака с жидкими водородом и кислородом. Меня, пороховика, дрожь берет. Чаланджер тому подтверждением.
Достойно удивлением, что более сложная машина - ЖРД со своими ТНА, баками, клапанами и т.д. более надеждна, чем более простой РДТТ.

[Edited by varban (29-05-2000 at 09:07).]

Спасибо

ЯРД, как таковой, уже умер.
То что актуально сегодня, это по сути ионные или плазменные движки, разница не велика. Недавно вычитал, про один такой. Не помню точное название, так у него по оценкам эффективность (тяга на массу выхлопа или типа того) на порядок, если не на два, выше чем у ЯРД с прямым выхлопом. Причем возможно два режима, как их назвали low gear и high gear, в одном эффективность ниже, но тяга хорошая, в другом наоборот. А уж откуда брать энергию дело второе, от ядерного реактора или от водяной мельницы. Эта универсальность и хороша, добьются стабильного термояда, можно будет апгрейдить движки без проблем.

Термояд - вещь хорошая, конечно, но магниты, инжекторы, генераторы и лучевая защиты весом в сотни/тысячи тонн тоже вести с собой придется...

ЯРД не умер, он родился раньше времени.
Схемные прработки перспективных ЯРД ведутся в настоящее время и у нас и в штатах для разных целей.
Сравнивать его с электрореактивными двигателями совершенно неграмотно. Уровень тяги ЭРД - граммы; ЯРД - тонны и десятки тонн. У них совершенно разное назначение. Пилотируемый полёт на Марс без ЯРД нереален. А если уж говорить про совсем далёкую перспективу, то имеется газофазная схема ЯРД, где при уровне тяг сотни тонн, достигается удельный импульс до 20000 единиц.

Наиболее реальная альтернатива маршевым РД на химическом топливе с тягой 0.1 ... 100 тонн именно ЯРД. Но он еще не востребован... См. выше.

Так я и говорил про ЭГД (хотя он там проходил как ЯРД, только потому, что энергия должна браться от яд. реактора), который может давать хорошую тягу при определенном режиме (очень жаль, что забыл его название, очень меня удивили его ТТХ). Меньше, конечно, чем химические сейчас, но и много больше чем граммы на "обычных" ионниках. Если память не изменяет, порядка сотен кг. У многих это вызовет усмешку, но прогресс на лицо. Что касается альтернативы ЖРД для транспортировки грузов на орбиту, то здесь двигатели использующие яд. реакцию для разогрева рабочего вещества вообще отдыхают. Какие бы они не были эффективные, никто просто не позволит их применение. Возможен только вариант с использованием яд. реактора для выработки, скажем, эл-ва и использованием эл-ва для нагрева и ускорения раб. вещ-ва. Но это будет уже не ЯРД. Так что скорее уж откроют антигравитацию, чем станут использовать "мирный" атом.:)

Сотня кгс не может вызывать усмешку. Для маршевого РД это очень серьезная тяга. Для перелета с орбиты нужна не сама тяга, а суммарный импульс. Если тяга больше, время работы короче, если меньше - длиннее. Пока все хорошо.
Далее, удельный импульс должен быть высоким - по словам TheFreak (жаль, нет ссылки) и тут хорошо - на порядок выше, чем у ЯРД - придется тащить с собой меньше расходуемой массы. Прекрасно.
Дело остается за малым - откуда электроэнергию взять? Закон сохранения энергии в силе - даже если принять 100% кпд у электроракетного двигателя, то остается преобразование тепло-эл.энергия в самом реакторе. И тут начинается уже научная фантастика. Нет таких установок, кот. не потеряли бы большая часть тепла в реакторе. Самые эффективные в этом плане - крупные ЯЭС. И там теряется (по памяти) 90% тепла. И все, нет никакого выигрыша - преобразование энергии из тепловой в электрической все съело.
А у ЯРД всего этого нет. Ведь можно определить РД как устройство прямого преобразования тепловой в мех. энергии.

[Edited by varban (02-06-2000 at 20:25).]

[Edited by varban (03-06-2000 at 10:30).]

