Autor Wątek: Napędy do statków kosmicznych nieco bardziej odleglej przyszłosci - koncepcje  (Przeczytany 88621 razy)

0 użytkowników i 1 Gość przegląda ten wątek.

Offline Głupi Jaś

  • Nowy
  • *
  • Wiadomości: 45
  • LOXem i ropą! ;)
Mam fajny autorski pomysł na silnik. Początkowo liczyłem go raczej dla zabicia czasu w pociągu, ale bardzo zdziwiłem się gdy policzyłem impuls właściwy. Okazał się on zadziwiająco duży. Chodzi o silnik elektrostatyczny, ale nie jonowy. Materiałem pędnym byłby małe metalowe kulki, które nabywałyby ładunek ujemny przez początkowy fizyczny kontakt z okładką kondensatora, następnie kierowały by się do dodatniej okładki kondensatora, w której naprzeciwko miejsca z którego wyrzucane są kulki byłby otwór, na tyle mały, aby nie wpływał istotnie na siły elektrostatyczne oddziaływujące na kulkę, i na tyle duży by kulka o niego nie zahaczyła. Kulka przechodząc przez owór byłaby silnie oświetlana, aby na skutek efektu fotoelektrycznego ładunek zgromadzony na powierzchni kulki został zobojętniony. Alternatywnie można równocześnie 'wystrzeliwać' dwie kulki z naprzeciwka - jedną dodatnią,  drugą ujemną, i zakrzywiać ich lot przy pomocy pola magnetycznego tak, aby ich zderzenie i zobojętnienie ładunku nastąpiło na zewnątrz kondensatora, ale wtedy impuls właściwy będzie  8^(1/2)~2,8 raza słabszy, niż przy wykorzystaniu jednej kulki i efektu fotoelektrycznego.  No właśnie - impuls właściwy czyli prędkość wylotowa kulki przy założeniu pewnej idealności wynosić będzie v=(2*Q*U/m)^(1/2), gdzie Q - ładunek ujemny zgromadzony na kulce, U - napięcie między okładkami kondensatora, zaś m - masa kulki. U i m zależą od tego jak zrobimy kulkę i kondensator, pozostaje nam obliczyć Q czyli ładunek zgromadzony na powierzchni kulki. Potraktowałem kulkę jak próżniowy kondensator kulisty w którym zewnętrzna okładka uciekła do nieskończoności i w wyiku tego otrzymałem Q=C*U gdzie C - pojemność kondensatora zaś U to napięcie między okładkami kondensatora. C liczymy jako granicę z wzoru na pojemność kondensatora kulistego i otrzymujem C=4*pi*eps0*r gdzie pi to 3,14..., eps0 - przenikalność elektryczna próżni, zaś r promień kulki. Przyjmujemy, że gęstość kulki wynosi ro stąd jej masa wynosi ro*4/3*pi*r^3. Podstawiając do wzoru otrzymujemy v=(2*4*pi*eps0*r*U^2*ro^-1*4^-1*3*pi^-1*r^-3)^(1/2)=U/r*(6*eps0/ro)^(1/2). Kulka nawet bardzo mała np. o r= 1e-7 m, to cały czas obiekt raczej makroskopowy (niektóre bakterie są mniejsze) i jej lot jest dość przewidywalny, gdyż w odróżnieniu do jonu jesteśmy w stanie powiedzieć bardzo dokładnie gdzie się ona znajduje., dlatego możemy dać napięcie na ful bez obawy, że kulka dotknie dodatniej okładki kondensatora i ją zniszczy co jest jednym z powodów dla których napięcie w elektrostatycznych silnikach jonowych jest ograniczone. Na kolejach Francuskich stosuje się prąd o napięciu 110 kV - przyjęcie dla zasosowań w próżni napięcia 9 razy wyższego tj. 1MV nie jest chyba przesadzone. ro powinno być jak najmniejsze - przyjmijmy więc dla ułatwienia rachunków że kulki zrobione są ze stopu litu i mają gęstość 1000 kg*m^-3. No a taraz zostawiam wam Panie i Panowie radość samodzielnego liczenia U=1e6 Volta, r= 1e-7 metra, ro=1000 kilograma na metr sześcienny, eps0=8,85e-12 Farada na metr. Nie wiem jak Wam, ale mnie wyszło ok. ~2 304 344 m/s. Dla porównania silnik Halla 16 400 m/s. To dawałoby możliwość przyspieszenia do  50 km/s wyhamowania z tą samą prędkością i wrócenia i ponownego wyhamowania  przy pomocy czynnika roboczego ważącego ok.10% wagi pojazdu. Mam nadzieję, że podoba się Wam mój pomysł.
« Ostatnia zmiana: Kwiecień 24, 2016, 16:32 wysłana przez Głupi Jaś »

