Autor Wątek: Napędy do statków kosmicznych nieco bardziej odleglej przyszłosci - koncepcje  (Przeczytany 86404 razy)

0 użytkowników i 2 Gości przegląda ten wątek.

Offline Romek63

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 1020
  • 62-gi ROK EKSPLORACJI KOSMOSU
    • Nauka - Trek.pl
Widzę że w temacie Napędy i silniki zamieszczane są informacje dotyczące wyłącznie już istniejących technologii lub będących już na wyższym etapie zaawansowania. Niestety na ich podstawie nie da się zbudować napędu który pozwoliłby konstruować pojazdy kosmiczne zdolne dotrzeć do gwiazd i innych układów planetarnych - choćby tych najbliższych. Dlatego też myślę, że warto nieco po spekulować nad możliwościami skonstruowania napędów umożliwiających osiąganie znacznie większych prędkości, to znaczy umożliwiających loty automatycznych sond do gwiazd, a także loty załogowe do księżyców odległych planet Układu Słonecznego, a może także i do najbliższych gwiazd. A więc na początek może trochę historycznych informacji o amerykańskim programie budowy silnika jądrowego do napędu rakiet czyli o projekcie NERVA (ang. Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application)

http://pl.wikipedia.org/wiki/NERVA
http://en.wikipedia.org/wiki/NERVA
http://www.astronautix.com/engines/nerva.htm
http://florydziak.blogspot.com/2013/05/silnik-nerva-xe.html
http://florydziak.blogspot.com/2013/04/troche-o-atomowym-napedzie-rakietowym.html

Jak działa "expander cycle"


W ramach tego projektu przetestowano kilka silników:



Jeden z projektantów pomiędzy dwoma atomowymi silnikami rakietowymi



The Director of the Los Alamos National Laboratory, Norris Bradbury (left) in front of the Kiwi B4-A reactor


A tu filmik z testów silnika:
<a href="http://www.youtube.com/watch?v=GmxPRCyR-Co" target="_blank">http://www.youtube.com/watch?v=GmxPRCyR-Co</a>
https://www.youtube.com/watch?v=N15KmQthbKE

Co bardzo ciekawe silnik Peewee był pierwszym silnikiem, który NASA uznała za "nadający się do użycia" - udało się rozwiązać problemy związane z niszczeniem struktury reaktora. W czasie testów tego silnika (o mocy 500 MW) udowodniono że można go bezpiecznie używać przez okres czasu niezbędny do podróży na Marsa.


A teraz skok do czasów współczesnych i kilka cytatów z artykułu umieszczonego na portalu Odkrywcy.pl mając nadzieję na uzyskanie interesujących komentarzy  :)

http://odkrywcy.pl/kat,111402,title,Na-Marsa-w-39-dni-a-nawet-krocej,wid,14386894,wiadomosc.html?smg4sticaid=6eb8b
Cytuj
28 marca 2012 Denis Kowalewicz, dyrektor wykonawczy klastra technologii jądrowych „Skołkowo”, przedstawił projekt stworzenia statku przeznaczonego do długotrwałych misji kosmicznych, np. wypraw na Marsa, który będzie posiadał napęd jądrowy.

W roku 2010 rząd rosyjski przeznaczył 500 milionów rubli (16,7 milionów dolarów) na rozpoczęcie projektu budowy statku kosmicznego z silnikiem nuklearnym. Koszt całego projektu do 2019 roku szacuje się na 17 mld rubli (ponad 580 milionów dolarów). Wtedy to ma być już gotowy cały statek kosmiczny, włącznie z silnikami nuklearnymi.

Jak przewidują specjaliści, silniki atomowe pozwoliłyby dotrzeć na Marsa i powrócić na Ziemię w 42 dni.

Oprócz Amerykanów i Rosjan pomysł zbudowania pojazdu kosmicznego z silnikami nuklearnymi ogłosiło jeszcze w latach 70-tych Brytyjskie Towarzystwo Międzyplanetarne. Projekt Dedal (ang. Project Daedalus) przewidywał dotarcie do gwiazdy Barnarda przed upływem 50 lat od startu. Wymagałoby to podróżowania z prędkością około 12 procent prędkości światła i użycia silników nuklearnych.
30 września 2009 roku Brytyjskie Towarzystwo Międzyplanetarne rozpoczęło pięcioletnie studium na Projektem Ikar (ang. Project Icarus), który rozwija i kontynuuje zagadnienia z Projektu Dedal.

Bardzo możliwe, że nad nuklearnymi silnikami rakietowymi pracują także Chińczycy i Hindusi.

W grudniu 2006 roku doktor Young Bae z Bae Institute zaprezentował urządzenie nazwane Laserowy Napęd Fotonowy (PLT - Photonic Laser Thruster). Do niedawna silniki fotonowe istniały jedynie na kartach powieści science fiction, a być może już niedługo będą napędzać statki kosmiczne.

Doktor Bae wykorzystał laser i skomplikowany system, który służył do wzmocnienia strumienia fotonów aż 3000 razy. W ten sposób udowodnił, że energia fotonów mogłaby napędzać statki kosmiczne.
Naukowcy oceniają, że pojazd wyposażony w silnik fotonowy, dotarłby na Marsa w ciągu tygodnia. Być może w przyszłości udałoby się przyspieszyć go do znacznie większych prędkości, a nawet zbliżyć się do prędkości światła.

System PLT został po raz pierwszy pokazany w grudniu 2005 roku. Od tamtej pory kolejne demonstracje dowiodły, że rzeczywiście działa. Badaniami Bae Institute zainteresowały się NASA i AFRL (The Air Force Research Laboratory).

