NASA i partnerzy pracują nad napędem atomowym dla pojazdów kosmicznych

[KopalniaWiedzy.pl 357]

NASA i jej partnerzy pracują nad napędem atomowym dla pojazdów kosmicznych. Pomysł na atomowe silniki rakietowe pojawił się w latach 40. ubiegłego wieku. Jednak dopiero teraz dysponujemy technologiami, które czynią realną koncepcję międzyplanetarnej podróży napędzanej energią atomową.

Co bardzo ważne, pomysły nad którymi pracuje NASA, zakładają wykorzystanie silników o napędzie atomowym poza Ziemią. Pojazdy mają być wynoszone za pomocą silników na paliwo chemiczne i dopiero poza niską orbitą okołoziemską ma uruchamiać się silnik atomowy.

Głównym wyzwaniem było zawsze zaprojektowanie bezpiecznego i lekkiego silnika o napędzie atomowym. Nowe paliwa i reaktory to zapewniają. Nadzieje z nimi związane są na tyle duże, że NASA myśli nawet o misjach załogowych korzystających z energii rozpadu jąder atomowych. Napęd jądrowy bardzo się przyda, jeśli myślimy o podróży na Marsa i z powrotem w czasie krótszym niż dwa lata, mówi Jeff Sheehy, główny inżynier w Space Technology Mission Directorate. Głównym wyzwaniem jest tutaj dokonanie odpowiedniego postępu w dziedzinie paliwa, dodaje.

Paliwo takie musiałoby wytrzymać bardzo wysokie temperatury oraz warunki panujące w silniku. Dwie firmy, z którymi współpracuje NASA, zapewniają, że mają odpowiednie paliwo i reaktor.

Silniki atomowe mają wykorzystywać energię z rozpadu jąder atomowym do podgrzania ciekłego wodoru do temperatury 2430 stopni Celsjusza. To aż 8-krotnie więcej niż wynosi temperatura rdzenia reaktora w typowej elektrowni atomowej. Tak podgrzany wodór ma się rozszerzać i z olbrzymią prędkością wydobywać z dysz silnika. W ten sposób będzie powstawał 2-krotnie większy ciąg na jednostkę masy paliwa niż w przypadku obecnie stosowanych paliw chemicznych. To zaś pozwoli pojazdowi poruszać się szybciej i lecieć dłużej. Dodatkową zaletą wykorzystania silnika o napędzie atomowym byłby fakt, że po dotarciu na miejsce – na przykład na orbitę jednego z księżyców Saturna – reaktor może przełączyć się z trybu pracy napędu w tryb źródła energii i przez wiele lat zasilać instrumenty naukowe umożliwiając np. wysyłanie wysokiej jakości fotografii.

Uzyskanie odpowiedniego ciągu z silnika atomowego będzie wymagało użycia wysoce wzbogaconego paliwa. Paliwo takie, jak w elektrowniach atomowych, byłoby bezpieczniejsze w użyciu, jednak w warunkach wysokiej temperatury silnika oraz obecności wysoce reaktywnego wodoru, stałoby się kruche.

Firma Ultra Safe Nuclear Corp. Technologies (USNC-Tech), która współpracuje z NASA, informuje, że wzbogaca swój uran do poniżej 20%. To więcej niż w reaktorach atomowych, ale mniej niż w broni jądrowej. Jej paliwo to mikroskopijne pokryte ceramiką kapsułki uranu umieszczone na macierzy z węglika cyrkonu. Mikrokapsułki utrzymują w miejscu produkty uboczne reakcji, a jednocześnie pozwalają na uchodzenie ciepła.

Dość podobną konstrukcję proponuje firma BWX Technologies. Pracuje ona nad mikrokapsułkami ceramicznymi oraz eksperymentuje z paliwem zamkniętym w metalowej matrycy.

Główna różnica pomiędzy projektami obu przedsiębiorstw polega na wykorzystaniu różnych moderatorów. Zadaniem moderatora jest spowolnienie neutronów z rozpadu atomowego tak, by podtrzymywały one reakcję łańcuchową. BWX umieściło swoje bloki z paliwem pomiędzy wodorkami, natomiast w projekcie USNC-Tech wykorzystano beryl w roli moderatora.

Warto tutaj wspomnieć jeszcze o jednej propozycji. Naukowcy z Plasma Physics Laboratory na Princeton University wykorzystują eksperymentalny reaktor USNC-Tech podczas prac nad własną koncepcją napędu atomowego. Reaktor służy im do podgrzewania plazmy do temperatury powyżej miliona stopni Celsjusza.

