Вихревая модель Букреева
Профессор
Участник
Баланс:2616
 
Сообщения: 175
Регистрация: 26.10.2019

Космические корабли будущего

Профессор » 12.09.2021 12:24

+
5
-
Ракетные двигатели на химическом топливе близки к своему пределу – скорость выброса продуктов сгорания не превышает 5 км/сек, но обладая тягой в сотни тонн они еще долго будут незаменимы для преодоления земного притяжения.

Другой класс так называемых электроракетных двигателей предназначен для работы уже в космосе – их тяга мала, порядка килограмм-силы при 100 кВт потреблении. Их применяют для коррекции орбит или для доускорения спутников при полете к дальним планетам. Это ионные, холловские и другие плазменные двигатели.

Изображение

Скорость выброса вещества в них уже вырастает до десятков км/сек. Недостаток их в том, что в там происходит только однократное ускорение ионов вещества под действием электрического поля, либо выброс из-за сильного нагрева газа - СВЧ или путем пропускания его через атомный реактор, как в аванпроекте Роскосмоса и Росатома.

Работы, проводимые в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН, открывают дорогу новому классу электроракетных двигателей с постоянной тягой в десятки тонн.

Изображение
Схема электроракетного двигателя на космическом корабле с реактором-коллайдером

Физический принцип работы основан на законе Ампера об отталкивании/притяжении проводников с током.
Изображение

Для получения силы тяги один из проводников должен свободно выбрасываться в пространство (для выполнения закона сохранения импульса) и быть электрически нейтральным – т. е. надо организовать разряд в плазме (пробой в газе, пробой по поверхности диэлектрика, ее инжекция) как показано на рисунке

Изображение
Токи должны быть на уровне сотен килоампер (коэффициент в формуле - 10-7 ). Однако такая схема работает плохо - расстояние между токами быстро растет и сила падает и приобретаемый импульс будет маленьким, а электроды будут быстро разрушатся под действие тока.

В 50-годах прошлого века предложено использовать замкнутые витки с током в магнитном поле. Это уже безэлектродная схема
Изображение

Огромное преимущество такого витка - его можно ускорять в длинной структуре, последовательно включая многовитковые обмотки, расположенные по всей длине камеры ускорения. Фактически – это электромагнитная пушка Гаусса, показанная на рис. в которой роль снаряда выполняет виток с током.
Изображение

Пушка Гаусса
Изображение

Такая осесимметричная конфигурация витка с током называется компактным тором, или FRC (Field Reversed Configuration)

Изображение

При токе в замкнутом витке (торе) в плазме 100 кА и в многовитковых обмотках порядка M *килоампер* N витков с диаметром несколько метров сила будет достигать сотен килоньютон (десятки тонн). Это просто линейный электродвигатель, замкнутый ток в одной из его подвижных частей течет в плазме. В токамаках ток в таких «бубликах» достигает мегаампер!

Космический корабль массой несколько сотен тонн с ядерным реактором и такими двигателями сможет достигать Марса за неделю c постоянным ускорением/торможением 0.3 g (сила притяжения на Марсе 0.3 земной).

Изображение

При кажущейся простоте идеи, технически решить проблему получения витка с током в сотни килоампер оказалось очень сложно. Ученым из ФИАНа и Бауманского технического университета это удалось. Соответствующий патент был получен несколько лет назад.

Для проверки нового способа получения и ускорения компактных торов в ФИАНе была создана экспериментальная установка с энергозапасом до 200 кДж.

Скорость движения замкнутого витка с током выросла до десяти км/сек. И это на длине ускорения в десяток сантиметров, а это расстояние надо увеличивать до сотен метров, что бы достичь скорости выброса в тысячи км/сек (в один процент от скорости света).

При такой скорости необходима и быстрая коммутация энергии в обмотках, ведь при прохождении витка с током мимо обмотки, направление тока в последней должна меняться на противоположную. Сначала обмотка притягивает виток, потом – отталкивает. Это упрощенная схема, ускоряющие обмотки можно располагать и на центральном штоке, не показанном на рисунке.

В частотном режим (50-1000 Гц) коммутируемая мощность будет достигать мегаватного диапазона, что будет являться одной из трудно решаемых задач наряду с необходимостью использования сверхпроводников.

