Załogowa wyprawa na Marsa

[Adam.Przybyla]

Otóż Chang-Diaz (projektant VASIMRa) na potrzeby teoretycznych rozważań opisał futurystyczny pojazd o masie 600 ton (z pełnymi zbiornikami) z silnikiem VASIMR i pokładową elektrownią atomową o mocy elektrycznej 200 MW, czyli jakieś 1 GW mocy cieplnej. Dla porównania - jest to pięć razy więcej niż moc reaktora nowego rosyjskiego okrętu podwodnego Borei, który jest przy tym niemal 30x cięższy od zaproponowanego przez Chang-Diaza statku marsjańskiego. No cóż, gdybyśmy mieli takie źródło energii, to byśmy latali na Marsa w 39 dni. Nie potrzebowalibyśmy do tego VASIMRa - jonowce też by dały radę. Problemem nie jest silnik, ale źródło energii do niego.

A może aż tak bardzo nie kombinować, energię wziąć wprost ze słońca. Zbudować coś podobnego do optycznego teleskopu zwierciadlanego. Powiedzmy zwierciadło pierwotne o średnicy około 100m. Ilość energii słonecznej w okolicy Ziemi to ok. 1.37 kW/m2, więc zbieramy energię o mocy rzędu 10 MW. Do tego ruchome zwierciadło wtórne o średnicy 5-10 metrów, które dalej koncentruje energię i kieruje wprost do komory silnika VASIMR, tworząc plamkę załóżmy o powierzchni 1 m2 . Przy locie w stronę od Słońca, to raczej byłaby potrzebna jakaś soczewka wtórna. Oczywiście trzeba by rozwiązać kilka kwestii technicznych jak budowa takich zwierciadeł kosmosie, ale zakładam że to się da przeskoczyć, jakieś napylanie na specjalną napompowaną konstrukcję. Napylanie w próżni i nieważkości może dać lepszą jakościowo czaszę niż na ziemi, tak coś podejrzewam. Może jakaś inna prosta technika. A nie potrzebujemy zresztą zbyt dużej precyzji, to nie teleskop.
Natomiast widzę dwa problemy istotne.
Czy gęstość energii będzie dostateczna dla uzyskania dobrych parametrów pracy silnika, czyli dla podgrzania plazmy do odpowiednio wysokich temperatur.
No i drugi. Ile energii w silniku VASIMR jest zużywane na podgrzewanie, a ile na utrzymanie plazmy? Jeżeli udział energii potrzebnej na utrzymanie plazmy jest duży, to i tak ten pomysł nie załatwia problemu.
No i oczywiście przy końcu pasa planetoid ta moc spadnie ponad 10 krotnie, poniżej 1 MW/m2.

            ... energetycznie wyglada to fajnie, ale pamietaj o dwoch kwestiach spojnosc wiazki - na dlugie dystanse moze byc roznie no, efektywnosc odbiornika, trudno bedzie trafic w sam silnik;-) No i wiesz, to musialyby byc wszystko nowe technologie, bo od biedy technologie nuklearne mamy juz prawie opanowane;-) Tz. nie mowie, ze sie nie da. NASA nawizywala lacznosc laserowa nawet z tak odlegla sonda jak messanger - czyli byli w stanie trafic w nia laserem;-)
Ale przeslanie wiazki z energia to juz wiekszy problem. Z powazaniem
                                                                                                                                                                              Adam Przybyla

[Trafiony]

            ... energetycznie wyglada to fajnie, ale pamietaj o dwoch kwestiach spojnosc wiazki - na dlugie dystanse moze byc roznie no, efektywnosc odbiornika, trudno bedzie trafic w sam silnik;-) No i wiesz, to musialyby byc wszystko nowe technologie, bo od biedy technologie nuklearne mamy juz prawie opanowane;-) Tz. nie mowie, ze sie nie da. NASA nawizywala lacznosc laserowa nawet z tak odlegla sonda jak messanger - czyli byli w stanie trafic w nia laserem;-)
Ale przeslanie wiazki z energia to juz wiekszy problem. Z powazaniem
                                                                                                                                                                              Adam Przybyla