Układ Słoneczny w zasięgu ręki- historia Projektu Orion (1958-1964)
http://undocking.wordpress.com/2014/05/14/uklad-sloneczny-w-zasiegu-reki-historia-projektu-orion-1958-1964/





Russia Plans for Nuclear Space ship going to Mars
http://technicalstudies.youngester.com/2010/04/russia-plans-for-nuclear-space-ship.html
Igor Lisov, a Moscow-based expert on Russian space program, said the prospective ship would use a nuclear reactor to run an electric rocket engine.




Nuklearne napędy kosmiczne cz. 1
http://www.kosmonauta.net/index.php/Techno...napedy-cz1.html
Cytuj
W dniach 30 września – 2 października 2011 roku w Orlando na Florydzie odbyło się sympozjum 100 year spaceship organizowane przez DARPA. Jednym z poruszanych tematów była kwestia napędów, które można by wykorzystać w trakcie podróży poza Układ Słoneczny. Jak na razie najlepszym pomysłem wydaje się być wykorzystanie napędu opartego na reakcjach termojądrowych.

Szacuje się, że statek kosmiczny, zdolny do podróży międzygwiezdnych, z napędem opartym na tokamaku, musiałby ważyć około 7000 ton. Dla porównania Międzynarodowa Stacja Kosmiczna waży "zaledwie" 417 ton.
Istnieje jednak ciekawa alternatywa. O tym już wkrótce w części 2.

Silnik jądrowy z projektu Prometeusz JIMO
Power-Conversion Concept Designed for the Jupiter Icy Moons Orbiter
http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT/2003/5000/5490mason.html


Dual 100-kWe Brayton conversion system with liquid-metal-cooled reactor.


Cytuj
Nuklearne napędy kosmiczne cz. 2
http://www.kosmonauta.net/index.php/Techno...19-napedy2.html


Komora urządzenia Shiva

Już na początku lat siedemdziesiątych zaproponowano inny pomysł – wykorzystanie laserów dużej mocy do impulsowego naświetlania tarczy deuterowo-trytowej, tj. niewielkiej sferycznej porcji paliwa.


Teoretycznie to rozwiązanie jest stosunkowo proste. Tarcza deuterowo-trytowa, umieszczona w komorze, naświetlana jest równomiernie ze wszystkich stron wiązkami lasera. Powoduje to rozgrzanie powierzchni tarczy, która eksploduje, odrzucając z wielką siłą resztę materiału (czyli wnętrze tarczy) do wewnątrz. Gdy paliwo znajdujące się wewnątrz tarczy zapada się, mikstura osiąga bardzo dużą gęstość. Dodatkowo powstają fale uderzeniowe, które rozchodzą się do wewnątrz i w centrum kulistej tarczy spotykają się z falami nadchodzącymi z naprzeciwka, co dodatkowo zwiększa gęstość i temperaturę punktu. Reakcja fuzji, rozchodząc się na zewnątrz, powoduje zapalenie plazmy w całej objętości tarczy.

Schemat działania fuzji opartej na inercyjnym uwięzieniu plazmy.
Niebieskie strzałki oznaczają promienie lasera, pomarańczowe odrzut, a fioletowe transportowaną do wewnątrz energię cieplną.

1. Promienie lasera gwałtownie ogrzewają powierzchnię tarczy, zamieniając ją w plazmę.
2. Następuje kompresja paliwa, wywołana odrzutem materiału z powierzchni tarczy.
3. Implozja tarczy powoduje osiągnięcie bardzo dużej gęstości materiału.
4. Następuje zapłon plazmy.



Badania nad ICF są przeprowadzane od lat siedemdziesiątych w Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) w Livermore w Kalifornii. Pierwszy z wybudowanych tam laserów powstał w roku 1977 i nazywał się Shiva. Miał 20 ramion (stąd nazwa) i wysyłał w impulsie trwającym około 1 ns energię rzędu 10 kJ. Jego następcą był laser Nova, wybudowany w 1984 roku. Stworzony z założeniem doprowadzenia do zapłonu plazmy, nigdy nie osiągnął tego celu, pozwolił jednak na zebranie wielu bardzo istotnych danych eksperymentalnych (w tym na określenie głównego problemu w osiągnięciu zapłonu jako na wynikającego z niestabilności plazmy). W 2009 w LLNL powstało National Ignition Facility (NIF), na chwilę obecną największe i najbardziej energetyczne urządzenie ICF na świecie. Pojedynczy wysyłany z jego lasera impuls, trwający kilka pikosekund, niesie energię 4 MJ.

Napęd nuklearny a podróż do gwiazd

Urządzenia ICF są z założenia mniejsze i lżejsze niż tokamaki, a naukowcy podejrzewają, że ich miniaturyzacja będzie również postępować szybciej. Szacuje się, że statek kosmiczny zdolny do podróży międzygwiezdnych oparty na ICF ważyłby około 500 ton (wliczając paliwo). Napęd ten został zasugerowany w projekcie Daedalus British Interplanetary Society i jest bardzo prawdopodobnym, że zostanie on również zasugerowany w projekcie Icarus. Projekty te, zarówno Daedalus z lat siedemdziesiątych, jak i rozpoczęty w 2009 pięcioletni Icarus, mają na celu wykonanie teoretycznego studium statku kosmicznego zdolnego do podróży międzygwiezdnych.

Dla napędu opartego na ICF szacuje się impuls właściwy (stosunek ciągu do masy zużytego paliwa) na miliony sekund. Tylko przy takich wartościach można mówić o realnych czasach podróży międzygwiezdnych – dla takiego impulsu właściwego możliwe są prędkości rzędu dziesięciu tysięcy kilometrów na sekundę. Dla porównania maksymalny teoretyczny impuls właściwy dla silnika chemicznego wynosi ok. 500 sekund, a dla napędu jonowego – rzędu tysięcy sekund.