Samuel Cohen z Princeton mówi, że jest jeszcze jeden sposób na małe bezpieczne silniki o napędzie atomowym: reaktory termojądrowe. Obecnie podczas prac nad nimi wykorzystuje się zwykle deuter i tryt. Jednak zespół Cohena pracuje nad reaktorem fuzyjnym korzystającym z deuteru i helu-3. Do reakcji dochodzi w plazmie o bardzo wysokiej temperaturze, dzięki czemu powstaje bardzo mało neutronów. Nie lubimy neutronów, gdyż mogą one zmienić materiały konstrukcyjne, jak stal, w coś na podobieństwo sera szwajcarskiego i spowodować, że staną się one radioaktywne, mówi Cohen. Co więcej koncepcja nad którą pracują w Princeton – Direct Fusion Drive – wymaga znacznie mniej paliwa niż standardowa fuzja, a samo urządzenie może być 1000-krotnie mniejsze niż standardowe.

Napęd wykorzystujący reakcję termojądrową może, przynajmniej teoretycznie, znacząco przewyższać napęd jądrowy. Dostarczy on bowiem aż 4-krotnie więcej energii. Jednak technologia reakcji termojądrowej wciąż jest słabo rozwinięta, a specjaliści muszą pokonać wiele przeszkód jak uzyskanie i utrzymanie plazmy oraz efektywna zamiana uzyskanej energii w ciąg. Dlatego też, jak przyznaje Cohen, technologia napędu termojądrowego raczej nie będzie gotowa do końca lat 30., do czasu startu proponowanej misji załogowej na Marsa.

Tymczasem USNC-Tech ma już niewielkie prototypy oparte na swoim paliwie. Jesteśmy na najlepszej drodze, by spełnić wymagania NASA i do roku 2027 zademonstrujemy gotowy do użycia system w skali 1:2, zapewnia Michael Eades dyrektor ds. inżynieryjnych USNC-Tech. Później firma ma zbudować gotowy do marsjańskiej misji system napędowy w pełnej skali.

« powrót do artykułu

[peceed 128]

3 godziny temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Jednak zespół Cohena pracuje nad reaktorem fuzyjnym korzystającym z atomu i helu-3

A bez atomu już się nie da?
 

 

3 godziny temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Silniki atomowe mają wykorzystywać energię z rozpadu jąder atomowym do podgrzania ciekłego wodoru do temperatury 2430 stopni Celsjusza. To aż 8-krotnie więcej niż wynosi temperatura rdzenia reaktora w typowej elektrowni atomowej. Tak podgrzany wodór ma się rozszerzać i z olbrzymią prędkością wydobywać z dysz silnika. W ten sposób będzie powstawał 2-krotnie większy ciąg na jednostkę masy paliwa niż w przypadku obecnie stosowanych paliw chemicznych.

Kiedy już jesteśmy w kosmosie, to ciąg jednostkowy przestaje się liczyć, zatem można wykorzystać bardziej skomplikowany w układ w którym podgrzewanie wodoru jest używane do generowania energii elektrycznej, a potem tę energię można wykorzystać do dogrzewania wodoru w dyszy i zwiększenia sprawności napędu.
Z tego pomysłu byłem kiedyś bardzo dumny, potem zaproponował go Zubrin.

Edytowane 27 grudnia 2020 przez peceed

[Jajcenty 314]

24 minuty temu, peceed napisał:

bardziej skomplikowany w układ w którym podgrzewanie wodoru jest używane do generowania energii elektrycznej, a potem tę energię można wykorzystać do dogrzewania wodoru w dyszy i zwiększenia sprawności napędu

Jak ten zysk powstaje? Wodór oziębia w procesie produkcji prądu do dogrzewania wodoru. Na pierwszy rzut oka widzę straty. No i może należy użyć czegoś gęstszego choćby azotu, ale rzeczywiście łatwiej zatankować wodór gdzieś po drugiej stronie Galaktyki.

[peceed 128]

1 minutę temu, Jajcenty napisał:

Wodór oziębia w procesie produkcji prądu do dogrzewania wodoru

Żaden problem - można go z powrotem dogrzać w reaktorze, energia rozszczepialna jest za darmo. Najlepiej wyobrazić sobie obieg zamknięty  (helowy) w którym gaz roboczy ogrzewa się reaktorem a chłodzi wodorem ze zbiornika poprzez wymiennik ciepła. Największym hiciorem jest spore ciepło parowania wodoru, można dzięki temu uzyskać wielokrotnie więcej energii niż przejmuje wodór po podgrzaniu (sprawność praktyczna co najmniej na poziomie 75%). To pozwali na co najmniej dwukrotne zwiększenie ISP.

