В новостях часто встречается следующая схема ядерного электроракетного буксира.
Скорее всего, рисунок, как пишут, в воображении художника, с физикой и реальностью имеет мало общего.
К числу основных элементов космических ядерных энергоустановок относится защита от излучений ядерного реактора. Как, надеюсь, большинству известно при распаде ядра урана образуется 2-3 нейтрона. Для дальнейшей реакции нужен только один, поэтому 1-2 нейтрона свободно улетают в космос. Плюс прочие излучения. Окружающему космосу всё равно, а полезной нагрузке совсем нет, особенно если это люди. Отсюда первое требование: защита нужна в основном для полезной нагрузки.
Также известно, что вывод любой массы на околоземную орбиту очень дорогое удовольствие. Килограмм там дороже килограмма золота тут. Лучший материал для защиты от излучения – свинец – совсем не лёгкий. Требование второе: компоновка защиты должна обеспечить минимум её массы.
Исходя из наших требований, оптимальная масса и степень защиты будет у усеченного конуса.
Масса защиты зависит от объёма, где: толщина прямо зависит от расстояния до полезной нагрузки, форма от углового размера.
Вывод первый: нет никакого смысла в компоновке двигателей на крестообразном основании. Более логично разметить их на круге.
Желательно максимально удалить полезную нагрузку, но мало получить электричество, нужно его передать на двигатели. Часто упоминается мегаватт. Для примера возьмём бытовую электросеть. Для передачи примерно 5 кВт используется медный провод сечением 2.5 мм2. Соответственно для мегаватта нужно в 200 раз больше – 500 мм2. При длине в 20 метров весить такой проводок будет почти 100 кг, а надо их два. Плюс прочие сложности вроде раздвижения конструкции после вывода в космос. Сразу добавлю, что для уменьшения тока можно было бы повысить напряжение, но пропорционально увеличится масса изоляции.
Вывод второй: нет никакой необходимости размещать двигатели в торце планетолёта.
А вот и оптимальная схема всей системы.
Скорее всего, рисунок, как пишут, в воображении художника, с физикой и реальностью имеет мало общего.
К числу основных элементов космических ядерных энергоустановок относится защита от излучений ядерного реактора. Как, надеюсь, большинству известно при распаде ядра урана образуется 2-3 нейтрона. Для дальнейшей реакции нужен только один, поэтому 1-2 нейтрона свободно улетают в космос. Плюс прочие излучения. Окружающему космосу всё равно, а полезной нагрузке совсем нет, особенно если это люди. Отсюда первое требование: защита нужна в основном для полезной нагрузки.
Также известно, что вывод любой массы на околоземную орбиту очень дорогое удовольствие. Килограмм там дороже килограмма золота тут. Лучший материал для защиты от излучения – свинец – совсем не лёгкий. Требование второе: компоновка защиты должна обеспечить минимум её массы.
Исходя из наших требований, оптимальная масса и степень защиты будет у усеченного конуса.
Масса защиты зависит от объёма, где: толщина прямо зависит от расстояния до полезной нагрузки, форма от углового размера.
Вывод первый: нет никакого смысла в компоновке двигателей на крестообразном основании. Более логично разметить их на круге.
Желательно максимально удалить полезную нагрузку, но мало получить электричество, нужно его передать на двигатели. Часто упоминается мегаватт. Для примера возьмём бытовую электросеть. Для передачи примерно 5 кВт используется медный провод сечением 2.5 мм2. Соответственно для мегаватта нужно в 200 раз больше – 500 мм2. При длине в 20 метров весить такой проводок будет почти 100 кг, а надо их два. Плюс прочие сложности вроде раздвижения конструкции после вывода в космос. Сразу добавлю, что для уменьшения тока можно было бы повысить напряжение, но пропорционально увеличится масса изоляции.
Вывод второй: нет никакой необходимости размещать двигатели в торце планетолёта.
А вот и оптимальная схема всей системы.
Поделиться с друзьями
kahi4
Некрасиво, не полетит (с) Туполев.