Offline Adam.Przybyla

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 3827
  • Realista do bólu;-)
To chyab cos podobnego do tego silnika od australijczyka? tez pluje metalem;-) Z powazaniem
                                                                                                                                                      Adam Przybyla
https://twitter.com/AdamPrzybyla
JID: adam.przybyla@gmail.com

Offline Głupi Jaś

  • Nowy
  • *
  • Wiadomości: 45
  • LOXem i ropą! ;)
Dziękuję za rzeczową krytykę. Muszę jednak prosić o dokładniejsze wyjaśnienia, gdyż nie mam pojęcia o co chodzi z tym Australiczykiem co pluł metalem. Czy mógłbyś to wyjaśnić?

Offline Adam.Przybyla

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 3827
  • Realista do bólu;-)
http://www.sciencealert.com/an-australian-student-has-smashed-nasa-s-fuel-efficiency-record mysle, ze tu znajdziesz wiecej informacji do dalszego googlowania;-) Z powazaniem
                                             Adam Przybyla
https://twitter.com/AdamPrzybyla
JID: adam.przybyla@gmail.com

Offline Głupi Jaś

  • Nowy
  • *
  • Wiadomości: 45
  • LOXem i ropą! ;)
Silnik Paddy Neumann/Paddy'ego Neumanna jest jednak silnikiem jonowym, gdyż "The drive works through a reaction between electricity and metal, where electric arcs strike the chosen fuel (in this case, magnesium) and cause ions to spray," czyli jak rozumiem w wyniku odparowania metalu, w łuku elektrycznym, powstają jony. W mojej propozycji nie ma jonów, jest za to metaliczny pył złożony z kulistych ziaren o średnicy jednej piątej mikrometra. Ładowanie ziaren odbywa się,  tak jak w elektroskopie, w wyniku fizycznego kontaktu między ujemną okładką kondensatora a obojętnymi kawałkami metalu. Różnica jest spora, gdyż swobodne jony są częścią składową zjonizowanego gazu, który nigdy nie jest zjonizowany w 100% i który jak to gaz zachowuje się dość chaotycznie, co w pewien sposób utrudnia manipulowanie nim. Jednak metal to , metal - ciało stałe nawet jeżeli w formie kulek o średnicy jednej piątej mikrometra, bo w takiej kulce ilość atomów mierzymy setkami milionów. Jak położę sto tysięcy kulek w tym samym miejscu i poddam jednakowym siłom, to będą się one zachowywały identycznie. Trudności w manipulowaniu gazem i ciałem stałym są zupełnie inne.