12 minut temu, Jajcenty napisał:

No i może należy użyć czegoś gęstszego choćby azotu

Nie ma to sensu, bo wodór jest świetnym (najlepszym) pochłaniaczem neutronów, a do tego daje największe ISP po podgrzaniu do określonej temperatury (limitowanej konstrukcją reaktora a nie ilością dostępnej energii). Przy obiegu z dopalaniem elektrycznym też ma zalety.

[Mariusz Błoński 196]

1 godzinę temu, peceed napisał:

A bez atomu już się nie da?

Amerykanie dadzą radę napęd atomowy bez atomów zrobić. Tylko potrzymaj im burbona...

Dzięki.
Poprawione

[cyjanobakteria 119]

Przypomniało mi się, że kiedyś czytałem o rakietowym silniku atomowym o obiegu zamkniętym tak zwanej nuklearnej żarówce

https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_lightbulb

[Jajcenty 314]

12 godzin temu, peceed napisał:

Najlepiej wyobrazić sobie obieg zamknięty  (helowy) w którym gaz roboczy ogrzewa się reaktorem a chłodzi wodorem ze zbiornika poprzez wymiennik ciepła.

Nieograniczone są pokłady inżynierskiej pomysłowości.  Podobnym zaskoczeniem było dla mnie stwierdzenie, że perhydrol w V2 służył do napędu pompy paliwowej a nie jako utleniacz

Ale skoro mówimy o przestrzeni, to silnik jonowy ma większy impuls właściwy.

 

Edytowane 28 grudnia 2020 przez Jajcenty

[peceed 128]

4 godziny temu, Jajcenty napisał:

Ale skoro mówimy o przestrzeni, to silnik jonowy ma większy impuls właściwy.

Tak, ale silnik jonowy wymaga gigantycznych radiatorów do produkcji energii, albo wielkich baterii słonecznych. Dlatego nie nadaje się do manewrowania orbitalnego o rozsądnym czasie trwania (z załogą), a dopalanie elektryczne - tak.
Ten silnik może być rozumiany jako hybryda silnika jonowego z nuklearnym, o pośrednich właściwościach.
Do załogowych lotów międzyplanetarnych na pewno jest lepszy, isp na poziomie 1500-1800s jest zupełnie wystarczające, przyspieszenia rzędu 0.01-0.001g również. Silniki jonowe zapewniają stukrotnie gorsze przyspieszenia.

5 godzin temu, Astro napisał:

Miałem Cię Peceed za młodzika

Ja mam się za młodzika całe życie, jak to mówią - ciekawi świata wiecznie młodzi
Ok, w dzieciństwie czułem się jak starzec uwięziony w ciele dziecka

5 godzin temu, Jajcenty napisał:

Nieograniczone są pokłady inżynierskiej pomysłowości.  Podobnym zaskoczeniem było dla mnie stwierdzenie, że perhydrol w V2 służył do napędu pompy paliwowej a nie jako utleniacz

Dlaczego "nie jako utleniacz", przecież to nie są funkcje wykluczające się...

 

5 godzin temu, Astro napisał:

Na marginesie: Zubrin i wszystko jasne.

Tego akurat nie rozumiem, pomysł przyszedł mi w połowie dwutysięcznych.

[Jajcenty 314]

2 minuty temu, peceed napisał:

Dlaczego "nie jako utleniacz", przecież to nie są funkcje wykluczające się...

No wiesz, kiedy chemik słyszy nadtlenek wodoru i rakieta użyte razem w jednym zdaniu... Tymczasem w V2 wykorzystano katalizowaną reakcję rozkładu stężonego nadtlenku, produkuje to mnóstwo pary i tlenu. Zresztą tej reakcji używano do napędu pierwszych plecaków odrzutowych. Żadnego spalania, tylko rozkład, dla mnie to zaskakujące. 

[Qion 11]

19 hours ago, peceed said:

A bez atomu już się nie da?

W obliczu katastrofy klimatycznej jaką człowiek spowodował na Ziemi, program lotu człowieka na Marsa powinien zostać zablokowany do czasu opracowania napędów pojazdów nośnych nie wykorzystujących spalania chemicznego. Nad kompaktowym napędem fuzyjnym od kilku lat pracuje już Lockheed Martin:

Lockheed Martin Compact Fusion Reactor - Wikipedia

Kompaktowe silniki termojądrowe mogłyby zastąpić nie tylko silniki rakietowe, lecz także odrzutowe lub turbośmigłowe, gdzie komory spalania zostałyby zastąpione przez komory cieplne lub wymienniki ciepła, do których byłoby wdmuchiwane pod ciśnieniem powietrze z zewnątrz. Koncepcja samolotu z napędem jądrowym jest znana od lat 50. XX w.