Понятие «специфический импульс» как отношение силы тяги к массовому расходу топлива в секунду, в электроракетных двигателях не отражает эффективность двигателей. Расход массы – миллиграммы в секунду. Важны скорость выброса вещества из ракеты .

Попытка провести эксперимент при атмосферном давлении не увенчались успехом. Тем не менее такой электрический ракетный двигатель начнет работать эффективно уже на высотах свыше 70 км, куда его будет доставлять одноступенчатая многоразовая ракета с жидкостным двигателем, типа Falcon . Взлет строго вертикально и возврат на место старта.

Дальнейшее ускорение для достижения 1-ой космической скорости может занимать больше времени чем сейчас, соответственно перегрузки будут меньше. Поскольку тяга двигателей будет больше веса корабля, то он вообще может висеть на одной высоте – и у реактора и у двигателя будет неограниченный режим работы.

Двигатели с общей тягой сотни тонн будет незаменимы в борьбе с астероидной опасностью - за месяцы работы двигателей его траекторию можно будет изменять.

Для энергоснабжения такого корабля необходим атомный реактор.


Термоядерный реактор-коллайдер

Для осуществления термоядерной реакции синтеза необходимо ускорить и столкнуть два компактных тора, то есть использовать ту же самую технологию. Изначально это и было главной целью наших экспериментов.

При одинаковом направлении тока торы будут притягиваться и остановятся в месте встречи с выделением всей запасенной кинетической энергии. В существующих коллайдерах заряженных частиц лишь незначительная часть энергии пучков выделяется в месте столкновения. Схема взаимодействия витков приведена ниже.

Изображение
Схема столкновения двух компактных торов с одинаково направленными токами

Изображение
Общий вид вакуумной камеры диаметром 500 мм и длиной 850 мм, в которой генерируются, ускоряются и сталкиваются компактные плазменные торы

Ток в компактных торах достигал несколько десятков килоампер. Tемпература плазмы в месте столкновения превысила несколько кэВ и длительность импульса мягкого рентгеновского излучения - около 1 микросекунды, т. е. на три порядка выше, чем в знаменитой Z-machine , где она 1-2 наносекунды, при 20 МДж запасаемой энергии.

Такая длительность уже сравнима со временем абляции заряда в термоядерной бомбе (нагрев путем сжатия мягким рентгеновским излучением).

Выделяемые при реакции синтеза быстрые нейтроны можно направлять на природный Уран-238 для осуществления его распада с выделением дополнительной энергии (либо на «дожигание» радиоактивных отходов). Будет еще один реактор ПИК

Изображение

Описанная схема также интересна и для осуществления безнейтронной бор-протонной реакции синтеза P + B 11 с выделением трех заряженных альфа частиц, энергию которых можно попытаться напрямую преобразовать в электрическую.

Американским частным компаниям Tri Alpha Energy (tae.com , объем освоенного финансирования с 1998 г.- 500 млн. долларов, включая 50 млн. от Роснано) , и Helion Energy (helionenergy.com ) этого не удалось достичь. С сооснователем TAE Norman Rostoker я встречался в 1998 году, имея только начальную идею. В настоящее время TAE перешла к магнитному удержанию плазмы в FRC

Изображение

Два десятка частных компаний, ведущие исследования по термоядерному синтезу, объединены во Fusion Industry Association. Россия участвует в создании термоядерного реактора ИТЭР через «частную» компанию Росатома - Проектный Центр ИТЭР ( iterrf . ru )

Институт ТРИНИТИ (г. Троицк) уже получил от правительства России 2.6 млрд руб. на реконструкцию двух своих зданий под электроракетные двигатели).
А где калининградский КБ Факел, Центр Келдыша? Именно там всегда занимались электроракетными двигателями. Хорошо бы для экспериментов по термоядерному синтезу привлечь Роскосмос и частный капитал.