Kolejnym istotnym parametrem przy wykorzystaniu napędu opartego na ICF do podróży międzygwiezdnych jest ilość detonacji kapsułek paliwowych na sekundę. Projekt Daedalus mówił o 250 detonacjach na sekundę, co wydaje się być ogromną liczbą. Założeniem projektu Icarus jest osiągnięcie 10-50 detonacji na sekundę.

Oprócz wspomnianych powyżej usprawnień technologicznych należy się jeszcze zastanowić nad paliwem, które ma być wykorzystywane. W warunkach ziemskich zazwyczaj rozważa się mieszankę deuter-tryt. Niestety fuzja trytu produkuje duże ilości neutronów, co sprawia, że reaktor staje się radioaktywny. Jako że neutrony nie mają ładunku elektrycznego, nie mogą zostać skierowane do wylotu za pomocą pola magnetycznego (co zapewniłoby dodatkowy ciąg). Alternatywą jest reakcja pomiędzy deuterem a helem-3, która jest bardziej wydajna, produkuje więcej energii i mniej neutronów. Jej wynikiem jest natomiast duża ilość protonów, które mogą zostać skierowane do wylotu za pomocą pola magnetycznego, zmniejszając promieniowanie reaktora i zwiększając ciąg. Niestety hel-3 nie występuje na Ziemi. Można go natomiast znaleźć w atmosferach gazowych olbrzymów i na powierzchni Księżyca. Można więc powiedzieć, że aby w pełni wykorzystać możliwości, jakie dają napędy kosmiczne, musimy i tak najpierw stać się cywilizacją kosmiczną.[/i]

Wygląda na to że co prawda prognoza ze Star Treka iż w 2063 roku zbudujemy napęd warp raczej nie sprawdzi się, ale na napęd termojądrowy i loty kosmicznych sond go gwiazd mamy realne szanse   :D A może już nawet w przyszłym dziesięcioleciu jak dobrze pójdzie i pojawi się znowu współzawodnictwo wielkich mocarstw w tej dziedzinie   :)
Poza tym taki napęd pozwoliłby dolecieć do granic Układu Słonecznego chyba w kilka dni a maksymalnie w kilka tygodni licząc czas na rozpędzanie i hamowanie !

Poza tym istnieje już jeszcze nowsza i lepsza wersja tego pomysłu  :rolleyes: o czym zamieściłem informację w jednym z wcześniejszych postów w dziale Napędy i silniki.
http://www.uprp.pl/nasa-proponuje-nowy-spo...,9,wai,pl,text/
http://www.physorg.com/news/2011-06-nasa-f...ster-space.html

John J. Chapman, fizyk i inżynier elektronik z NASA Langley Research Center proponuje znacznie tańszy i bardziej wydajny silnik fuzyjny na bazie boru zamiast deuteru i trytu.
I to do realizacji w ciągu zaledwie 10 lat  :!:



<a href="http://www.youtube.com/watch?v=ro5-QYqqxzM" target="_blank">http://www.youtube.com/watch?v=ro5-QYqqxzM</a>

Działający reaktor fuzyjny już za 4 lata
http://www.geekweek.pl/aktualnosci/15581/dzialajacy-reaktor-fuzyjny-juz-za-4-lata

Cytuj
NASA proponuje nowy sposób napędzania statków kosmicznych !
http://gadzetomania.pl/2011/06/29/nasa-pro...kow-kosmicznych

Energia fuzyjna to odwieczne marzenie tych, którzy szukają niekończących się źródeł zasilania. Tym razem naukowcy NASA proponują nową formę termojądrowego napędzania sond kosmicznych.

Nowe rozwiązanie zamiast używać nadmiar energii z syntezy jądrowej do napędzania generatorów, będzie wykorzystywać energię kinetyczną radioaktywnych cząstek do zapewnienia ciągu. John J. Chapman, fizyk i inżynier elektronik z NASA Langley Research Center proponuje silnik fuzyjny na bazie boru zamiast deuteru i trytu. Wyjaśnił swój projekt na Sympozjum Inżynierii Fuzyjnej IEEE w tym tygodniu w Chicago.

Rozwiązanie jest dość proste i korzysta z dostępnych na rynku laserów, wycelowanych w dwuwarstwowy cel o grubości 8 cali. Kiedy promień uderza w pierwszą warstwę (ultra-cienki kawałek folii metalowej), uwalnia grad elektronów, pozostawiając na folii ładunek dodatni. Siły odpychania protonów sprawia, że folia rozpada się, popychając tym samym protony w stronę drugiej warstwy, którą jest bor-11. Tutaj następuje fuzja protonów z jądrami boru i powstają jądra węgla, który natychmiast rozbija się na produkty rozpadu, a następnie cząstki alfa.

IEEE Spectrum wyjaśnia:
Z każdej pary proton-bor, która ze sobą reaguje, otrzymujemy trzy cząstki alfa – każda o energii kinetycznej równej 2.9 megaelektronowoltów

    Siła elektromagnetyczna wypycha cząstki alfa w przeciwnych kierunkach, które są kierowane na zewnątrz statku kosmicznego przez dyszę, zapewniając ciąg. Laser jest potrzebny do rozpoczęcia całego procesu, ale każdy impuls promienia produkujący 2×10-18 watów na centymetr kwadratowy powinien generować 100 tysięcy cząstek. Rozwiązanie to jest więc bardzo wydajne. Tylko 11 gramów boru potrzebne będzie, aby wytworzyć 300 MW mocy. Chapman sądzi, że część energii będzie można wykorzystać do zasilania systemów komputerowych na pokładzie statku.