Даже с учетом современных систем управления, в такой конфигурации мельчайшее отклонение силы создаст моменты, которые особо нечем компенсировать, да и маленький момент самих двигателей за счет их маленького разноса так же не способствует удобству управления.
Рисунок художника выглядит более убедительно. Почему крестовина? Потому что «каждый килограмм там дороже килограмма золота тут», а у крестовины соотношение полезной нагрузки к массе больше.
paul_155
могу только добавить, что это тема моей диссертации. для меня она супер красива
kahi4
Ни разу не видел, чтобы явно вытянутые объекты летали боком. В вашем варианте, разумеется, можно добиться неплохого управления, но центр масс может составить проблемы. Вот, к слову, проблема — при выгарании топлива центр масс будет смещаться вдоль продольной оси. Как вы собираетесь решать эту проблему? Как собираетесь стабилизировать вокруг этой же оси, если какой-то случайный момент раскрутит? (Я понимаю, что есть решения, но хотелось бы услышать именно ваш вариант).
Вы учитываете, что горячие двигатели лучше выносить как можно дальше от еще более горячего реактора? Там и без этого некуда тепло отводить.
Ну и в конце концов, есть простой пример — попробуйте толкать карандаш по середине и вдоль продольной оси. Какой вариант проще контроллировать, прикладывая силу в ограниченном месте? (Да да, я понимаю, что пример крайне не корректен из-за силы трения, но зато наглядный).
P.S. Я ни чуть не сомневаюсь в работоспособности вашей схемы, но есть подозрения, что она не столь эффективна по сравнению с более классической. Без шуток и сарказма очень интересно увидеть полную схему сил и моментов по всем трем осям в вашем варианте с учетом стабилизации по осям (если, конечно, не предполагается, что он будет вращаться вокруг нее. Если будет — с какой скоростью и прочее)
paul_155
Все спутники оптической разведки боком летают. Ось на Землю смотрит.
Управление аппаратом всегда раскладывается на управление движением центра масс и движение вокруг центра масс.
Т.е. носа у аппарата как бы нет.
Смещение центра масс это самая минимальная проблема, по сравнению с управлением реактором, преобразованием тепла в электричество и т.д.
kahi4
Преобразование тепла в электричество — это фигня по сравнению с лечением рака. Только задачи абсолютно не связанные между собой. В к.а., где каждый грамм дорог, придется впихивать громоздкую систему компенсирования смещения центра масс, либо дорогую дифференциальную систему развития силы тяги.
Спутникам разведки не нужны массивные двигатели для разгона до второй и выше космической, да и у них можно разнести рули достаточно далеко от базы, в данном случае нет.
Как говорил ув. Радеонов в таком случае: рыба где?! Нет рыбы и капусты — нет разговора.
olartamonov
Да какое «выгорание топлива». Это буксир. У него полезная нагрузка разная бывает. А у этого чуда плюс-минус пара тонн на правом конце — и центр масс настолько вбок от вектора тяги уедет, что никакими разумными маневровыми двигателями это не скомпенсируется. Будет весело крутиться, пока её центробежной силой не порвёт и реактор кому-нибудь на голову не катапультирует.
Pepka
В космосе без разницы, боком летит аппарат или носом, да хоть задом. Любая точка поверхности аппарата может быть носом если с противоположной стороны расположен двигатель. Ваш пример с карандашом — это нечто. Вы бы еще гематогенку с электронным микроскопом сравнили.
dzikar
Да и повышать напряжение можно безопасно без увеличения изоляции по всему проводу, вакуум всё же. Если конечно всему тому чему учили, не изменили. :) 25 тысяч можно повесить в космосе и не мудрить. Подвес провода на изоляторах, тонкая изоляция, расстояние от фермы сантиметров 30. Конечно для обслуживания придётся снимать напряжение, но сложностей не вижу и движение боком будет увеличивать поперечные нагрузки как мне кажется и центровка станет сложным мероприятием.
rPman
Если сравнивать защиту массой и расстоянием — то расстоянием — дешевле, грубо говоря длинные пилоны заметно легче по массе, потому как зависимость степени защиты — квадрат от расстояния, в отличии линейной у массивной стены.