Chyba źle zostałem zrozumiany, nie chodzi o przesyłanie wiązki na długie dystanse. To zwierciadło ma lecieć ze statkiem. To ma być jakaś odpowiednio ukształtowana w czaszę cienka folia metalowa, pokryta warstwą odbijającą, i tylko lekko usztywniona jakąś delikatną strukturą, dla utrzymania stabilności i kształtu przy przeciążaniach. A przeciążenia będą minimalne, najwyżej 0,1 m/s2. Innych obciążeń nie powinno być, bo to przecież nieważkość. Zakładam że powstanie technologia tworzenia takiej delikatnej czaszy w kosmosie.
Swoją drogą, jest jakiś uwiąd myśli. Już dawno na ISS powinni testować tego typu pomysły, takie różne kosmiczne nowe technologie. Bo nieważkość i próżnia może być też ułatwieniem, tylko trzeba wiedzieć jak je wykorzystać. O ile wiem, na Ziemi ciążenie jest utrudnieniem przy niektórych procesach technologicznych. 

[Adam.Przybyla]

            ... energetycznie wyglada to fajnie, ale pamietaj o dwoch kwestiach spojnosc wiazki - na dlugie dystanse moze byc roznie no, efektywnosc odbiornika, trudno bedzie trafic w sam silnik;-) No i wiesz, to musialyby byc wszystko nowe technologie, bo od biedy technologie nuklearne mamy juz prawie opanowane;-) Tz. nie mowie, ze sie nie da. NASA nawizywala lacznosc laserowa nawet z tak odlegla sonda jak messanger - czyli byli w stanie trafic w nia laserem;-)
Ale przeslanie wiazki z energia to juz wiekszy problem. Z powazaniem
                                                                                                                                                                              Adam Przybyla

Chyba źle zostałem zrozumiany, nie chodzi o przesyłanie wiązki na długie dystanse. To zwierciadło ma lecieć ze statkiem. To ma być jakaś odpowiednio ukształtowana w czaszę cienka folia metalowa, pokryta warstwą odbijającą, i tylko lekko usztywniona jakąś delikatną strukturą, dla utrzymania stabilności i kształtu przy przeciążaniach. A przeciążenia będą minimalne, najwyżej 0,1 m/s2. Innych obciążeń nie powinno być, bo to przecież nieważkość. Zakładam że powstanie technologia tworzenia takiej delikatnej czaszy w kosmosie.
Swoją drogą, jest jakiś uwiąd myśli. Już dawno na ISS powinni testować tego typu pomysły, takie różne kosmiczne nowe technologie. Bo nieważkość i próżnia może być też ułatwieniem, tylko trzeba wiedzieć jak je wykorzystać. O ile wiem, na Ziemi ciążenie jest utrudnieniem przy niektórych procesach technologicznych.

             ... no to tym bardziej, japonczycy wmontowali w swojego ikarosa baterie sloneczne w zagiel, bardziej lekkiej konstrukcji sie nie da zrobic. A i tak nie ua sie w ten sposob zebrac odpowienije ilosci energiii. Dla lotow poza i do jowisza jest to juz po prostu nieoplacalne, zadne "skupiacz" tu nie pomoze. On tez by swoje wazyl. Z powazaniem
                                                                                                                                                                                                                Adam Przybyla

[Borys]

Można wiedzieć co to za koncepcja (jakaś oficjalna nazwa czy tylko jedna z teorii fiz. czekająca na dojrzenie technologii/testy)?

Produktem reakcji jądrowych nie jest ciepło, ale naładowane cząstki. Jeżeli reaktor zbudowany byłby w postaci cienkich arkuszy, włókien lub drobinek materiału rozszczepialnego, produkty reakcji jądrowej opuszczałyby paliwo przed uderzeniem w cokolwiek i zamianą energii w ciepło. Strumień takich naładowanych cząstek byłby zamieniany bezpośrednio w elektryczność, światło (z udziałem fluorescencyjnych mieszanek gazowych) lub też wykorzystany jako ciąg.