Samoloty z napędem atomowym – niebezpieczne monstra - WP Tech

Pomysł rakiety napędzanej silnikiem jądrowym NERVA również narodził się w czasach zimnej wojny, a koncepcja przedstawiona w artykule stanowi tylko jego kontynuację:

NERVA - Wikipedia

Ze względu na ekologię i ekonomię zużycia energii oraz wodoru jako paliwa rakietowego największą przyszłość mają hybrydowe samoloty kosmiczne (odrzutowo-rakietowe) wykorzystujące siłę nośną podczas startu take jak np. brytyjski Skylon:

Skylon (pojazd) – Wikipedia, wolna encyklopedia

[cyjanobakteria 119]

Ładny przegląd technologii z Wikipedii, ale jest pewien szkopuł. Jeżeli kolega się orientuje tak w temacie, to wie, że eksperymenty nad fuzją trwają od prawie 90 lat i technologia ta jest, jak w popularnym dowcipie, 30 lat przed nami Mimo stopniowego postępu prac nierozsądnie jest prognozować cokolwiek w oparciu o to.

Inna sprawa czy lot załogowy na Marsa powinien mieć priorytet cz nie? Moim zdaniem priorytet powinna mieć automatyczne eksploracja układu słonecznego oraz instrumenty obserwacyjne, bo są tańsze i przynoszą większą wartość. Żmudna robota w astronomii nie pobudza tak wyobraźni, a na świecie jest kilku graczy no i każdy będzie chciał zatknąć flagę pierwszy w rdzawym regolicie  Wygląda na to, że będzie to USA i SpaceX.

Zamiast blokować i zakazywać lotu na Marsa można po prostu nakazać rozwiązanie problemów energetycznych ludzkości. Nie rozumiem dlaczego kolega jest tak negatywnie nastawiony

Edytowane 28 grudnia 2020 przez cyjanobakteria

[Jajcenty 314]

7 minut temu, cyjanobakteria napisał:

Zamiast blokować i zakazywać lotu na Marsa można po prostu nakazać rozwiązanie problemów energetycznych ludzkości.

Ale jak to nakazać!? Komu? Aaaa, to taka mała prowokacja? A ja, głupi, dałem się nabrać. 

[peceed 128]

3 godziny temu, Jajcenty napisał:

Żadnego spalania, tylko rozkład, dla mnie to zaskakujące. 

Rozkład to był przed turbiną napędzającą pompy. Dalej w komorze spalania paliło się w tym 75% etanol (pewnie chciano oszczędzać paliwa naftowe). 

2 godziny temu, Astro napisał:

Wszystko jeszcze przed Tobą.

Stan zdrowia wskazuje na coś przeciwnego.

2 godziny temu, Qion napisał:

W obliczu katastrofy klimatycznej jaką człowiek spowodował na Ziemi, program lotu człowieka na Marsa powinien zostać zablokowany do czasu opracowania napędów pojazdów nośnych nie wykorzystujących spalania chemicznego.

Przede wszystkim nie ma żadnej katastrofy klimatycznej, na Ziemi żyje się lepiej niż kiedykolwiek w ostatnim czasie.
Jedyne ryzyko to podwyższenie poziomu morza na co mamy wystarczająco wiele czasu na reakcję, ale jest to problem wyłącznie ekonomiczny dla człowieka.

1 godzinę temu, cyjanobakteria napisał:

i technologia ta jest, jak w popularnym dowcipie, 30 lat przed nami

To wielki postęp, bo przez ostatnie 50 lat była 50 lat przed nami.

 

[Jajcenty 314]

7 minut temu, peceed napisał:

Rozkład to był przed turbiną napędzającą pompy. Dalej w komorze spalania paliło się w tym 75% etanol (pewnie chciano oszczędzać paliwa naftowe).

No właśnie nie. Myślisz podobnie jak ja (i to może nie być komplement ), ale https://en.wikipedia.org/wiki/V-2_rocket :

The A-4 used a 75% ethanol/25% water mixture (B-Stoff) for fuel and liquid oxygen (LOX) (A-Stoff) for oxidizer.[25] The water reduced the flame temperature, acted as a coolant by turning to steam and augmented the thrust, tended to produce a smoother burn, and reduced thermal stress.[26]

Ponadto:

The fuel and oxidizer pumps were driven by a steam turbine, and the steam was produced by concentrated hydrogen peroxide (T-Stoff) with sodium permanganate (Z-Stoff) catalyst. 

Nie mam dokładnych planów V2, ale nie wydaje się by tłoczyli produkty rozkładu (tlen i parę) do komory spalania. Mogę tylko przypuszczać, że to byłoby już za dużo wody, lub za niskie ciśnienie spracowanej pary za turbiną.

14 minut temu, peceed napisał:

Przede wszystkim nie ma żadnej katastrofy klimatycznej, na Ziemi żyje się lepiej niż kiedykolwiek w ostatnim czasie.