Недавно нашел в сети:
http://techreports.larc.nasa.gov/cgi-bin/NTRS
если сделать поиск: nuclear AND drive, можно узнать много интересного.
Вот например одна цитата:
TITLE: The PEGASUS drive: A nuclear electric propulsion system for the space
exploration initiative//----------------------------------------------------------------

Authors:
Coomes, Edmund P. (Pacific Northwest Lab.) Dagle, Jeffery E. (Pacific Northwest Lab.)//-----------------------------------------------

Published: Oct 01, 1990//---------------------------------------------------------------------

Corporate Source:
Pacific Northwest Lab. (Richland, WA, United States)//---------------------------------------------------

Abstract:
The advantages of using electric propulsion for propulsion are well-known in the aerospace community. The high specific impulse,
lower propellant requirements, and lower system mass make it a very attractive propulsion option for the Space Exploration Initiative
(SEI), especially for the transport of cargo. One such propulsion system is the PEGASUS Drive (Coomes et al., 1987). In its original
configuration, the PEGASUS Drive consisted of a 10-MWe power source coupled to a 6-MW magnetoplasmadynamic (MPD) thruster
system. The PEGASUS Drive propelled a manned vehicle to Mars and back in 601 days. By removing the crew and their associated
support systems from the spacecraft and by incorporating technology advances in reactor design and heat rejection systems, a second
generation PEGASUS Drive can be developed with an alpha less than two. Utilizing this propulsion system, a 400-MT cargo vehicle,
assembled and loaded in low Earth orbit (LEO), could deliver 262 MT of supplies and hardware to Mars 282 days after escaping Earth
orbit. Upon arrival at Mars the transport vehicle would place its cargo in the desired parking orbit around Mars and then proceed to
synchronous orbit above the desired landing site. Using a laser transmitter, PEGASUS would provide 2-MWe on the surface to operate
automated systems deployed earlier and then provide surface power to support crew activities after their arrival. The additional
supplies and hardware, coupled with the availability of megawatt levels of electric power on the Mars surface, would greatly enhance
and even expand the mission options being considered under SEI.-----------------------------

С уважением.

1. Не понял, почему использование ЯРД никто не разрешит, а ЯЭДУ разрешат.

2. Основная причина, почему для пилотируемого полёта не очень пригоден ЭРД в том, что даже с сотнекиллограммовыми уровнями тяги, ему потребуется большее время на перелёт, чем ЯРД с уровнем тяги - десятки тонн.

3. Время критично, т.к. живым людям придётся преодолевать радационные пояса.

4. Про преобразования тепла в электричество.
Трудно будет достичь к.п.д. больше 30%. 70 прОцентов придётся скидывать за борт, на прдлагаемых уровнях мощности (мегаватты)это весьма и весьма хитрая задача. Придётся везти с собой огромный по размерам и тяжёлый холодильник излучатель. Для ЯРД ХИз не нужен.

5. По хорошей традиции, могу дать ссылки на соотв.учебники.

Хорошо, попробую объяснить свою позицию.
В начале о терминологии. Я определяю ЯРД как РД, в котором происходит прямое преобразование энергии ядерной реакции в механическую энергию истекающего рабочего тела.
1. ЯРД никогда не допустят в земной атмосфере, как и на околоземной орбите, как и, скорее всего, на любой планете солнечной (и не только) системы, по экологическим причинам. По тем же самым причинам никто не использует первичный контур на АЭС для разгона турбин, хотя это подняло бы эффективность. По тем же самым причинам сдерживается использование яд. реакторов на орбите, особенно после памятного падения на Канаду.
2-4. Абсолютно во всем согласен. Но учитывая п.1, становится ясно почему проекты по Марсу до сих пор не перешли в практическую плоскость.
5. Для подобного обсуждения достаточно простого здравого смысла и знание школьного курса физики. А что касается сравнения разных типов РД, то на данный момент ЭРД являются ПРИНЦИПИАЛЬНО наиболее эффективными и наиболее обещающими, и это научный факт. Есть техническая проблема как ионизовать большее кол-во вещества за меньшее время и как эффективно управлять этой массивной плазмой. Дело за "малым" - найти инженерное решение. У меня сложилось впечатление, что именно в этом направлении сейчас сконцентрированы силы. Кстати, одним из вариантов могла бы быть кластеризация маломощных движков, скажем создание блока 100х100 движков каждый по 1Н тяги (100х100х1Н=10000Н=1т). Технически реализуемое решение, принимая во внимание уже развитую технологию маломощных движков + автоматизацию производства и при условии массовости производства. Это так, для примера.