России нет в Mission innovation (http://mission-innovation.net – 24 страны мира, с целью перехода на «чистую» энергию). Хорошо бы создать свою международную коллаборацию для продолжения работ с привлечением Национальных космических и атомных агенств, частных компаний – S 7, SpaceX, Blue Origin , Virgin Galactic и других.
Следующую сотню лет человечеству есть чем заняться.

https://zen.yandex.ru/media/id/5f01784c ... 17aa50d067
Поделиться:

Аватара пользователя
MoonBear
Участник
Баланс:5726
 
Сообщения: 345
Регистрация: 02.06.2020

Re: Космические корабли будущего

MoonBear » 19.09.2021 21:54

+
5
-
Никто не спорит, что управляемый термоядерный синтез это путь к получению "чистой", дешевой энергии, почти в неограниченных количествах. Причем, никто не спорит уже 70 лет, в течение которых идут интенсивные исследования в этом направлении. Только, можно заметить, объемы выделяемого финансирования совершенно не оказывают существенного влияния на результат.

Несколько возникших препятствий при создании сколько-нибудь рабочих прототипов, носят физический характер и связаны не с технологией, а со свойствами материалов и поведением плазмы. Самые оптимистические прогнозы, говорят о возможных успехах в этом направлении лишь лет через 30. Если ретроспективно взглянуть в 50-ые годы прошлого века, то приблизительно такой же срок ученые того поколения, занятые разработкой, определяли для начала промышленной эксплуатации термоядерных реакторов.

Возникает несколько вопросов, от конспирологических, до меркантильных. Так, согласно теории заговора, крупные транснациональные компании из сферы традиционной энергетики, совершенно не заинтересованы в наличии легкодоступного и дешевого аналога топлива. Откровенно занимаются ИБД (имитация бурной деятельности), действуя по принципу, если не можешь победить - возглавь, что они с успехом и делают, не позволяя совершить технологический прорыв.

С другой стороны, исследования этой тематики традиционно потребляют гигантские финансовые потоки, как государственные, так и частные. Инновационность и строительство уникальных аппаратов и реакторов, открывают широкие ворота бесконтрольности расходования средств, выступая отличными "прачечными". К примеру, Международный экспериментальный термоядерный реактор со стоимостью проекта $6,5 миллиардов. Да и работающие ученые этой сферы, многие уже в третьем поколении, всегда обеспечены зарплатами, званиями и прочими благами.

Либо, действительно, все упирается в физику и невозможность на этом этапе развития технологий, создать работающий прототип. Приходится признать - начиная с 30-40-ых годов прошлого века, ничего принципиального в этом направлении создано не было и проблема ушла в фазу затяжного плато. Что не исключает наличия теневых моментов и финансовых фокусов.

Во всяком случае, это самый большой технологический долгострой в истории человечества, кроме поиска философского камня, который был решен после появления ядерной физики. Возможно и здесь, требуется знание еще неких условий, влияющих на процесс синтеза. Например, эфир, как среда и его свойства, но тема табуирована и не рассматривается.

Аватара пользователя
Director
Эксперт
Баланс:13872
 
Сообщения: 706
Регистрация: 20.06.2018

Re: Космические корабли будущего

Director » 21.09.2021 11:13

+
7
-
MoonBear писал(а):
19.09.2021 21:54
Никто не спорит, что управляемый термоядерный синтез это путь к получению "чистой", дешевой энергии, почти в неограниченных количествах. Причем, никто не спорит уже 70 лет, в течение которых идут интенсивные исследования в этом направлении. Только, можно заметить, объемы выделяемого финансирования совершенно не оказывают существенного влияния на результат.
...
Возникает несколько вопросов, от конспирологических, до меркантильных.
Совершенно верно.
Человечество (разные государства) выделяет огромные ресурсы (деньги, материалы, люди), а ожидаемого (декларированного) результата всё нет и нет.

Неизбежно возникает вопрос: а в чем собственно проблема?
Давайте рассмотрим варианты ответа и выберем наиболее достоверный.

Вариант 1. "Конспирологический"
...крупные транснациональные компании из сферы традиционной энергетики, совершенно не заинтересованы в наличии легкодоступного и дешевого аналога топлива.
Таки да, ТНК в сфере традиционной энергетики действительно не хотят потерять свой доход.