    Oczywiście, rozwiązanie to jest dalekie od rzeczywistości – Chapman mówi, że być może zbudowanie funkcjonującego statku napędzanego tym sposobem potrwa jeszcze 10 lat. Ziemia jest obfita w bor, a jeśli kilka gramów może wysłać statek na Marsa i dużo dalej, to warto poznać tę technologię.

http://www.physorg.com/news/2011-06-nasa-f...ster-space.html
http://newsspazio.blogspot.com/2011/06/un-...e-nucleare.html
http://mbcalyn.wordpress.com/2011/06/
http://sigalontech.soup.io/tag/thruster
http://oibalos-space-science.blogspot.com/...01_archive.html
http://actualite.portail.free.fr/tech-scie...ngins-spatiaux/
http://orbiteritalia.forumotion.com/t1288-...i-progetti-nasa
http://m.futura-sciences.com/2071/show/8c5...f1cc05cef9682c1
http://passion-radio.forumactif.com/t3846p...l-astrophysique

Nuclear Fusion and Its Future Uses In Spacecraft
http://www.weirdwarp.com/2009/08/nuclear-f...-in-spacecraft/


Microwave fusion jet


Gas dynamic fusion propulsion


Tube like fusion powered spacecraft


Znacznie więcej na temat nuklearnych napędów kosmicznych jest w artykule z lipca 2010 r. :

Impulsowe silniki jądrowe
http://www.kosmonauta.net/index.php/Technologie/Hardware/impulsowe-silniki-jadrowe.html



Program Orion

http://pl.wikipedia.org/wiki/Program_Orion

kompaktowy reaktor atomowy
http://nt.interia.pl/technauka/news-nastolatek-zaprojektowal-kompaktowy-reaktor-atomowy,nId,938604
Idealnie sprawdziłoby się w roli napędu statku kosmicznego, a później jako źródło energii dla kolonii na obcych planetach - komentuje z entuzjazmem Wilson.

A tu podsumowanie różnych koncepcji napędów:
http://www.projectrho.com/public_html/rocket/enginelist.php

Tak więc jak uważacie - doczekamy się jeszcze za naszego życia lotów do gwiazd ?   :)

Online Borys

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 2058
Tak więc jak uważacie - doczekamy się jeszcze za naszego życia lotów do gwiazd ?   :)

Jest to możliwe, ale wątpię by stało się to w sposób opisany wyżej. Spodziewałbym się raczej ultralekkich żagli słonecznych lub innych pojazdów wykorzystujących naturalne siły w US do przyspieszenia (np. siłę Lorentza w polu magnetycznym Jowisza).

Offline Romek63

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 1020
  • 62-gi ROK EKSPLORACJI KOSMOSU
    • Nauka - Trek.pl
Nie można wykluczyć że masz rację. Ja jednak postawiłbym raczej na silniki jądrowe, a w dalszej przyszłości na silnik fotonowy i antymaterię. Nie do końca się w tym orientuję ale wydaje mi się że wykorzystanie siły Lorentza w polu magnetycznym Jowisza umożliwiłoby lot w jedną stronę ale już być może bez możliwości powrotu. Żagiel słoneczny podobnie, a na dodatek strasznie wolno się rozpędza no i generuje małą moc, a więc przy większych statkach musiałby mieć jakieś monstrualne rozmiary co powoduje problemy z wytrzymałością i masą żagla.

Silniki na antymaterię realną możliwością

http://www.geekweek.pl/silniki-na-antymaterie-realna-mozliwoscia/360363/
http://www.polskieradio.pl/23/266/Artykul/606844,Silniki-na-antymaterie-sa-w-naszym-zasiegu
http://www.howstuffworks.com/antimatter.htm

Antimatter spacecraft like this one could some day shorten a trip to Mars from 11 months to one month.
Check out current spaceflight technology in these pictures of space shuttles.
Photo courtesy NASA


Silnik antymaterialny NASA
http://hotnews.pl/arttechnika-284.html


http://translate.google.com/translate?depth=1&hl=en&rurl=translate.google.com&sl=es&tl=pl&u=http://www.danielmarin.blogspot.sk/2013/01/como-proteger-los-astronautas-de-la.html
Propulsión mediante fusión nuclear


Online Borys

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 2058
Nie można wykluczyć że masz rację. Ja jednak postawiłbym raczej na silniki jądrowe, a w dalszej przyszłości na silnik fotonowy i antymaterię. Nie do końca się w tym orientuję ale wydaje mi się że wykorzystanie siły Lorentza w polu magnetycznym Jowisza umożliwiłoby lot w jedną stronę ale już być może bez możliwości powrotu.

Możliwości powrotu nie będzie jeszcze długo po naszej śmierci. Napędy jądrowe też jej nie stworzą - najbardziej obiecujące (wykorzystujące syntezę termojądrową) potrzebowałyby dwóch stuleci, żeby obrócić tam i z powrotem.

Cytuj
Żagiel słoneczny podobnie, a na dodatek strasznie wolno się rozpędza no i generuje małą moc, a więc przy większych statkach musiałby mieć jakieś monstrualne rozmiary co powoduje problemy z wytrzymałością i masą żagla.

Żeby osiągnąć wymagane prędkości (rzędu 1-5% c), żagiel musiałby być wypuszczony jak najbliżej Słońca (ok. 0.2 AU), a to oznacza ogromne przyspieszenia i mały rozmiar żagli (dużego nie da się wystarczająco szybko rozwinąć). W efekcie sonda międzygwiezdna przypominałaby chmurę pyłu lub rój komarów, a nie gigantyczny parasol z doczepionym ładunkiem.

Cytuj
Silniki na antymaterię realną możliwością

Nie są, ponieważ nie mamy bladego pojęcia, skąd wziąć antymaterię i jak ją przechować.

