W 30 dni na Marsa i z powrotem?

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Wysłanie ludzi na Marsa, chociaż technicznie możliwe, wiąże się z ogromnymi kosztami i kolosalnym ryzykiem. Dość wspomnieć, że długotrwałe przebywanie w przestrzeni kosmicznej wiąże się np. z możliwością utraty wzroku czy masy kostnej. Obecnie NASA ocenia, że podróż na Czerwoną Planetę i z powrotem trwałaby ponad 4 lata, a sam koszt wystrzelenia pojzdu z ludźmi na pokładzie przekroczyłby 12 miliardów dolarów. To cena za wyniesienie olbrzymiej ilości paliwa koniecznego na zrealizowanie podróży. Współczesne paliwa rakietowe praktycznie uniemożliwiają wysłanie ludzi daleko poza Ziemię - mówi profesor aeronautyki i astronautyki John Slough z University of Washington. Dlatego też wraz ze swoim zespołem pracuje nad silnikiem wykorzystującym syntezę jądrową jako źródło energii.

 

Slough i jego grupa z firmy MSNW znaleźli się wśród niewielkiej liczby zespołów, które otrzymały dofinansowanie w ramach drugiego etapu prowadzonego przez NASA Innovative Advanced Concepts Program. Do pierwszego etapu zaakceptowano jedynie 15 z ponad 700 zgłoszonych projektów.

 

Grupa Slougha juz przygotowała symulacje i opublikowała dokument, w którym szacują, że jeśli wykorzystane zostaną silniki używające syntezy jądrowej, to dotarcie do Marsa mogłyby trwać 30-90 dni. A to oznacza, że byłyby tańsze i mniej ryzykowne.

 

Eksperci z MSNW przetestowali w laboratorium każdy element swojej koncepcji i testy wypadły korzystnie. Teraz trzeba będzie połączyć różne testy w jeden końcowy eksperyment i sprawdzić, jak działa cały proces.

 

W laboratorium MSNW powstała plazma, która jest zamknięta we własnym polu magnetycznym. Synteza termojądrowa rozpoczyna się, gdy plazma zostaje skompresowana pod wysokim ciśnieniem za pomocą pola magnetycznego. Jak już wspomniano, eksperymentalnie dowiedziono, że to możliwe. Silnik działający dzięki syntezie termojądrowej potrzebowałby niewielkich ilości paliwa. Paliwo o objętości niewielkiego ziarenka piasku dostarczyłoby wówczas tyle energii, co galon tradycyjnego paliwa.

 

Silnik, który miałby zasilać pojazd z ludźmi na pokładzie, miałby składać się z dużych metalowych pierścieni, które implodowałyby wokół plazmy pod wpływem potężnego pola magnetycznego. Wskutek implozji pierścienie tworzyłyby miniaturową kapsułę, w której plazma byłaby kompresowana. To rozpoczynałoby proces syntezy termojądrowej. Pozyskana w ten sposób energia byłaby na tyle duża, że doszłoby do szybkiego rozgrzania i jonizacji metalu, który byłby wyrzucany z olbrzymią prędkością z dysz silnika. Cały proces byłby powtarzany mniej więcej co minutę.

 

Cały proces udało się przeprowadzić doświadczalnie w uniwersyteckim Laboratorium Dynamiki Plazmy, a podczas wspomnianej konferencji uczestnikom pokazano aluminiowy pierścień. Myślę, że wszyscy byli zadowoleni widząc na własne oczy mechanizm, którego używamy do kompresji plazmy. Mamy nadzieję, że świat zainteresuje się faktem, iż wykorzystanie syntezy jądrowej nie jest odległe o 40 lat i nie musi to kosztować 2 miliardów dolarów - mówi Slough. Uczony ma nadzieję, że jeszcze przed jesienią bieżącego roku uda się połączyć wszystkie elementy i zaprezentować działający mechanizm.

 

Laboratorium, w którym prowadzone są eksperymenty, jest całe wypełnione kondensatorami. Zostały one podłączone do olbrzymiego magnesu, wewnątrz którego znajduje się komora, w której przeprowadzana jest synteza termojądrowa. Wystarczy nacisnąć przycisk, by kondensatory w mgnieniu oka dostarczyły prąd o natężeniu miliona amperów. Cała konstrukcja jest bardzo prosta. Wszystko, co umieszczasz w przestrzeni kosmicznej, musi działać w jak najprostszy sposób. Naszą technologię można skalować na coś użytecznego w kosmosie - mówi Slough.