В своё время конезаводчики и производители телег, карет и прочего сопутствующего товара были разорены после появления автомобильной промышленности. Правда, в те времена не было ТНК, а сильные мира хотели кататься на модных самодвижущихся экипажах.
[некие силы: ТНК, правители, какие-то еще заинтересованные лица] Откровенно занимаются ИБД (имитация бурной деятельности), действуя по принципу, если не можешь победить - возглавь, что они с успехом и делают, не позволяя совершить технологический прорыв.
... исследования этой тематики традиционно потребляют гигантские финансовые потоки, как государственные, так и частные.
Совершенно верно. Гигантские научные проекты получают огромную поддержку от сильных мира сего [ТНК, правители, кто-то еще].

Почему эта поддержка не прекращается, несмотря на очевидный провал в достижении декларированного результата?

Значит достигаются какие-то иные (недекларируемые, скрытые, конспирологические) результаты.
Инновационность и строительство уникальных аппаратов и реакторов, открывают широкие ворота бесконтрольности расходования средств, выступая отличными "прачечными".

К примеру, Международный экспериментальный термоядерный реактор со стоимостью проекта $6,5 миллиардов. Да и работающие ученые этой сферы, многие уже в третьем поколении, всегда обеспечены зарплатами, званиями и прочими благами.
Действительно, четко видны конкретные лица, заинтересованные в продолжении банкета:
1) ученые и правительственные чиновники, курирующие науку.
2) задействованные в проектах строители и промышленники, а также правительственные чиновники, курирующие проекты.
3) добавим до кучи журналистов и владельцев СМИ, которые наживаются на продаже медийного контента.
4) владельцы ТНК в сфере традиционной энергетики, и правительственные чиновники, курирующие энергетические отрасли.

И всё? Никого не забыли?
А финансисты тут вообще не причем?


Вариант 2. "Естественно-научный"
Либо ... все упирается в физику и невозможность на этом этапе развития технологий, создать работающий прототип....
Возможно и здесь, требуется знание еще неких условий, влияющих на процесс синтеза. Например, эфир, как среда и его свойства, но ...
Действительно, возможно, что не хватает каких-то научных знаний, возможно в сфере изучения эфира, но...
..тема табуирована и не рассматривается.
А собственно почему тема табирована?
Кем именно эта тема табуирована?
Кто конкретно эти заинтересованные лица?

Давайте с этой точки зрения посмотрим на вышеизложенный в "конспирологическом" варианте список заинтересованных лиц.

1) ученые и правительственные чиновники, курирующие науку?
- скорее нет, чем да. Запрет на научное изучение каких-либо тем лишь сокращает кормовую базу этих лиц.

2) задействованные в проектах строители и промышленники, а также правительственные чиновники, курирующие проекты?
- аналогично, скорее нет, чем да. Запрет на научное изучение каких-либо тем с последующим строительством новых объектов лишь сокращает кормовую базу этих лиц.

3) журналисты и владельцы СМИ, которые наживаются на продаже медийного контента?
- аналогично, скорее нет, чем да. Запрет на научное изучение каких-либо тем лишь сокращает кормовую базу этих лиц.

4) владельцы ТНК в сфере традиционной энергетики, и правительственные чиновники, курирующие энергетические отрасли?
- эти лица действительно не хотят появления новых энергетических технологий.

А финансисты? Нужны ли им новые энергетические технологии?
Может еще каким-то людям не нужны новые научные знания и технологии?

Мы точно не знаем.
А многие и знать не хотят. Потому что не хотят, чтобы их обзывали конспирологами.

Хотя вот на этом, рассмотренном нами примере термоядерной технологии, мы видим, что "естественно-научный" вариант объяснения затяжной неудачи плавно и логически перешел в "конспирологический" вариант.

newfiz
Участник
Баланс:264
 
Сообщения: 20
Регистрация: 06.04.2021

Re: Космические корабли будущего

newfiz » 21.09.2021 13:20

+
5
-
MoonBear , Director - поддерживаю!

