Ядерные Ракетные Двигатели, классические и перспективные концепции |
Здравствуйте, гость ( Вход | Регистрация )
Ядерные Ракетные Двигатели, классические и перспективные концепции |
16.6.2013, 19:50
Сообщение
#1
|
|
Опытный Группа: Haunters Сообщений: 120 Регистрация: 31.10.2012 Из: Moscow Пользователь №: 33 701 |
Каким должен быть ядерный ракетный двигатель ближайших десятилетий?
Можно ли стартовать на нём с Земли? Возможен ли ЯРД внешнего горения, с газообразной активной зоной и скоростью истечения 100 км/сек при тяге достаточной для взлёта с Земли? В РД-0410 применялся гетерогенный реактор на тепловых нейтронах, замедлителем служил гидрид циркония, отражатели нейтронов из бериллия, ядерное топливо — материал на основе карбидов урана и вольфрама, обогащение по изотопу U235 около 80 %. Получилось: Тяга в пустоте — 3,59 тс (35,2 кН) Тепловая мощность реактора — 196 МВт Удельный импульс тяги в пустоте — 910 кгс·с/кг (8927 м/с) Число включений — 10 Ресурс работы — 1 час Компоненты топлива: рабочее тело — жидкий водород, вспомогательное вещество — гептан Масса с радиационной защитой — 2 тонны Габариты двигателя: высота 3.5 м, диаметр 1.6 м Ресурс реактора соответствует расходованию 15 тонн водорода, тяга двигателя для взлёта с Земли с таким запасом - недостаточная. За время работы реактора образуются лишь 10 грамм осколков деления, пятитысячная часть от массы U235 в двигателе. Поэтому несмотря на конечную скорость ракеты, до 18 км/сек c таким двигателем, серийные ЯРД должны иметь более эффективное использование делящегося материала, обеспечивать выгорание уровня 10%. Тонкие ТВЭЛы, нужные для высокой удельной мощности реактора, должны иметь высокую химическую стойкость в потоке горячего водорода. Интересно отметить бытующее мнение о невозможности стартовать с Земли на ЯРД, основанное в частности на постулате о негерметичности ТВЭЛов ЯРД. В первые минуты полёта осколки деления ещё не наработаны, поэтому старт из пустынной местности, с трассой разгона над океаном, потенциально возможный вариант. Это означает возможность выводить на орбиту одной тяжёлой ракетой не десятки-сотню, а тысячу тонн груза. В связи с разработкой "марсианских" ЯРД представляет интерес обсудить идеи, которые могут быть положены в основу конструкции ЯРД. Сообщение отредактировал Denis_Hliustin - 16.6.2013, 20:00 |
|
|
16.6.2013, 20:35
Сообщение
#2
|
|
Ветеран форума Группа: Patrons Сообщений: 1 530 Регистрация: 17.3.2011 Из: Russia, Moscow Пользователь №: 32 515 |
Цитата и скоростью истечения 100 км/сек при тяге достаточной для взлёта с Земли? тут был деятель про безопасную аэс, это к нему в палату. Цитата на конечную скорость ракеты, до 18 км/сек c таким двигателем какую-такую ракету? какая-такая скорость без начальных условий и полезной нагрузки?У ракетных двигателей есть параметр УИ и отношения тяги к собственной массе. Лучше оставиться с ними. Марс тоже непонятно к чему и отчего. В общем, от поста крайний негатив. Для уровня московского богомольца текст. Температуру водорода при скорости истечения 100км/с сами посчитаем? и потребная температура ТВЭЛов для такой температуры водорода. ракеты-носитель на ЯРД не будет, даже если удасться создать двигатель достаточной тяги (что фантазии). Причина в возможности аварии и падении аппарата на Землю. Как высокоорбитальный разгонник может быть полезен. Желательно многоразовый. Для 100км/с рассматривались варианты ЯРД с газообразной активной зоной и расходом урана или что там будет горючим в рабочее тело. Твердотопливные ЯРД с такой скоростью истечения никто предлагать не пытался - возможно тогда рассчитывали на другой уровень слушателей. Но смысла в затратах на разработку таких вещей нет, при наличии уже работающих ионников. И да, я предполагаю, что ветка сведется к пропаганде транспорта навоза на другие планеты. -------------------- Спор - это когда обе стороны пытаются сказать последнее слово первыми
|
|
|
16.6.2013, 22:22
Сообщение
#3
|
|
Опытный Группа: Haunters Сообщений: 120 Регистрация: 31.10.2012 Из: Moscow Пользователь №: 33 701 |