В начале о терминологии. Я определяю ЯРД как РД, в котором происходит прямое преобразование энергии ядерной реакции в механическую энергию истекающего рабочего тела.

>> Прямого преобразования нет. Энергия ядерной реакции преобразуется в тепло, а тепло, в свою очередь в кинетическую (не механическую) энергию истекающего рабочего тела. Никакой новой терминологии придумывать не надо, она уже есть, годами сложившаяся в соответствующей отрасли.

Никто не говорит об использовании ЯРД-а в атмосфере (в конце 50-х, начале 60-х, были проекты баллистических ракет с ЯРД на первой ступени).

ЯРД не более опасен, чем ЯЭУ.

При использовании столь полюбившихся Вам ЭРД, источником энергии для них может быть только ядерный реактор. Так в чём же тогда их экологическое преимущество ?

Но учитывая п.1, становится ясно почему проекты по Марсу до сих пор не перешли в практическую плоскость.

>>> Работы были остановлены только по финансовым причинам. Я свидетель. Как у нас, так и в штатах.

Я видел проекты марсианских аппаратов с огромными полями ЭРД в конце 80-х.

Что касается наиболее эффективного двигателя. Из технически реализуемы в настоящее время, это газфазный ЯРД. Удельный импульс больше ЭРД, тяга сотни тонн.

Но чем хорош ЯРД - он есть. На его базе проектируются двухрежимные ЯЭДУ. Имеется испытательная база.

А идею больших ЭРД может похоронить проблема сброса тепла.

А учебниками зря пренебрегаете. Если бы всё было так просто, то не сидела бы куча народа, именно на оптимизации параметров ДУ и ЭУ для различных целевых задач.

Хаюшки Всем!!!

>Что касается наиболее эффективного
>двигателя. Из технически реализуемы в
>настоящее время, это газфазный ЯРД.
>Удельный импульс больше ЭРД, тяга сотни
>тонн.

А по подробнее о нем можно?
А то я с трудом себе представляю атомный реактор, в котором ядерное топливо находится в газовой фазе, и постоянно расходуется.
Это ж, сколько его за плет в космос уйдет?
А регулировка реактора и поддержание цепной реакции когда геометрия топлива постоянно меняется?

Можно и рассказать.
Тот ЯРД об котором мы тут дискутируем построен по твердофазной схеме. Тепло передаётся рабочему телу от твёрдх ТВЭЛов. Соответствнно температура рабочего тела не может быть выше температуры твёрдой теплопередающей стенки этого самого ТВЭЛа. И ограничена температурной стойкостью ТВЭЛа в водородной среде. На сегодняшний день это чуть больше 3000 кельвинов. При этом сердцевина ТВЭЛа пребывает в полурасплавленном состоянии.

Естественно желание поднять температуру. Например превратить ТВЭЛ в пучёк урановой плазмы, которая излучением передавала бы тепло рабочему телу. При этом всплыват куча проблемм, например, как нагреть излучением прозрачный газ или как удержать или хотя бы свести к миниму потери делящегося вещества. Кое-какие работы по этому делу влись, в плане изучения рабочих процессов на моделях. Водород можно "зачернить" например литием. Предложены разные схемы удержания: гидродинамическая, магнитная, комбинированная, при которой помимо магнитного поля плазма удерживается на расстоянии от стенок камеры вращающимся током рабочего тела.

Понятное дело давления и температуры при этом бешеные, что и объясняет уровни тяги более сотен тонн и удельного импльса 20000 с.

Есть ещё т.н. схема с колбой, где в кварцевом стакане создаётся кр.масса газообразного гексофторида урана, а обтекает эту колбу тот же зачернённый водород. Характеристики, естественно пониже.

Проблемм море, но все они решаемы при современном уровне техники, и работы такие велись.

Коллеги, я вас не понимаю. Что вы имеете ввиду, употребляя термин эффективность? А то я берусь разработать критерий эффективности, по кот. наиболее эффективен движок на дымном порохе:)
Diaia_Sidor, кто-ныть учитывал релятивисткие эффекты при расчетах параметров истечения? Для тех же ЭРД, они же ускорители.

Согласен с Вашим возраженим.
Термин эффективность может иметь место только применительно к конкретной задаче. Я так понял, что всё это время мы говорили о скорости истечения (удельном импульсе).
Про реллятивистские эффекты никогда не слышал, т.к. до скоростей соизмеримых со световыми здесь далеко.