Mów za siebie. Znana polska autorka książek kucharskich pisała "Weź suma wiślanego..." Był taki czas, że szedłeś na targ, a tam sum. Z Wisły. Codziennie. Świerzy. W latach 80 ubiegłego stulecia jadłem raki własnoręcznie złowione w jeziorze Łaśmiady, dzisiaj jedyne co tam można złapać to choroba skóry. Polska stała się trudna do mieszkania w ciągu mojego życia. Jeśli to nie jest katastrofą, to nie wiem co nią jest.

[peceed 128]

4 minuty temu, Jajcenty napisał:

The water reduced the flame temperature, acted as a coolant by turning to steam and augmented the thrust, tended to produce a smoother burn, and reduced thermal stress.

Czyli chyba chłodzili komorę silnika paliwem bez ryzyka osadzania się sadzy.

16 minut temu, Jajcenty napisał:

Nie mam dokładnych planów V2, ale nie wydaje się by tłoczyli produkty rozkładu (tlen i parę) do komory spalania. Mogę tylko przypuszczać, że to byłoby już za dużo wody, lub za niskie ciśnienie spracowanej pary za turbiną.

To miałoby sens wyłącznie przy zastosowaniu perhydrolu jako utleniacza przy silniku z zamkniętym cyklem. Swoją drogą, robiąc pociski rakietowe dla wojska właśnie tak wyglądałby mój silnik,  H2O2 i nafta - nie ma nic prostszego w konstrukcji i działaniu jeśli chodzi o proste paliwa rakietowe. Paliwo kriogeniczne w armii to sabotaż.

[Qion 11]

3 hours ago, peceed said:

Przede wszystkim nie ma żadnej katastrofy klimatycznej, na Ziemi żyje się lepiej niż kiedykolwiek w ostatnim czasie.
Jedyne ryzyko to podwyższenie poziomu morza na co mamy wystarczająco wiele czasu na reakcję, ale jest to problem wyłącznie ekonomiczny dla człowieka.

Bezpośrednie konsekwencje katastrofy klimatycznej spowodowanej przez człowieka to:

- wzrost ekstremalnych  temperatur;

- wzrost poziomu Wszechoceanu;

- wzrost temperatury mórz i oceanów, co skutkuje np. uwalnianiem się hydratów metanu, który znacznie bardziej wpływa na globalne ocieplenie niż CO2;

- wzrost poziomu opadów na niektórych obszarach oraz zanik opadów na innych obszarach np. Polska;

- gwałtowne topnienie lodowców;

- cofanie się obszaru wiecznej zmarzliny

 

Pośrednie konsekwencje globalnego ocieplenia, które dotyka człowieka oraz środowisko:

- wzrost sytuacji kryzysowych wywołanych przez brak wody i głód w szczególności w krajach rozwijających się;

- zagrożenie zdrowia I życia wywołane wzrostem temperatury powietrza, ekstremalnymi upałami, a także ogromnymi pożarami;

- pogłębianie się skali ekstremalnych zjawisk pogodowych, jak np. huragany, tornada.

- ekonomiczne skutki wywołane wyniszczeniem rolnictwa w niektórych krajach i konieczność emigracji dużych grup ludzkich do krajów dobrze rozwiniętych;

- zwiększenie populacji szkodników, poszerzanie się obszaru niektórych groźnych chorób i patogenów;

- utrata bioróżnorodności z powodu ograniczonych możliwości przystosowania się fauny i flory (gwałtowne wymieranie wielu gatunków głównie zwierząt, ale także fitoplanktonu wytwarzającego największą ilość tlenu na Ziemi);

- wzrost zakwaszenia oceanów spowodowane rozpuszczaniem się w wodzie nadmiaru CO2;

- konieczność znacznych przekształceń w wielu dziedzinach (np. rolnictwo, leśnictwo, energetyka, infrastruktura, turystyka itd.)

[Qion 11]

7 hours ago, cyjanobakteria said:

Jeżeli kolega się orientuje tak w temacie, to wie, że eksperymenty nad fuzją trwają od prawie 90 lat 

Prace nad kontrolowaną syntezą jądrową rozpoczęły się w latach 50. XX w. więc 90 lat to lekka przesada

7 hours ago, cyjanobakteria said:

Inna sprawa czy lot załogowy na Marsa powinien mieć priorytet cz nie? Moim zdaniem priorytet powinna mieć automatyczne eksploracja układu słonecznego oraz instrumenty obserwacyjne, bo są tańsze i przynoszą większą wartość. Żmudna robota w astronomii nie pobudza tak wyobraźni, a na świecie jest kilku graczy no i każdy będzie chciał zatknąć flagę pierwszy w rdzawym regolicie  Wygląda na to, że będzie to USA i SpaceX.