PS: Niby oczywiste, ale może warto uściślić - pisząc, że może doczekamy lotu do gwiazd, miałem na myśli tylko i wyłącznie misję bezzałogową.
« Ostatnia zmiana: Lipiec 01, 2012, 11:19 wysłana przez Borys »

Offline Matias

  • Moderator Globalny
  • *****
  • Wiadomości: 7955
Cytuj
Żagiel słoneczny podobnie, a na dodatek strasznie wolno się rozpędza no i generuje małą moc, a więc przy większych statkach musiałby mieć jakieś monstrualne rozmiary co powoduje problemy z wytrzymałością i masą żagla.

Żeby osiągnąć wymagane prędkości (rzędu 1-5% c), żagiel musiałby być wypuszczony jak najbliżej Słońca (ok. 0.2 AU), a to oznacza ogromne przyspieszenia i mały rozmiar żagli (dużego nie da się wystarczająco szybko rozwinąć). W efekcie sonda międzygwiezdna przypominałaby chmurę pyłu lub rój komarów, a nie gigantyczny parasol z doczepionym ładunkiem.

Co miałoby generować te odłamki?

Online Borys

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 2058
Żeby osiągnąć wymagane prędkości (rzędu 1-5% c), żagiel musiałby być wypuszczony jak najbliżej Słońca (ok. 0.2 AU), a to oznacza ogromne przyspieszenia i mały rozmiar żagli (dużego nie da się wystarczająco szybko rozwinąć). W efekcie sonda międzygwiezdna przypominałaby chmurę pyłu lub rój komarów, a nie gigantyczny parasol z doczepionym ładunkiem.

Co miałoby generować te odłamki?

Nie rozumiem pytania. Jakie odłamki?

Offline Romek63

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 1020
  • 62-gi ROK EKSPLORACJI KOSMOSU
    • Nauka - Trek.pl
Możliwości powrotu nie będzie jeszcze długo po naszej śmierci. Napędy jądrowe też jej nie stworzą - najbardziej obiecujące (wykorzystujące syntezę termojądrową) potrzebowałyby dwóch stuleci, żeby obrócić tam i z powrotem.
Nie są, ponieważ nie mamy bladego pojęcia, skąd wziąć antymaterię i jak ją przechować.
Odnosząc się do prezentowanych tu projektów silników jądrowych i możliwości wykorzystania ich do lotów załogowych (z możliwością powrotu oczywiście) miałem na myśli załogowe loty do księżyców Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna.
Natomiast co do uzyskania antymaterii i jej wykorzystania do napędu silników statków kosmicznych to sprawa nie jest tak do końca nierealne. Antymaterię pewnie dało by się utrzymać w jakiś pułapkach magnetycznych a co do źródła jej pozyskania to jest pewien nowy pomysł który był opisywany tutaj na łamach kosmonauta.net:
http://www.kosmonauta.net/index.php/Astronomia/Uklad-Sloneczny/odkryto-pas-antymaterii-woko-ziemi.html
Cytuj
Naukowcy rozważają możliwość wykorzystania antycząstek do napędzania statków kosmicznych. Najlepszym rozwiązaniem byłoby pozyskanie antyprotonów z otaczającego Ziemię pasa, przechowanie ich do czasu startu misji i w odpowiednim momencie doprowadzenie do wymieszania antyprotonów z protonami, co doprowadziłoby do anihilacji tych cząstek. Niestety ilość antyprotonów otaczających Ziemię jest zdecydowanie za mała, aby wykorzystać je jako jedyne paliwo (a w największych ziemskich akceleratorach można wytwarzać jedynie nanogramy antycząstek rocznie i to przy ogromnym nakładzie kosztów).

Alternatywnym rozwiązaniem jest wykorzystanie antyprotonów jako katalizatora do wyzwolenia reakcji nuklearnej. Ilości antycząstek potrzebnych w tym procesie byłyby znacznie mniejsze, więc znalezione zasoby mogłyby być wystarczające.

To drugie rozwiązanie może być moim zdaniem bardzo obiecujące  :)

Online Borys

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 2058
Natomiast co do uzyskania antymaterii i jej wykorzystania do napędu silników statków kosmicznych to sprawa nie jest tak do końca nierealne. Antymaterię pewnie dało by się utrzymać w jakiś pułapkach magnetycznych a co do źródła jej pozyskania to jest pewien nowy pomysł który był opisywany tutaj na łamach kosmonauta.net:
http://www.kosmonauta.net/index.php/Astronomia/Uklad-Sloneczny/odkryto-pas-antymaterii-woko-ziemi.html

To są zabawy w nanogramy rocznie, z perspektywą na mikrogramy. Do napędu trzeba ton.

Cytuj
Cytuj
Alternatywnym rozwiązaniem jest wykorzystanie antyprotonów jako katalizatora do wyzwolenia reakcji nuklearnej. Ilości antycząstek potrzebnych w tym procesie byłyby znacznie mniejsze, więc znalezione zasoby mogłyby być wystarczające.

To drugie rozwiązanie może być moim zdaniem bardzo obiecujące  :)

Reakcja jądrowa katalizowana antyprotonami nie wytworzyłaby więcej energii niż reakcja jądrowa wywołana w inny sposób. Silniki nie byłyby nawet w przybliżeniu tak wydajne, jak te wykorzystujące antymaterię jako paliwo, a nie katalizator.