[Borys]

A może na razie wystarczyłby tylko jakiś generator MHD ??

MHD wymaga b. wysokich temperatur pracy (wystarczających do wytworzenia plazmy), a te ciężko uzyskać w reaktorze jądrowym. Poza tym sprawność i trwałość generatorów MHD ustępuje innym metodom przetwarzania energii cieplnej na elektryczną.

[Borys]

A może aż tak bardzo nie kombinować, energię wziąć wprost ze słońca. Zbudować coś podobnego do optycznego teleskopu zwierciadlanego.

Takie coś nazywa się solar thermal rocket i zostało wymyślone przez pana Kraffta Ehricke jeszcze zanim cokolwiek poleciało w kosmos.

Problemem jest topliwość dostępnych materiałów, z których wykonany byłby silnik - z tego powodu impuls właściwy w najlepszym wypadku byłby 2-3x wyższy od silników chemicznych, podczas gdy napędy elektryczne mają impulsy kilkadziesiąt razy wyższe.

[Romek63]

To może trzeba sięgnąć po nowsze technologie. Ciekaw jestem co sądzisz o tej koncepcji ?
silnik fuzyjny
http://phys.org/news/2011-06-nasa-fusion-thruster-space.html%22/
http://m.futura-sciences.com/2071/show/8c5aac6c42f20bbe1a59b9bada75a029&t=78354342a816396a7f1cc05cef9682c1%22
http://phys.org/news/2011-06-nasa-fusion-thruster-space.html
http://www.uprp.pl/nasa-proponuje-nowy-sposob-napedzania-statkow-kosmicznych/Lead15,61,3235,9,wai,pl,text/
http://orbiteritalia.forumotion.com/t1288-un-motore-spaziale-a-fusione-nucleare-laser-boro-ed-i-progetti-nasa
http://passion-radio.forumactif.com/t3846p30-regard-sur-l-univers-de-la-physique-et-l-astrophysique




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

[Borys]

To może trzeba sięgnąć po nowsze technologie. Ciekaw jestem co sądzisz o tej koncepcji ?

Porozmawiamy o syntezie termojądrowej, kiedy komuś uda się ją w sposób kontrolowany i wydajny przeprowadzić. Na razie to jest fantastyka.

[Trafiony]

Problemem jest topliwość dostępnych materiałów, z których wykonany byłby silnik - z tego powodu impuls właściwy w najlepszym wypadku byłby 2-3x wyższy od silników chemicznych, podczas gdy napędy elektryczne mają impulsy kilkadziesiąt razy wyższe.

Ale ja inaczej to sobie wyobrażałem. Skoro blokujemy w "komorze spalania" plazmę polem magnetycznym, to zablokujmy ją powiedzmy po drugiej stronie od dyszy wylotowej takim polem (a może elektrycznym) ale tak, aby jej nie zasłaniać dla światła. Czyli tak, aby był otwór przez który możemy z zewnątrz swobodnie nagrzewać plazmę. Nie wiem na ile jest to wykonalne, bo trzeba by tak to sprytnie obudować wokoło urządzeniami wytwarzającymi pole, ale tak aby pozostał spory otwór.

W linku który podałeś

http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_thermal_rocket

oni pokazują dwie metody nagrzewania, obydwie różne od tego o czym myślałem.
Pierwsza pośrednia, polega na wykorzystaniu jakiejś substancji przenoszącej ciepło odbierane na zewnątrz do komory spalania.
Druga bezpośrednia, polega na ogrzewaniu rotującego walca w którym jest paliwo - czynnik mający wytwarzać odrzut (tak zrozumiałem ten bardzo niejasny opis). Walec musi być wykonany z materiałów o bardzo wysokiej temperaturze topnienia. Jest to stop węgliku hafnu i węgliku tantalu.

" Węglik hafnu HfC ma bardzo wysoką temperaturę topnienia, powyżej 3890 °C, a stop węgliku hafnu i węgliku tantalu (Ta4HfC5) ma jedną z najwyższych znanych temperatur topnienia: 4215 °C."