 

Koncepcja Fusion Driven Rocket (FDR) zakłada kompresowanie pierścieni litu lub aluminium wokół deuterowo-trytowych kapsułek paliwowych. W wyniku powstałej reakcji masa napędzająca pojazd jest wyrzucana z prędkością 30 kilometrów na sekundę. Do rozpoczęcia reakcji potrzebne jest 200 kW energii elektrycznej. Tyle można pozyskać z paneli słonecznych wielkości tych używanych przez Międzynarodową Stację Kosmiczną. Przez pierwsze trzy dni po wystrzeleniu pojazd z silnikiem termojądrowym będzie przyspieszał, uzyskując w końcu prędkość przelotową. Ostatnie trzy dni podróży zostaną wykorzystane na hamowanie pojazdu.

 

Pojazd FDR ma ważyć 150 ton, z czego około 50 ton będzie można przeznaczyć na ładunek, czyli ludzi, żywność i wyposażenie.

Zespół Slougha twierdzi, że prototypowy FDR może powstać już za 18 miesięcy, a pojazd gotowy do podróży zobaczymy najpóźniej w 2020 roku. Jeśli jednak NASA zdecyduje się na przeznaczenie większych funduszy, prace mogą ulec przyspieszeniu.

[pogo 102]

Nasuwają mi się 2 pytania:

1. Czy odpalanie tego co minute nie spowoduje silnych przyspieszeń trwających kilka sekund, a potem minuty bez przyspieszenia? Czyli straszne szarpanie...

2. Czy nie można tego samego wykorzystać do produkcji energii elektrycznej na Ziemi?

 

Ciekawe jak wygląda koszt i sposób dostarczania paliwa do takiego "reaktora"

[absens 3]

Pewnie trzeba dorzucać łyżeczką .

[mcezar 1]

Praca palacza okrętowego stanie się znacznie lżejsza z łyżeczką zamiast szufli:)

[pogo 102]

Tylko jak przypadkiem sypnie łyżeczką z górką to może się okazać, że chwilowe przyspieszenie rzuci wszystkimi o ścianę

[antykwant 7]

Jakoś zniosę 3 dni szarpania

 

A odnosząc się do pytania czy nie można postawić takiego reaktora na ziemi do produkcji energii elektrycznej, odpowiadam: można.

[amperion 3]

Jeśli zastosuje my akumulator w postaci np sprężyny to nie będzie aż tak szarpało, z resztą nie wyobrażam sobie żeby to były wielkie siły, w 30 dni dolecielibyśmy przy pomocy silnika VASIMR który działa w ciągły sposób więc średni ciąg będzie nędzny, gorszy od rakiet chemicznych, ale za to jak długo to będzie działać :-) Z resztą jest kilka niejasności w artykule, ale niejasnością też nie grzeszy art. oryginalny.

Na przykład:

Paliwo o objętości niewielkiego ziarenka piasku dostarczyłoby wówczas tyle energii, co galon tradycyjnego paliwa.

Jakie to paliwo? Wodór i ciekły tlen, a może kserozyna, a może metan? Każde z tych paliw w silnikach o podobnych parametrach dały by różne specyficzne impulsy (s).

A ile galonów w czasie 1 sekundy zużywa silnik rakietowy? A tu mamy raz na minutę. Elektrownia musiałaby być znacznie wydajniejsza. Trzymajmy kciuki za ITER, oraz za tę technologię, która miałaby doprowadzać do fuzji w tym silniku, bo to jest inne podejście do tematu.

 

Silnik, który miałby zasilać pojazd z ludźmi na pokładzie, miałby składać się z dużych metalowych pierścieni, które implodowałyby wokół plazmy pod wpływem potężnego pola magnetycznego. Wskutek implozji pierścienie tworzyłyby miniaturową kapsułę, w której plazma byłaby kompresowana.

Jak metalowe pierścienie mogą implodować? Niech mi ktoś wyjaśni.

 

W laboratorium MSNW powstała plazma, która jest zamknięta we własnym polu magnetycznym. Synteza termojądrowa rozpoczyna się, gdy plazma zostaje skompresowana pod wysokim ciśnieniem za pomocą pola magnetycznego. Jak już wspomniano, eksperymentalnie dowiedziono, że to możliwe.