Wygląda na to, że rakiety wielokrotnego użytku prod. SpaceX to kolejny etap przejściowy jak wysłużone już promy kosmiczne. Elon Musk chwali się redukcją kosztów wynoszenia ładunków na orbitę do około 2720 USD/ kg, podczas gdy projektowany dla ESA samolot kosmiczny Skylon zejdzie z kosztami do około 1000 USD/ kg ładunku.

[peceed 128]

33 minuty temu, Qion napisał:

Elon Musk chwali się redukcją kosztów wynoszenia ładunków na orbitę do około 2720 USD/ kg, podczas gdy projektowany dla ESA samolot kosmiczny Skylon zejdzie z kosztami do około 1000 USD/ kg ładunku.

Schodzi już jakieś 40 lat (kiedyś to zwało się HOTOL) i zejść nie może :P
 

 

[cyjanobakteria 119]

1 hour ago, peceed said:

kiedyś to zwało się HOTOL

Ekipa Skylon dostaje +1 ekstra punkcik za to, że wymyślili nazwę, która nie ssie

 

2 hours ago, Qion said:

Prace nad kontrolowaną syntezą jądrową rozpoczęły się w latach 50. XX w. więc 90 lat to lekka przesada

Napisałem o eksperymentach z fuzją, które miały miejsce w latach 30. Prawda, że prace nad kontrolowaną fuzją rozpoczęły się na początku lat 50, co nie oznacza, że pierwsze zdanie jest fałszywe

 

2 hours ago, Qion said:

Wygląda na to, że rakiety wielokrotnego użytku prod. SpaceX to kolejny etap przejściowy jak wysłużone już promy kosmiczne. Elon Musk chwali się redukcją kosztów wynoszenia ładunków na orbitę do około 2720 USD/ kg, podczas gdy projektowany dla ESA samolot kosmiczny Skylon zejdzie z kosztami do około 1000 USD/ kg ładunku.

Witam w realnym świecie, gdzie większość, o ile nie wszystkie, technologie są przejściowe  Równanie dla rakiet jest bezlitosne, szczególnie przy stosowanym obecnie paliwie. Może jak ktoś ogarnie metaliczny wodór.

Jest potrzebne kilka rozwiązań, które mogą się uzupełniać. Nie chce mi się sprawdzać szacunków, ale koszt wystrzelenia 1kg wahadłowcem wynosił około 50k USD, więc cena SpaceX jest konkurencyjna, ale Skylon będzie już tylko trochę tańszy. Jakby mieli prototyp 10 lat temu, byli by w lepszej sytuacji, chociaż nie powiem, projekt wygląda ciekawie. Inna sprawa to parametry ładunku do wyniesienia, masa, gabaryty oraz możliwe do osiągnięcia orbity. Falcon Heavy oferuje możliwość wyniesienia 5x cięższego ładunku. Nie wspominając o tym, że Skylon przyda się tylko na Ziemi w przeciwieństwie do silników rakietowych.

[Qion 11]

7 hours ago, cyjanobakteria said:

Witam w realnym świecie, gdzie większość, o ile nie wszystkie, technologie są przejściowe  Równanie dla rakiet jest bezlitosne, szczególnie przy stosowanym obecnie paliwie. Może jak ktoś ogarnie metaliczny wodór.

Problem w tym, że rozwiązania przejściowe takie jak silniki cieplne spowodowały zmiany klimatu na Ziemi i raczej nie ma już czasu aby brnąć w kolejną nieekologiczną technologię. Rakiety nie wykorzystują naturalnej siły nośnej jaką generują skrzydła i kadłub samolotu, zabierają ze sobą ogrome ilości paliwa, utleniacza co dodatkowo pogarsza ich współczynnik spalania. Silnik rakietowy w samolocie Skylon włącza się dopiero w górnych warstwach atmosfery, gdzie brakuje już powietrza, ale także współczynnik oporu jest tam znacznie mniejszy niż na płycie startowej.

Skylon też jest przejściowy do czasu opracowania kompaktowego reaktora termojądrowego przez L-M , lecz bardziej sprzyjający środowisku niż rakiety SpaceX.

[cyjanobakteria 119]

2 hours ago, Qion said:

Problem w tym, że rozwiązania przejściowe takie jak silniki cieplne spowodowały zmiany klimatu na Ziemi i raczej nie ma już czasu aby brnąć w kolejną nieekologiczną technologię. Rakiety nie wykorzystują naturalnej siły nośnej jaką generują skrzydła i kadłub samolotu, zabierają ze sobą ogrome ilości paliwa, utleniacza co dodatkowo pogarsza ich współczynnik spalania.