"Раз в пять лет нам божатся, что, лет через пять, мировые энергетические
проблемы будут решены. Надо лишь подождать, когда специалисты
научатся контролировать синтез сверхлёгких ядер. Опыт, приобретённый
на ускорителях, ничему этих специалистов не научил. Источник огромной
энергии нуклонов, которая требуется для преодоления кулоновского
отталкивания, они усматривают в огромной температуре – в десятки
миллионов градусов. Ну, и греют плазму. Вот ужо в ней термоядерная
реакция пойдёт…
А с чего эти дяденьки взяли, что термоядерные реакции бывают в Природе?
Говорят, что именно они являются источником энергии Солнца? Врут!
Исходниками этих реакций должны быть нуклоны, а продуктами –
сверхлёгкие ядра. Но, смотрите: к Солнцу падают атомы и ионы, а
вылетают из Солнца – нуклоны и электроны! В Солнце происходит не
синтез ядер, а, наоборот, их тотальный развал [Г1]! Как?! – говорят ещё,
что термоядерные реакции происходят при взрыве водородной бомбы?
Опять врут! Водородная бомба – это атомная бомба, дополненная
контейнерами с лёгкими элементами. Когда начинается ядерный ба-бах,
ядра этих лёгких элементов выдают дополнительные нейтроны, отчего
ядерный взрыв получается гораздо эффективнее. В первых атомных
бомбах «взрывалось» всего 1.5% от тяжёлых ядер боезаряда, а в первых
водородных бомбах – несколько десятков процентов [ВЕБ4]. Только и
всего. Никаких термоядерных реакций там не было. Т.н. «термоядерный
взрыв» - это просто ядерный взрыв с повышенной эффективностью [ВЕБ4].
Да и потом: чтобы понять, что управляемый термоядерный синтез – это
утопия, не нужно греть вещество до десятков миллионов градусов. Вот
простейшая реакция синтеза лёгких ядер – соединение протона с
нейтроном. Им, для соединения в стабильный продукт, не требуется
преодолевать кулоновское отталкивание – и эта реакция, с выделением
немалой энергии, шла бы при комнатной температуре. Но академики
не смогут объяснить вам, дети, почему эта реакция у них не идёт [Г1].
Зачем же они строят термоядерные реакторы, которые заведомо не будут
работать? Вот говорят, что если учёный не сможет за пять минут
объяснить ребёнку, чем он занимается, то он – шарлатан. Это – тот
самый случай."
Это - из "Стратегической ошибки современной физики", http://newfiz.info/mis-esse.htm

И ещё: извините, уважаемый Профессор - смотрю-смотрю на Ваши посты...
Вы можете что-нибудь говорить от себя?
Или можете только копипастить, не отвечая за чужие слова?

Аватара пользователя
Director
Эксперт
Баланс:13872
 
Сообщения: 706
Регистрация: 20.06.2018

Re: Космические корабли будущего

Director » 22.09.2021 10:07

+
7
-
newfiz писал(а):
21.09.2021 13:20
...А с чего эти дяденьки [официальные ученые] взяли, что термоядерные реакции бывают в Природе?
Говорят, что именно они являются источником энергии Солнца? Врут!

Исходниками этих реакций должны быть нуклоны, а продуктами – сверхлёгкие ядра. Но, смотрите: к Солнцу падают атомы и ионы, а вылетают из Солнца – нуклоны и электроны! В Солнце происходит не синтез ядер, а, наоборот, их тотальный развал [Г1]!

...чтобы понять, что управляемый термоядерный синтез – это утопия, не нужно греть вещество до десятков миллионов градусов.
Вот простейшая реакция синтеза лёгких ядер – соединение протона с нейтроном. Им, для соединения в стабильный продукт, не требуется преодолевать кулоновское отталкивание – и эта реакция, с выделением немалой энергии, шла бы при комнатной температуре.

Но академики не смогут объяснить ... почему эта реакция у них не идёт [Г1].

(из "Стратегической ошибки современной физики", http://newfiz.info/mis-esse.htm)
Я, к сожалению, плохо разбираюсь в ядерной физике (протонах, нейтронах, электронах, нуклонах и прочих субатомных частицах).

Я, честно говоря, до сих пор не понимаю физической сути объединения атомов в молекулы.
Например, я не могу понять каким образом ядовитый хлор, объединившись с мягким металлом натрием, становиться обычной поваренной солью, которая необходима живым организмам. Ведь если поваренная соль, будучи внутри организма, вдруг разъединится, то организму придется бороться с ядовитым газом хлором и как-то выводить наружу ненужный металл натрий.

Официальные ученые конечно снисходительно расскажут мне, что мол атом хлора не нанесет вреда организму потому, что
- либо не возникнет (молекулы поваренной соли никогда не разрушатся на атомы),
- либо (если таки возникнет), то сразу же вступит в какую-нибудь "энергетически-выгодную" химическую реакцию с образованием новой молекулы безвредной для организма.