Offline Romek63

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 1020
  • 62-gi ROK EKSPLORACJI KOSMOSU
    • Nauka - Trek.pl
To są zabawy w nanogramy rocznie, z perspektywą na mikrogramy. Do napędu trzeba ton.
Ano nie mam pojęcia skąd ty wziąłeś te tony ??! Gdziekolwiek spotykałem się z publikacjami na ten temat wszędzie podawano w wyliczeniach że do lotu do bliższych gwiazd potrzeba by co najwyżej kilku gramów antymaterii albo i znacznie mniej. Przykładowo podam takie cytaty z artykułu zamieszczonego na portalu astro-partner.pl :
http://www.astro-partner.pl/info_pages.php/antymateria-paliwo-przyszlosci-pm-33
Cytuj
Użycie antymaterii jako paliwa całkowicie zlikwidowałoby problem zasilania statków kosmicznych. Pozwoliłoby to nam na dalsze wyprawy w kosmos i zmniejszyłoby zapasy paliwa, które trzeba zabrać ze sobą. Wyprawa w jedną stronę na Marsa trwałaby jedynie 45 dni i wymagałaby zabrania ze sobą 30 nanogramów antyprotonów. [...]
Statek kosmiczny mógłby następnie odnawiać zapasy na orbitach innych planet. Saturn jest największym rocznym "producentem" antymaterii – aż 240 mikrogramów rocznie. Taka ilość oznacza, że moglibyśmy dolecieć nawet do pobliskiej gwiazdy Alfa Centauri. Eksperymenty nadal trwają.

Online Borys

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 2058
To są zabawy w nanogramy rocznie, z perspektywą na mikrogramy. Do napędu trzeba ton.
Ano nie mam pojęcia skąd ty wziąłeś te tony ??!

Z równania Ciołkowskiego.

Cytuj
Gdziekolwiek spotykałem się z publikacjami na ten temat wszędzie podawano w wyliczeniach że do lotu do bliższych gwiazd potrzeba by co najwyżej kilku gramów antymaterii albo i znacznie mniej.

Zmień publikacje na poważniejsze. Pierwsza z brzegu: "Antimatter Production for Near-term Propulsion Applications". Na stronie 8 masz następujący wykres:


Jak widać, do misji międzygwiezdnej potrzeba mniej więcej tyle antymaterii, ile bierze się ładunku użytecznego. Co więcej, wykres uwzględnia jedynie rozpędzanie sondy. Gdyby chcieć wyhamować u celu i później wrócić z podobną prędkością na Ziemię, ilość potrzebnej antymaterii wzrosłaby nawet stukrotnie.

Offline Romek63

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 1020
  • 62-gi ROK EKSPLORACJI KOSMOSU
    • Nauka - Trek.pl
Jak widać, do misji międzygwiezdnej potrzeba mniej więcej tyle antymaterii, ile bierze się ładunku użytecznego.
Nie rozumiem do końca tego wykresu ale chyba już się domyślam skąd biorą się takie rozbieżności w obliczeniach potrzebnej ilości antymaterii do lotu do najbliższych gwiazd (tu gramy a tu tony). Czytałem i widziałem wiele wypowiedzi znanych fizyków którzy twierdzili że wystarczy najwyżej kilka gramów antymaterii. Problem w tym że nie podawali jaką prędkość statku da się osiągnąć wykorzystując kilka gramów antymaterii. Jak wiadomo energia potrzebna do nadania ciału prędkości bliskich prędkości światła gwałtownie wzrasta wraz ze wzrostem prędkości. Być może Ci naukowcy zakładali prędkość np. 15%, 25%, 35% lub 50% prędkości światła, a tam gdzie ww. wykres podaje już zużycie antymaterii w tonach to może dotyczy to np. 90% prędkości światła ?
Co więcej, wykres uwzględnia jedynie rozpędzanie sondy. Gdyby chcieć wyhamować u celu i później wrócić z podobną prędkością na Ziemię, ilość potrzebnej antymaterii wzrosłaby nawet stukrotnie.
To może wytłumacz mi dlaczego w przypadku powrotu potrzeba 100-krotnie więcej antymaterii ?? Według mnie potrzeba byłoby jej 3 razy tyle. To znaczy na wyhamowanie do zera tyle samo co na osiągnięcie zamierzonej prędkości, a później ponownie tyle samo na drogę powrotną co na drogę do celu.
Poza tym znalazłem taką informację - nie wiem na ile wiarygodną ale bardzo ciekawą:
Cytuj
Zdumiewającą metodę uzyskiwania antymaterii na wielką skalę z miligramów złota opracowali amerykańscy naukowcy.[...] Jeżeli do tego dojdzie, to dzięki temu, że użyty do tego zostanie laser. Posłuży do generowania pozytronów na pokładzie statku kosmicznego. W ten sposób wyeliminowana zostanie konieczność zabierania paliwa z Ziemi, tzn. antymaterii.   http://www.rp.pl/artykul/9139,222516_Zloto_i_laser_w_kosmosie_.html

Online Borys

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 2058
Nie rozumiem do końca tego wykresu ale chyba już się domyślam skąd biorą się takie rozbieżności w obliczeniach potrzebnej ilości antymaterii do lotu do najbliższych gwiazd (tu gramy a tu tony). Czytałem i widziałem wiele wypowiedzi znanych fizyków którzy twierdzili że wystarczy najwyżej kilka gramów antymaterii. Problem w tym że nie podawali jaką prędkość statku da się osiągnąć wykorzystując kilka gramów antymaterii. Jak wiadomo energia potrzebna do nadania ciału prędkości bliskich prędkości światła gwałtownie wzrasta wraz ze wzrostem prędkości. Być może Ci naukowcy zakładali prędkość np. 15%, 25%, 35% lub 50% prędkości światła, a tam gdzie ww. wykres podaje już zużycie antymaterii w tonach to może dotyczy to np. 90% prędkości światła ?

Nie. Wykres pokrywa cały zakres możliwych prędkości (patrz opis osi poziomej - na dole masz kilometry na sekundę, a u góry różne typy misji dla których dana prędkość jest wystarczająca).
Statek o masie całkowitej 10 ton z napędem fotonowym i dziesięcioma gramami paliwa na pokładzie (z czego połowa to antymateria), przy 100% sprawności silnika rozpędziłby się do zaledwie 300 m/s (z grubsza prędkość samolotów pasażerskich), przy bardziej realistycznych założeniach prędkość byłaby trzykrotnie niższa (porównywalna z samochodem wyścigowym). Stanowczo za mało, żeby gdziekolwiek polecieć. Inne niż fotonowy typy napędów wykorzystałyby antymaterię wydajniej, ale ich maksymalna prędkość nie jest wystarczająca do lotów międzygwiezdnych w rozsądnym (tj poniżej tysiąca lat) czasie.