SpaceX wystrzelił w 2018 21 rakiet Falcon 9, a w 2019 tylko 13. Jeden start rakiety to jest, według szybkiego researchu na necie, koszt przelotu 340 osób z Europy do USA. W zeszłym roku na forum gdzieś wspomniałem o koszcie zatankowania F9 i nie jest on wcale taki duży, jak się może wydawać. Więc nie strzępiłbym klawiatury z tego powodu. Oczywiście misja na Marsa czy Księżyc, czy każdy start Falcon Heavy, w tym wyniesienie samochodu na orbitę okołosłoneczną w 2018, zużywa więcej paliwa.

Źródło:
https://www.treehugger.com/spacex-launch-puts-out-much-co-flying-people-across-atlantic-4857958

 

2 hours ago, Qion said:

Silnik rakietowy w samolocie Skylon włącza się dopiero w górnych warstwach atmosfery, gdzie brakuje już powietrza

Zerknąłem wczoraj na diagramy przekrojowe pojazdu Skylon. Może komuś będzie się chciało policzyć ile faktycznie taniej w sensie paliwa kosztuje wyniesienie 1kg na LEO przez Skylon. Obstawiam, że to jakieś 10-15% maks. Największy koszt energetyczny to rozpędzenie pojazdu i paliwa do pierwszej prędkości kosmicznej. Oczywiście Skylon zabiera na pokład mniej utleniacza. Do jakiej wysokości będzie w stanie wysupłać tlen z powietrza atmosferycznego?

 

2 hours ago, Qion said:

Skylon też jest przejściowy do czasu opracowania kompaktowego reaktora termojądrowego przez L-M

Czyli do 2150

 

2 hours ago, Qion said:

lecz bardziej sprzyjający środowisku niż rakiety SpaceX

Loty kosmiczne są generalnie mało sprzyjające środowisku. Skylon to zacny projekt zwłaszcza, że powstaje w Europie. Szkopuł w tym, że prototypu na razie nie ma a inżynierowie zmagają się z opóźnieniami, które są spowodowane złożonością napędu.

 

Tu jest poglądowa grafika dla ciekawskich z wydajnością różnych rozwiązań napędu 

Edytowane 29 grudnia 2020 przez cyjanobakteria

[Qion 11]

12 hours ago, cyjanobakteria said:

 Inna sprawa to parametry ładunku do wyniesienia, masa, gabaryty oraz możliwe do osiągnięcia orbity. Falcon Heavy oferuje możliwość wyniesienia 5x cięższego ładunku. Nie wspominając o tym, że Skylon przyda się tylko na Ziemi w przeciwieństwie do silników rakietowych.

 

3 hours ago, cyjanobakteria said:

Zerknąłem wczoraj na diagramy przekrojowe pojazdu Skylon. Może komuś będzie się chciało policzyć ile faktycznie taniej w sensie paliwa kosztuje wyniesienie 1kg na LEO przez Skylon. Obstawiam, że to jakieś 10-15% maks. Największy koszt energetyczny to rozpędzenie pojazdu i paliwa do pierwszej prędkości kosmicznej. Oczywiście Skylon zabiera na pokład mniej utleniacza. Do jakiej wysokości będzie w stanie wysupłać tlen z powietrza atmosferycznego?

Z angielskiej Wiki wynika, że:

"(...) Skylon umożliwi wyniesienie 17 ton ładunku na niską orbitę równikową (LEO), do 11 ton na pokład ISS (prawie 45% więcej niż niż możliwości automatycznych kosmicznych pojazdów transportowych) oraz 7,3 tony na orbitę geostacjonarną (GTO), czyli 24% więcej niż SpaceX Falcon 9 wg danych z 2018 r.(...)"

„(…) Pojazd ma być zasilany wodorem. Będzie startował ze specjalne zaprojektowanego dla niego pasa startowego, a następnie rozpędzi się do prędkości 5,4 macha  na wysokości 26 km wykorzystując tlen z atmosfery po czym silnik zostanie przełączony w tryb rakietowy poprzez dostarczenie do komory spalania utleniacza pochodzącego ze zbiornika ciekłego tlenu co umożliwi wyniesienie go na orbitę. (…)” 

3 hours ago, cyjanobakteria said:

Czyli do 2150

Prace L-M posuwają się do przodu. Chociaż nie ma ściśle określonego terminu powstania końcowego modelu o nazwie TX, to wspomina się o połowie dekady 2020-2030:

Skunk Works' Exotic Fusion Reactor Program Moves Forward With Larger, More Powerful Design (thedrive.com)

L-M przedstawia całkiem inną koncepcję niż typowego tokamaka w formie toroidu.