Что ответят официальные ученые на предложение продемонстрировать способность их собственного организма по усвоению хлора в чистом виде, мне, наверное, не нужно никому рассказывать.

В общем, я не могу высказать свои соображения касательно аргументов коллеги newfiz про термоядерные реакция, электроны и нуклоны.

Но вот соображения коллеги newfiz касательно причин сложившейся ситуации в науке физике и в деле создания новых источников энергии, я бы внимательно выслушал.

Только ли в тупости и апломбе дяденек из официальной науки заключаются причины вышеуказанной ситуации?

Может имеются еще какие-то дяденьки, контролирующие ситуацию в науке физике и в деле создания новых источников энергии?
И если имеются, то кто они и в чем их интерес?

newfiz
Участник
Баланс:264
 
Сообщения: 20
Регистрация: 06.04.2021

Re: Космические корабли будущего

newfiz » 23.09.2021 09:45

+
0
-
Уважаемый Director,
"термояд" - это синтез ядер из нуклонов, а синтез молекул из атомов -
это совсем другое. Ядерные-атомные структуры существуют благодаря
структуро-образующим алгоритмам, с которыми учёные работать не умеют.
А образование молекул пущено на самотёк (или, в живых организмах -
на специальное управление из биософта).
Атом хлора - один из самых химически активных, и газообразный хлор -
это не атомы, а молекулы Cl2. Да, он ядовит. Яды отличаются от мусора
тем, что вызывают рефлекторные отклики в организме.
Натрий в организме нужен - он участвует в работе ионных насосов
на нервных каналах. Поваренная соль в организме как-то расщепляется,
натрий используется по назначению, а хлор моментально с чем-нибудь
связывается и, если не нужен - выводится.
"соображения коллеги newfiz касательно причин сложившейся ситуации
в науке физике" подробно изложены в той же "Стратегической ошибке
современной физики". Науку подключили к важному делу эффективного
управления большими массами людей. Теперь ей чихать на то -
правильны ли её представления о мироздании, или неправильны.
Платят и жалуют за другое.
Тема "управляемого термоядерного синтеза" - это одна из множества
тем в технической физике, где изначально была дурилочка. Почти всё,
что сейчас на слуху - это просто распиловка огромных денег с заведомо
нулевым полезным выходом.
А время новых источников энергии, похоже, пока не пришло.

Аватара пользователя
Director
Эксперт
Баланс:13872
 
Сообщения: 706
Регистрация: 20.06.2018

Re: Космические корабли будущего

Director » 26.09.2021 16:38

+
5
-
newfiz писал(а):
23.09.2021 09:45
Науку подключили к важному делу эффективного управления большими массами людей. Теперь ей чихать на то - правильны ли её представления о мироздании, или неправильны.
Платят и жалуют за другое.

Тема "управляемого термоядерного синтеза" - это одна из множества тем в технической физике, где изначально была дурилочка. Почти всё, что сейчас на слуху - это просто распиловка огромных денег с заведомо нулевым полезным выходом.
Полностью согласен.

А время новых источников энергии, похоже, пока не пришло.
Хотелось бы знать мнение newfiz и других коллег:
1. Когда придет время новых источников энергии?

2. От чего или от кого зависит время этого прихода?

3. Если допустить существование надфизического уровня реальности, который действует согласно программ созданных Программистами, то надо ли нам здесь, на физическом уровне реальности, как-то сильно напрягаться в поиске новых источников энергии?
Может нам лучше терпеливо подождать покуда время придет и/или Программисты запустят соответствующие программы?

newfiz
Участник
Баланс:264
 
Сообщения: 20
Регистрация: 06.04.2021

Re: Космические корабли будущего

newfiz » 27.09.2021 09:20

+
5
-
Director,
"надо ли нам здесь, на физическом уровне реальности, как-то сильно
напрягаться в поиске новых источников энергии?
Может нам лучше терпеливо подождать...?"

- А долго ждать?
- Если ждать, то долго.

Боги за нас ничего делать не будут. Боги только ПОМОГАЮТ
тем, кто ДЕЛАЕТ что-то правильное.

Ответить
   ПОМОЩЬ по форуму!