Cytuj
Co więcej, wykres uwzględnia jedynie rozpędzanie sondy. Gdyby chcieć wyhamować u celu i później wrócić z podobną prędkością na Ziemię, ilość potrzebnej antymaterii wzrosłaby nawet stukrotnie.
To może wytłumacz mi dlaczego w przypadku powrotu potrzeba 100-krotnie więcej antymaterii ?? Według mnie potrzeba byłoby jej 3 razy tyle. To znaczy na wyhamowanie do zera tyle samo co na osiągnięcie zamierzonej prędkości, a później ponownie tyle samo na drogę powrotną co na drogę do celu.

Plus hamowanie powrotne (chyba że chcesz pacnąć w Ziemię z pełną prędkością), czyli w sumie cztery razy. Problem w tym, że paliwo też swoje waży. Kiedy startujesz z okolic Ziemi, rozpędzasz nie tylko pusty statek, ale też paliwo na hamowanie u celu, paliwo na powrót i paliwo na hamowanie po powrocie do Układu Słonecznego - czyli potrzebujesz więcej paliwa na rozpędzanie. Kiedy hamujesz u celu, hamujesz nie tylko statek, ale też paliwo na rozpędzanie powrotne oraz paliwo na hamowanie po powrocie - czyli znowu potrzebujesz więcej paliwa na hamowanie, ale to też oznacza, że wcześniej na rozpędzanie też trzeba więcej - i tak dalej. Inaczej mówiąc, większość paliwa zużytego podczas misji pójdzie na rozpędzanie i hamowanie samego paliwa, a nie tego co nas interesuje, czyli statku kosmicznego. Stąd biorą się tak paskudnie duże liczby.

Cytuj
Poza tym znalazłem taką informację - nie wiem na ile wiarygodną ale bardzo ciekawą:
Cytuj
Zdumiewającą metodę uzyskiwania antymaterii na wielką skalę z miligramów złota opracowali amerykańscy naukowcy.[...] Jeżeli do tego dojdzie, to dzięki temu, że użyty do tego zostanie laser. Posłuży do generowania pozytronów na pokładzie statku kosmicznego. W ten sposób wyeliminowana zostanie konieczność zabierania paliwa z Ziemi, tzn. antymaterii.   http://www.rp.pl/artykul/9139,222516_Zloto_i_laser_w_kosmosie_.html

Dałbym sobie spokój z newsami w prasie codziennej - naprawdę ciężko tam znaleźć dziennikarzy mających podstawowe pojęcie o nauce i technice (trafiają się tacy, ale to wyjątki).

Offline Romek63

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 1020
  • 62-gi ROK EKSPLORACJI KOSMOSU
    • Nauka - Trek.pl
To co piszesz ma sens i jest logiczne tylko jeśli rzeczywiście potrzeba by było ton antymaterii by dolecieć do pobliskich gwiazd. Wtedy być może 100 razy tyle co ładunku użytecznego. Jednak gdyby wystarczyło kilka gramów antymaterii to wtedy na powrót praktycznie trzeba by 4 razy tyle co na lot w jedną stronę bez zatrzymania a nie więcej. Nie wiem co o tym myśleć gdyż fizycy podający informacje prasie i występujący w mediach od lat jak mantrę powtarzają że wystarczą gramy antymaterii. Nie che mi się wierzyć że oni tak po prostu się ciągle mylą i że żaden inny fizyk ich nie sprostował do tej pory. Poza tym w Internecie także wszystkie źródła podają gramy antymaterii potrzebne do lotu do bliskich gwiazd. Ta tabela którą tu zamieściłeś to dla mnie pierwsza informacja że sprawa wygląda inaczej. Jeśli to nie jest kwestia prędkości statku to może przyjmują inne rozwiązania technologiczne i inny czynnik roboczy jako źródło odrzutu ??

A tu jeszcze dwa artykuły dotyczące silnika na antymaterię. Nie wiem co o tym myśleć ale te plany wyglądają mi na bardzo konkretne:

Cytuj
Silnik na antymaterię
http://kopalniawiedzy.pl/antymateria-silnik-NASA-NIAC-Gerard-A-Smith-Positronic-Research-pozytron-Mars,1048
Pomysł naukowców polega na tym, by ze specjalnego pojemnika dostarczać pozytrony do reaktora, gdzie dochodziłoby do reakcji z materią i uwolnienia ciepła. Byłoby ono odbierane przez krążący w reaktorze ciekły wodór. Ten z kolei przepływałby do dysz, z których byłby wyrzucany na zewnątrz, nadając pojazdowi przyspieszenie.
W porównaniu do napędu atomowego, taki silnik byłby znacznie prostszy w konstrukcji i bezpieczniejszy w użyciu.

NIAC zaproponował obecnie NASA trzy modele silników:

1. z rdzeniem stałym – energia przekazywana jest do paliwa umieszczonego w matrycy z wolframu, który podgrzewa się anihilując promieniowanie gamma. Jego zaletą jest fakt, iż mamy tu do czynienia z dobrze znaną technologią. Wadą natomiast – ograniczenie efektywności działania, gdyż wolframu nie można oczywiście podgrzać powyżej temperatury jego topnienia.
2. z rdzeniem gazowym – energia przekazywana jest bezpośrednio do gazowego lub płynnego paliwa, które podgrzewa się anihilując promienie gamma. Zaleta takiego rozwiązania to brak limitu spowodowanego temperaturą topnienia. Wadą zaś możliwość zamienienia się takiego paliwa w plazmę.
3. z ablacją ciała stałego – energia jest przekazywana do materiału, którym pokryty jest "tłok” silnika i zużywa go stopniowo do napędzania pojazdu. Wśród zalet tej propozycji uczeni wymieniają prostotę konstrukcji i brak ograniczeń technologicznych. Wśród wad – fakt, iż połowa promieni gamma nie trafia w „tłok”, więc maksymalna efektywność całego systemu wynosi 50 procent.