какую-такую ракету? какая-такая скорость без начальных условий и полезной нагрузки? Цифра по скорости однозначно связана с имеющимися в задаче данными. Там указан ресурс двигателя 1 час (3600 секунд), из F=U*(dm/dt) находим секундный расход 4 кг/сек. Запас водорода 15 тонн и при лёгких баках, поскольку масса двигателя 2 тонны, без полезной нагрузки максимальная скорость V = U*ln(17/2) = 19 км/сек. У ракетных двигателей есть параметр УИ и отношения тяги к собственной массе. Лучше оставиться с ними. Марс тоже непонятно к чему и отчего. Удельный импульс измеряется в секундах, точнее в (кг*сек/кг). Численно его надо домножить на "g" /на десятку/, получится скорость истечения в метрах в секунду. Теперь относительно Марса. Одноступенчатая ракета на ЯРД конкурирует с многоступенчатой на химических топливах. В этом сравнении ЯРД легче всего выигрывают в марсианском пилотируемом полёте: приемлемы малые ускорения, нужны высокие конечные скорости и многотонный груз. Есть и ещё один аспект. Период обращения Марса вокруг Солнца 687 суток, Земли 365 суток, разница угловых скоростей 0.46 угловых градуса в сутки. На химических топливах используется самая энергетически экономная трасса. При эквивалентной скорости старта 11.35 км/сек лететь до Марса 8 месяцев, высокое облучение экипажа в лёгком корабле. Сразу после прилёта стартовать обратно на Землю невозможно: в исходной точке Земли уже не будет, она по другую сторону от Солнца. Расстояние не 55 миллионов километров, как при "Великом противостоянии Марса", а до 370 миллионов км /сумма больших полуосей орбит/. Если же ЯРД разгонит космический корабль до 20 км/сек, время полёта 1 месяц в каждую сторону. Открывается возможность слетать туда-обратно за три - пять месяцев, в том числе два месяца на дорогу и один-три месяца пребывание на Марсе. При обратном старте Земля ещё будет находиться на нужной стороне орбиты, доза радиации набранная экипажем в полёте такой длительности уменьшится до приемлемого уровня даже в лёгком космическом аппарате без эффективной радиационной защиты. Температуру водорода при скорости истечения 100км/с сами посчитаем? и потребная температура ТВЭЛов для такой температуры водорода. Для 100км/с рассматривались варианты ЯРД с газообразной активной зоной и расходом урана или что там будет горючим в рабочее тело. Твердотопливные ЯРД с такой скоростью истечения никто предлагать не пытался - возможно тогда рассчитывали на другой уровень слушателей. В названии темы отражены перспективные концепции. В том числе с газообразной (плазменной) активной зоной. Автор известной публикации на эту тему - наш бывший соотечественник (вероятно не в первом поколении): Robert Zubrin «Nuclear Salt Water Rockets: High Thrust at 10,000 sec ISP», Journal of the British Interplanetary Society 44, 371—376 (1991) принцип выноса зоны реакции из корпуса двигателя позволяет снять ограничение температурных режимов реактора, и достигать значительно больших температур и давлений. Так, по некоторым расчетам, при эффективности выгорания ядерного топлива 0.8, скорость истечения рабочего тела для такого ЯРД составит 66000 м/с, удельный импульс 6730 секунд, мощность двигателя — 427 ГВт, тяга 12,7 меганьютон, тяговооруженность = 40, масса двигателя 33 тонны. Уникальной характеристикой ЯРД Зубрина является также сочетание высокого значения удельного импульса и большой общей тяги (развиваемое ускорение может составить несколько g). Никакая другая схема ракетного двигателя, известная на настоящее время, не обладает такой характеристикой. К недостаткам конструкции можно отнести расточительный расход ядерного топлива, высокие требования к конструкционным материалам сопла, высокорадиоактивный факел двигателя и сложность управления реактором. Советские разработки газофазных ЯРД освещены здесь: http://engine.aviaport.ru/issues/05/page41.html Сообщение отредактировал Denis_Hliustin - 16.6.2013, 22:30 |
|
|
Текстовая версия | Сейчас: 25.9.2024, 18:17 |