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

[Matias]

Można wiedzieć co to za koncepcja (jakaś oficjalna nazwa czy tylko jedna z teorii fiz. czekająca na dojrzenie technologii/testy)?

Produktem reakcji jądrowych nie jest ciepło, ale naładowane cząstki. Jeżeli reaktor zbudowany byłby w postaci cienkich arkuszy, włókien lub drobinek materiału rozszczepialnego, produkty reakcji jądrowej opuszczałyby paliwo przed uderzeniem w cokolwiek i zamianą energii w ciepło. Strumień takich naładowanych cząstek byłby zamieniany bezpośrednio w elektryczność, światło (z udziałem fluorescencyjnych mieszanek gazowych) lub też wykorzystany jako ciąg.

Dzięki!

[Borys]

Ale ja inaczej to sobie wyobrażałem. Skoro blokujemy w "komorze spalania" plazmę polem magnetycznym, to zablokujmy ją powiedzmy po drugiej stronie od dyszy wylotowej takim polem (a może elektrycznym) ale tak, aby jej nie zasłaniać dla światła. Czyli tak, aby był otwór przez który możemy z zewnątrz swobodnie nagrzewać plazmę.[...]

Czyli grzać gaz bez grzania silnika. O to właśnie chodzi w metodzie bezpośredniej. Tak też można, ale poprawa jest nieznaczna (Isp z 900s skacze do 1200s), ponieważ kolejnym wąskim gardłem jest temperatura barwowa światła słonecznego. W skrócie, przy pomocy światła słonecznego nie da się nagrzać niczego powyżej temperatury ok. 5700K, bez względu na to, jak wymyślną optykę się zastosuje. 5700K to niemal dwa razy więcej niż w metodzie pośredniej, ale że impuls właściwy skaluje się z pierwiastkiem temperatury, poprawa osiągów nie jest imponująca.

[KonradL]

Tak naprawdę zrobiono to pięćdziesiąt lat temu. Ten projekt to z grubsza zmodernizowana wersja reaktora SNAP-10A, który poleciał w kosmos w 1965 roku.

No rzeczywiscie, nawet zewnetrznie praktycznie identyczny, a w dodatku juz testowany w kosmosie... Na co wiec czekali, a wlasciwie czekaja tyle czasu? Tych styrlingow sie boja przy czasach operacji rzedu dziesiatek lat?

Da się, tylko sprawność jest niska, powiedzmy - do 20%. Dużo ciekawsze by było przetworzenie energii reakcji jądrowych bezpośrednio w elektryczność, bez udziału ciepła, co koncepcyjnie też jest możliwe.

Dzieki za linka, poczytam sobie.

[PiotrW]

To jest NASA, oni świetnie wiedzą o takich możliwościach w końcu większość z tych technologii jest dostępna dzięki nim.

Sprostowanie - w kosmos nie latają nowinki techniczne, tylko elektronika z przynajmniej piętnastoletnim stażem.

Jest sporo prawdy w tym co napisałeś, dlatego też tęskno mi do obecności Rosjan w kosmosie. Oni jednak mieli do tego "jaja" żeby nie bać się stosowania nowych technologii.

[KonradL]

o... no nawet ostatnio mielismy pokaz "nowinek" technicznych przy okazji rosyjskiego najazdu na Fobosa.

[Borys]

No rzeczywiscie, nawet zewnetrznie praktycznie identyczny, a w dodatku juz testowany w kosmosie... Na co wiec czekali, a wlasciwie czekaja tyle czasu? Tych styrlingow sie boja przy czasach operacji rzedu dziesiatek lat?

SNAP-10 nie miał stirlingów, tylko termoparę.  Co do czekania - po prostu nie chcą atomu w kosmosie. Publika się boi, a naglącej potrzeby też nie ma (RTG wystarczają). Za to Rosjanie przez dłuższy czas strzelali reaktorami w kosmos, w satelitach RORSAT.