Tu mi śmierdzi perpetuum mobile. Jak coś co wytwarza pole magnetyczne może się zapaść tylko pod jego wpływem? Wydaje mi się, że to jest błąd.

 

Zapraszam do dołączenia do grupy na fejsie "Kosmiczna Społeczność" tam się wymieniamy rożnymi nowościami z branży.

[Mariusz Błoński 195]

Tu mi śmierdzi perpetuum mobile. Jak coś co wytwarza pole magnetyczne może się zapaść tylko pod jego wpływem?

 

Zwróć uwagę, że jest mowa o magnesach. Plazma otoczona jest własnym polem magnetyczym i są jeszcze magnesy. Do których prąd dostarczają baterie słoneczne.

[amperion 3]

Zwróć uwagę, że jest mowa o magnesach. Plazma otoczona jest własnym polem magnetyczym i są jeszcze magnesy. Do których prąd dostarczają baterie słoneczne.

 

Zgadza się, sformułowane jest to tylko w dziwny sposób, bo działania tego napędu się domyślam.

[lester 21]

Nie wiem jak to zatrudnić o produkcji prądu. To przerabia bezpośrednio energię uzyskaną z fuzji na energię kinetyczną, której do produkcji prądu chyba nie da się łatwo wykorzystać - prędkość wylotowa gazów 30 km/s, a do tego to jest plazma, która nie ma litości dla żadnego znanego nam materiału przy dłuższym kontakcie - to jeden z problemów, którego nie udało się jeszcze rozwiązać przy budowie ITER. I to pomimo izloacji plazmy bardzo silnymi polami elektromagnetycznymi.

Dalej. Implozja pierścieni. Szybko narastające pole magnetyczne może wzbudzić prąd w pierścieniu, ten pole elektromagnetyczne i dalej już jak w klasycznym silniku elektrycznym - przyciąganie, tyle że pola o kilka rzędów wielkości większe. Tak to rozumiem.

Szarpanie - brak tu szczegółowych informacji, ale wydaje mi się, że wspomniany metalowy pierścień nie może mieć jakiejś znaczącej masy w stosunku do całego statku (150 ton), więc nawet biorąc pod uwagę prędkość wylotową gazów, to przy dobrym wytłumieniu nie powinno być to bardziej dokuczliwe niż mieszkanie w pobliżu torów tramwajowych, a pewnie będzie znacząco ciszej.

[pogo 102]

Te pierścienie zdecydowanie nie mogą być zbyt masywne, bo jeśli dobrze rozumiem to są jednorazowe. Do każdej kolejnej implozji potrzebny jest nowy więc na 3 dni przyspieszania potrzeba ich 4320. taki cykl będzie powtarzany 4 razy (rozpędzanie, hamowanie, a potem drugi raz to samo na powrót), więc po doliczeniu sensownego zapasu to trzeba ich ze 20 000.

[mikroos 70]

prędkość wylotowa gazów 30 km/s, a do tego to jest plazma, która nie ma litości dla żadnego znanego nam materiału przy dłuższym kontakcie

A nie wystarczy ogrzewać ogromnego zbiornika z wodą albo przekazywać ciepła przez wymiennik np. do solanki albo roztopionego metalu? Przy odpowiednio dobranej objętości można by było doprowadzić X litrów wody do wrzenia i wykorzystać jej moc w klasycznej turbinie parowej, a system cyrkulacji cieczy wewnątrz naczynia wychładzałby na bieżąco jego ściany, żeby plazma ich nie przepaliła. Jako laik pytam: czy takie coś nie jest wykonalne?

[radar 104]

A nie wystarczy ogrzewać ogromnego zbiornika z wodą... czy takie coś nie jest wykonalne?

Pewnie jest, ale czy jest opłacalne? Sprawności procesów, mieszanie płynów, no i podstawowe pytanie: czy tam w ogóle jest jakikolwiek zysk energetyczny? Wydaje się, że nie, bo to nie PM. Sam napęd jest jednak bardzo korzystny w kosmosie, bo energii możemy mieć sporo (słońce, reaktor), a cały czas chodzi o masę paliwa potrzebnego na podróż, który trzeba wynieść na orbitę (koszty), a nie o zysk energetyczny procesu. Już lepiej przyjrzałbym się temu "niemożliwemu silnikowi", który próbują zrobić Chińczycy.