Offline Adam.Przybyla

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 3827
  • Realista do bólu;-)
Nie wiem, czy moge sie wypowiadac na te tematy autorytatywnie, moze na forum jest przynajmniej jakis fizyk w stopniu inzyniera czy magistra, ale podejrzewam, ze powinienes wzisac pod uwage tez takie zjawisko: https://en.wikipedia.org/wiki/Cold_welding
Z powazaniem
                              Adam Przybyla
« Ostatnia zmiana: Kwiecień 16, 2016, 17:49 wysłana przez Adam.Przybyla »
https://twitter.com/AdamPrzybyla
JID: adam.przybyla@gmail.com

Offline Głupi Jaś

  • Nowy
  • *
  • Wiadomości: 45
  • LOXem i ropą! ;)
Skonsultowałem się telefonicznie ze znajomym inżynierem metalurgiem.  - Spawanie na zimno wymaga docisku, a nasz metaliczny pył nie jest dociskany do żadnej okładki ani ujemnej, ani dodatniej. Nie ma więc groźby, że zespawa się na zimno z którąś z nich. Sądzę również, że adhezja jest zbyt słabą siłą, aby pokonać odwrotnie skierowaną znaczną siłę elektrostatyczną, tym bardziej, że tzw. metalurgia proszkowa, także wymaga ciśnienia. Nie wątpliwie warto to policzyć dokładniej. Jak ktoś wie jak proszę o pomoc.
« Ostatnia zmiana: Kwiecień 16, 2016, 18:59 wysłana przez Głupi Jaś »

Offline Orionid

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 9744
  • Very easy - Harrison Schmitt
NASA podpisała kontrakt na 67 mln USD z Aerojet Rocketdyne , celem którego jest opracowanie silnika jonowego do realizacji misji do planetoid i na Marsa. Różnica w stosunku do dotychczasowych rozwiązań ma polegać na większej  co najmniej o 2 rzędy   sile ciągu ,  niż ma to miejsce w przypadku sondy Dawn.
Obecnie tego typu silniki są słabe, choć efektywne   w działaniu w dłuższym czasie. Przyspieszanie jak i hamowanie odbywa się bardzo wolno.

Możliwe , że do 2021 roku zostanie stworzony prototyp takiego silnika.
Są nadzieje na wykorzystanie nowego typu silnika jonowego do misji ARM , a później do lotów załogowych na Marsa. Mówi się też o komercyjnych zastosowaniach nowatorskiego rozwiązania.


"Through this contract, NASA will be developing advanced electric propulsion elements for initial spaceflight applications, which will pave the way for an advanced solar electric propulsion demonstration mission by the end of the decade," said Steve Jurczyk, associate administrator of NASA's Space Technology Mission Directorate (STMD) in Washington. "Development of this technology will advance our future in-space transportation capability for a variety of NASA deep space human and robotic exploration missions, as well as private commercial space missions."

http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=6426
« Ostatnia zmiana: Sierpień 18, 2016, 14:55 wysłana przez Orionid »

Offline Borys

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 2064
NASA podpisała kontrakt na 67 mln USD z Aerojet Rocketdyne , celem którego jest opracowanie silnika jonowego do realizacji misji do planetoid i na Marsa. Różnica w stosunku do dotychczasowych rozwiązań ma polegać na większej  co najmniej o 2 rzędy   sile ciągu ,  niż ma to miejsce w przypadku sondy Dawn.

Silnik to nie problem. Problemem jest zasilanie.

Offline Adam.Przybyla

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 3827
  • Realista do bólu;-)
A ile bys potrzebowal tego ... zasilania?;-) Z powazaniem
                                                                       Adam Przybyla
https://twitter.com/AdamPrzybyla
JID: adam.przybyla@gmail.com