Pewnym ograniczeniem jest również tempo produkcji pozytronów. Obecnie jest ono zbyt wolne. Doktor Smith mówi, że gdyby udało je się przyspieszyć stukrotnie, to potrzebne do marsjańskiej misji 10 miligramów paliwa powstałoby w ciągu trzech lat. Koszt jego produkcji to 250 milionów dolarów. Do tego należy doliczyć 1,5 miliarda USD na odpowiedni akcelerator, w którym powstawałoby paliwo.

Zdaniem Smitha potrzebna ilość paliwa pozytronowego mogłaby powstać w ciągu 5-10 lat. Uczeni zdążyliby więc z nim na czas, ponieważ USA planują rozpoczęcie misji na Marsa około roku 2030.

Cytuj
Silnik antymaterialny NASA
http://hotnews.pl/arttechnika-284.html

"W przybliżeniu do wyprodukowania 10 miligramów pozytronów potrzebnych do misji załogowej na Marsa potrzebne jest 250 milionów dolarów zainwestowanych w już powstającą technologię" - mówi jeden z naukowców NASA.

A tu całkiem inny pomysł na silnik o którym też nie wiem co myśleć:

Cytuj
relatywistyczny silnik elektromagnetyczny
Brytyjski naukowiec, Roger Shawyer, zaproponował teorię napędu elektromagnetycznego, który wykorzystuje mikrofale do przetworzenia energii elektrycznej w ciąg.
http://kopalniawiedzy.pl/Emdrive-relatywistyczny-silnik-elektromagnetyczny-Chiny-Roger-Shawyer-NSTAR-NASA-silnik-jonowy,7002
Doszedł on w ten sposób do wniosku, że jeśli fala elektromagnetyczna będzie wędrowała po stożkowym falowodzie umieszczonym pomiędzy dwoma odbijającymi ją lustrami i będzie charakteryzowała się dużą różnicą prędkości na obu końcach falowodu, to różnica sił wywieranych przez nią na oba lustra spowoduje pojawienie się siły ciągu. Siłę tę można z kolei zwielokrotnić umieszczając lustra w odpowiedniej odległości, która musi stanowić wielokrotność połowy długości fali elektromagnetycznej.
Shawyer wyjaśnia dalej, że - jak widać na diagramie - jego system jest zamknięty, więc można dojść do wniosku, że ciąg się nie pojawi. Jednak, zauważa, powinniśmy wziąć pod uwagę szczególną teorię względności, zgodnie z którą przy prędkościach dochodzących do prędkości światła musimy używać osobnych układów odniesienia. Tym samym jego system należy rozważać jako otwarty, z falą elektromagnetyczną i falowodem posiadającymi różne układy odniesienia.

Obecnie chińska Politechnika Północnozachodnia w Xi'an pracuje nad prototypową wersją silnika Shawyera. Pracami kieruje profesor Yang Juan, który wcześniej pracował nad mikrofalowymi przyspieszaczami plazmowymi.
Shawyer porównuje swój C-Band Emdrive do już istniejącego silnika jonowego NSTAR, używanego przez NASA. Siła ciągu Emdrive'a ma wynosić 85 mN, podczas gdy maksymalna siła ciągu NSTAR to 92 mN. Jednak Emdrive ma ważyć mniej niż 7 kilogramów, czyli znacznie mniej niż 30-kilogramowy NSTAR. Ponadto NSTAR zużywa 10 gramów paliwa na godzinę, a Emdrive w ogóle nie potrzebuje paliwa. Wystarczy mu dostawa energii elektrycznej.
Poza tymi wszystkimi silnikami które opierają się na sile odrzutu jest jeszcze kilka koncepcji napędów do dalekich podróży które opierają się na oddziaływaniach magnetycznych ale to może już w kolejnym poście by za dużo nie mieszać  :D

Opieram się na takich źródłach do jakich mam w necie dostęp. Do bardziej wiarygodnych nie mam niestety dostępu.


Offline jmvh

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 3168
Opieram się na takich źródłach do jakich mam w necie dostęp. Do bardziej wiarygodnych nie mam niestety dostępu.

W moim internecie kazanie googlowi szukania w pdf-ach (w których najczęściej zamieszczane są obszerniejsze publikacje) zamiast we wszystkim co leci skutecznie odsiewa różne wątpliwej jakości artykuły w wątpliwej jakości serwisach popularnonaukowych. ;)

Online Borys

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 2058
To co piszesz ma sens i jest logiczne tylko jeśli rzeczywiście potrzeba by było ton antymaterii by dolecieć do pobliskich gwiazd. Wtedy być może 100 razy tyle co ładunku użytecznego. Jednak gdyby wystarczyło kilka gramów antymaterii to wtedy na powrót praktycznie trzeba by 4 razy tyle co na lot w jedną stronę bez zatrzymania a nie więcej. Nie wiem co o tym myśleć gdyż fizycy podający informacje prasie i występujący w mediach od lat jak mantrę powtarzają że wystarczą gramy antymaterii.

Nie robią tego, bo napisaliby bzdurę. Być może znalazłeś źle przetłumaczony lub zacytowany tekst. Najprościej by było, gdybyś podał źródło, gdzie owi fizycy opowiadają takie herezje. Wtedy będę mógł ci powiedzieć, gdzie leży błąd.