 

radar

[pogo 102]

Raczej nie chodzi o temperaturę tylko o reaktywność chemiczną.

Ale reaktory i tak działają na zmianę energii kinetycznej w elektryczna (obracające się turbiny), więc może da się ten silnik umieścić zwyczajnie tak aby od razu czymś kręcił.

 

A zysk energetyczny... z reakcji syntezy termojądrowej? powinien być raczej duży...

[thikim 119]

Z podgrzewaniem wody - owszem wykonalne wszędzie tam gdzie jest woda i energia.

Ale także bezsensowne. Po co?

Co nam da gorąca wodą? Parą w próżnię będą wystrzeliwać? Klasyczna turbina parowa? Pojazdy kosmiczne nie mają kół jak dawne pociągi.

Rozwiń może myśl bo nie zrozumiałem.

Można wyrzucić 1 kg materii aby uzyskać jakiś ciąg. Można też tym kilogramem materii napier... w wodę aby ją podgrzać i użyć do turbiny parowej która nam wyrzuci w przestrzeń kosmiczną 1 kg materii. Ale po co tak kombinować, zwiększać masę pojazdu i zmiejszać sprawność.

Na ile zrozumiałem pierścienie są tylko po to aby ścisnąć plazmę.

Zysk energetyczny z reakcji kontrolowanej syntezy termojądrowej jest właśnie bardzo mały. Dużo energii trzeba doprowadzić do jej wywołania.

[pogo 102]

thikim, gdzieś się pogubiłeś w tym o czym pisaliśmy.

Zdążyliśmy zmienić temat na: wykorzystanie tego typu silnika do produkcji energii elektrycznej na powierzchni Ziemi

Zysk energetyczny z reakcji kontrolowanej syntezy termojądrowej jest właśnie bardzo mały. Dużo energii trzeba doprowadzić do jej wywołania.

Teraz pewnie tak, ale czy przy większej skali przedsięwzięcia nadal tak będzie? Spalanie węgla aby podgrzać wodę, która z kolei napędzi turbiny również nie należy do specjalnie wydajnych jeśli doliczyć napędzenie taśmociągów z węglem i całej reszty potrzebnego sprzętu. Z tego co wiem to w małej skali to jeszcze byśmy dokładali energii elektrycznej aby to wszystko działało, ale elektrownie jakoś pracują.

[thikim 119]

Rzeczywiście nie doczytałem poprzednich postów, ale to nie zmienia fragmentu o plazmie wylatującej z prędkością 30 km/s. To jest typowe zastosowanie do pojazdu kosmicznego. Nigdzie indziej tego nie wykorzystacie, chyba że tracąc wydajność.

[radar 104]

Raczej nie chodzi o temperaturę tylko o reaktywność chemiczną. Ale reaktory i tak działają na zmianę energii kinetycznej w elektryczna (obracające się turbiny), więc może da się ten silnik umieścić zwyczajnie tak aby od razu czymś kręcił. A zysk energetyczny... z reakcji syntezy termojądrowej? powinien być raczej duży...

Ale czy to jest kontrolowana synteza termojadrowa? Nie, tj. bardzo krótkotrwała synteza termojadrowa. Takie wyniki, z użyciem laserów, oczywiście w skali piko czy nanosekund były już osiagane i tu nie chodzi o zysk energetyczny tylko o rozwinięcie koncenpcji silnika jonowego (mała masa paliwa). Cały czas chodzi tylko o skonstruowanie silnika, który przy małej masie paliwa da duży ciag (w kosmosie!). Rakieta chemiczna ma duża masę i duży ciag, silnik jonowy mała masę i mały ciag, a tutaj mamy mała mase i sredni ciag, ale nie dzięki zyskowi energetycznemu, a dzięki rozpędzeniu tego do b. dużych prędkości. Taki silnik na ziemi byłby masakrycznie niewydajny (tarcie i grawitacja), ale w kosmosie, gdzie tradycyjny, inercyjny silnik się nie sprawdza i musimy polegać na odrzucie jest "idealny" (cały czas czekam na Chińczyków;) )

 

P.S. z niewiadomych przyczyn znikęło mi a (a z ogonkiem ) z klawiatury?!?

[tommy2804 1]

No, to teraz wypadałoby w najbliższej przyszłości zademonstrować działający model w mniejszej skali i voila...