Offline Głupi Jaś

  • Nowy
  • *
  • Wiadomości: 45
  • LOXem i ropą! ;)
Dla silnika rakietowego można sobie to łatwo policzyć bowiem P/F=v/2u gdzie P - moc, F - siła ciągu, v - prędkość wylotowa czynnika roboczego, u - sprawność energetyczna silnika.  Tak więc dla u=0,6 i v=100m/s mamy P/F= 83,33W/N, dla v=200m/s - P/F=166,67W/N, dla v=500m/s - P/F=416,7W/N, dla dla v=1000m/s - P/F=833,3W/N ...
Wzór jest na tyle uniwersalny, że obejmuje również poczciwe nogi stołowe, traktowane jako silnik rakietowy wykorzystujący Ziemię jako czynnik roboczy, o prędkości wylotowej wynoszącej 0m/s. Faktycznie co byśmy na stole nie umieścili nie opada to w polu grawitacyjnym i nie zużywa energii na utrzymanie tego stanu, więc generuje dowolną 'siłę ciągu' za darmo - o ile tylko nie przeciążymy silnika lub nie ulegnie on uszkodzeniu lub zużyciu ;)
« Ostatnia zmiana: Kwiecień 30, 2016, 21:14 wysłana przez Głupi Jaś »

Offline Adam.Przybyla

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 3827
  • Realista do bólu;-)
Zakladasz, ze nie znam tego wyliczenia, mnie interesuje na ile oceniamy wspolczesne zapotrzebownaie na zasilanie;-) Od ilu kw mozna zaczac jakis przelom;-) Z powazaniem
                                                               Adam Przybyla
« Ostatnia zmiana: Maj 08, 2016, 10:40 wysłana przez Adam.Przybyla »
https://twitter.com/AdamPrzybyla
JID: adam.przybyla@gmail.com

Offline Głupi Jaś

  • Nowy
  • *
  • Wiadomości: 45
  • LOXem i ropą! ;)
Dwa rzędy wielkości to ok. 100x  więcej. Sadząc po sondzie DAWN byłaby to moc mierzona w MW. Czyli powierzchnia baterii słonecznych dla NEO/LEO musiałaby wynosić ok. 0,4ha/MW, a dla pasa planetoid 8ha/MW. Co przy grubości 2 mm (0,002m) i gęstości 2000 kg*m^-3 daje 16 Mg baterii dla NEO/LEO i 320 Mg dla pasa planetoid i nawet dziesięciokrotne zmniejszenie grubości baterii nie wiele da, bo wartości wciąż mierzy się w tonach (Mg). W przypadku innych źródeł energii trzeba jeszcze dodać wagę nośnika energii. Osobiście jako źródło mocy obstawiałbym silnik cieplny z wykorzystaniem rozpadu izotopów długożyciowych takich jak np. węgiel C14

Offline Adam.Przybyla

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 3827
  • Realista do bólu;-)
Czyli ile? 1MW? A to znasz: http://space.stackexchange.com/questions/12824/lightest-possible-solar-array ?
BTW, ATK chwali sie ze w jeden lot wspolczesnej rakiety jest w stanie wpakowac baterie w istniejacej technologii z 0.35 MW.
WG tego: https://www.orbitalatk.com/space-systems/space-components/solar-arrays/docs/FS007_15_OA_3862%20UltraFlex.pdf
dwa skrzydla po 40m srednicy (te kolka jak u antaresa tyko ze wieksze) maja dac 0.7MW. Na loty z LM2 do Marsa  i na jakis ciagnik miedzy LEO a LM2 styknie;-) Z powazaniem
                                                  Adam Przybyla
« Ostatnia zmiana: Maj 08, 2016, 10:54 wysłana przez Adam.Przybyla »
https://twitter.com/AdamPrzybyla
JID: adam.przybyla@gmail.com

Offline Głupi Jaś

  • Nowy
  • *
  • Wiadomości: 45
  • LOXem i ropą! ;)
16,3 kg węgla C14 wydziela 1 MW energii możliwej do przetworzenia na ciepło. Przy 25% sprawności potrzebaby więc 65,2 kg tego nośnika energii. Myślę, że cały układ siłowni dałoby się zamknąć w 300 kg. Utrata mocy w tempie 0,012% na rok (tj. ok 1,2% na stulecie) nie powinna być wielkim problemem. Izotop C14 można otrzymywać naświetlając C13 neutronami lub N14 elektronami (odwrócenie rozpadu beta minus).