MIT także ogłosił, że uruchomi kompaktowy reaktor fuzyjny w tym czasie:

https://www.livescience.com/nuclear-fusion-reactor-sparc-2025.html

[cyjanobakteria 119]

1 hour ago, Qion said:

Chociaż nie ma ściśle określonego terminu powstania końcowego modelu

Ciekawe dlaczego nie ma ściśle określonego terminu  Zawsze jednak warto wspomnieć, że dział sprzedaży niezobowiązująco wspomniał. Początkowo napisałem 2050, ale pomyślałem, że 2150 ładniej opisuje co o tym myślę, chociaż konkretne daty to oczywiście wróżenie z fusów. Dla przypomnienia, jak sam napisałeś, od 70 lat trwają prace nad stabilnym generatorem wielkości małej elektrowni pracującej w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. LM za to wspomina, że będą mieli wkrótce działający, kompaktowy generator, który może działać jako napęd rakietowy. Nie uwierzę, dopóki nie zobaczę.

Zdajesz sobie sprawę, że woda którą wstrzykują pod wielkim ciśnieniem podczas startu jest po to, aby wytłumić drgania, inaczej wszystko rozpadłoby się w 3.1415 zanim w ogóle oderwałoby się od ziemi  Niech to wystarczy za przybliżenie warunków w jakich pracują silniki rakietowe. Silniki w Skylonie też są pewnie wyśrubowane pod sufit, dlatego mają problemy techniczne i opóźnienia.

Edytowane 29 grudnia 2020 przez cyjanobakteria

[Qion 11]

1 hour ago, cyjanobakteria said:

Ciekawe dlaczego nie ma ściśle określonego terminu  Zawsze jednak warto wspomnieć, że dział sprzedaży niezobowiązująco wspomniał. Początkowo napisałem 2050, ale pomyślałem, że 2150 ładniej opisuje co o tym myślę, chociaż konkretne daty to oczywiście wróżenie z fusów. Dla przypomnienia, jak sam napisałeś, od 70 lat trwają prace nad stabilnym generatorem wielkości małej elektrowni pracującej w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. LM za to wspomina, że będą mieli wkrótce działający, kompaktowy generator, który może działać jako napęd rakietowy. Nie uwierzę, dopóki nie zobaczę.

Od 1956 roku trwają prace w reaktorach typu tokamak, lecz dopiero w 1986 odkryto tzw. nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe , czyli występujące w temperaturze ciekłego azotu:

Nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe (deltami.edu.pl)

Tematem kontrolowanej syntezy zainteresowałem się w latach 90. XX w. Dopiero wówczas powstawały możliwości jej przeprowadzenia dzięki nadprzewodnikowym elektromagnesom wykorzystywanym w pierwszych tokamakach nowej generacji. Na dobrą sprawę dopiero od około 30 lat powstały techniczne możliwości przeprowadzenia kontrolowanej syntezy jądrowej. Wiodącymi instytutami w tej dziedzinie były PPPL (Princeton Plasma Physics Propulsion Laboratory) w USA oraz CCFE (Culham Centre for Fusion Energy) koło Oxfordu w Anglii, gdzie powstał reaktor JET (Joint European Torus). Ten drugi instytut donosił jako pierwszy w mediach o przeprowadzeniu krótkotrwałej syntezy jądrowej kilkanaście lat temu. 

[cyjanobakteria 119]

1 hour ago, Qion said:

lecz dopiero w 1986 odkryto tzw. nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe

To już prawie 35 lat temu

W ITER planują dokonać skoku technologicznego z wydajności 0.67 do 10 lub większej. Przy czym nie planują odzyskiwać energii, a więc jeżeli zrealizują plan to w gwizdek pójdzie 500MW.

Będę kończył, bo nie chcę wyjść na hamulcowego, a widzę, że się interesujesz technologią i jesteś nakręcony, co nie jest złe samo w sobie. Prawie mnie przekonałeś, że fuzja jest tuż za rogiem. Jakbyś wspomniał o grafenie albo chociaż niebieskim laserze, to byłoby łatwiej

Taka ciekawostka jeszcze odnośnie LM. Kiedyś dostarczyli trochę sprzętu oraz softu dla próbnika Mars Climate Orbiter. Szkopuł tkwił w jednym z modułów, który operował na jankeskich jednostkach wbrew temu, co było napisane w dokumentacji  Reszta oprogramowania i sprzętu od NASA operowała na jednostkach standardowych SI. W wyniku czego sonda weszła na zbyt niską orbitę wokół Marsa  Orbiter dostał polecenie w jednostkach SI, ale wykonał w funtach, co stanowiło niecałą połowę potrzebnego ciągu.

Edytowane 29 grudnia 2020 przez cyjanobakteria