недостаток длинной конструкции — плохая маневренность, ее можно компенсировать добавлением маневровых двигателей в нескольких узлах пилона и впереди-сзади.
Вы уверены что мегават лучше по меди проводить а не по сверхпроводнику?
paul_155
маневровые двигатели нужны в любом случае. с мегаваттом тяга будет единицы ньютонов. это не создаст особой нагрузки на ось.
не слышал об успешных испытаниях сверхпроводников в космосе.
rPman
Cверхнизкие температуры в космосе используют, но для передачи электроэнергии ни у кого и в мыслях не было, так как о мегаватах заговорили только сейчас.
ОЧЕНЬ длинные пилоны могут быть недостаточно жесткими, чтобы передавать даже слабые нагрузки электромагнитных двигателей. Мало того, они работать то будут только на растяжение, во всех остальных случаях — как веревка, гнется и поворачивается
VenomBlood
Вообще, если излучение не настолько сильно, чтобы породить каскад осколков — затухание идет по экспоненте в зависимости от толщины изолятора.
Arxitektor
И вакуум сам по себе хороший изолятор.
Но трансформатор весит много.
Выходное напряжение реактора равно напряжению двигателей + потери.
a5b
Данные о реальности приведены в http://zakupki.gov.ru/44fz/filestore/public/1.0/download/priz/file.html?uid=35F1847850940008E053AC110725D86B
(см https://geektimes.ru/post/277712/#comment_9391702 и https://geektimes.ru/post/277712/#comment_9391842 — http://tnenergy.livejournal.com/66442.html)
Siper
Крестообразное размещение потому что там капельный холодильник.
Whisky667
Давно отказались из-за сложности.
Впрочем, этот проект изначально никто не собирался отправлять в космос, читайте условия.
Whisky667
Добавлю, пожалуй, что такую нагрузку гораздо легче сделать складной, т.е. упихать под обтекатель.
Silverado
А как оно будет летать без полезной нагрузки?
Chigin
С рассчетом провода категорически не согласен!
Для того, чтобы передать 5квт необходим провод на 2.5мм2, но это при напряжении 220вольт!
Вернее говорить что провод 2,5мм2 сможет пропустить около 22 Ампер, что при напряжении, скажем в 1000Вольт уже даст 22кВт.
Поэтому, не зная на каком напряжении работает двигатель, проводить такие рассчеты нельзя.
Думаю напряжения там будут измеряться киловольтами, а может и десятками или сотнями киловольт и сечения провода будут довольно вменяемыми.
paul_155
расчет дан, для понимания. но тоже учтите, что десяток киловольт пробьёт изоляцию
Chigin
Рассчет искажает понимание, Вы уверены что там именно 220 вольт?
Если там не 220, рассчет не верен, и масса проводка изменится в ту или иную сторону.
Десяток киловольт пробьет изоляцию, если она на него не рассчитана, кроме того вакуум сам по себе неплохой изолятор.
olartamonov
У ТЭМ бортовое питание — 4,5 кВ, изоляция на такое напряжение — 3 мм банального сшитого полиэтилена.
zirus
Добавлю к этому, что нельзя говорить о том, что провод такого-то сечения проведёт такой-то ток. Вопрос лишь в том, насколько провод нагреется от заданного тока, допустимы ли такие потери, и позволяет ли изоляция провода долго работать при такой температуре.
Кроме того, по массе алюминиевый провод значительно легче медного при одинаковой проводимости, а там уже другие сечения
GreyPhantom
<<алюминиевый провод значительно легче медного при одинаковой проводимости>> А я-то, пол-жизни проработав с электрооборудованием, наивно верил что у меди проводимость выше, чем у алюминия
Chigin
Так и есть, но zirus затронул интересную тему, в космосе же реально каждый килограмм на счету.
Я тут погуглил, сравнил медь и алюминий, электропроводность меди выше алюминия почти в 2 раза, зато плотность меди в 3.3 раза больше алюминия.
Получается, что по соотношению электропроводность/масса алюминий выигрывает.
Foolleren
добавьте сюда легирование алюминия, например иттрием, 7,5% на дороге не валяются.
vmarunin
«Проводимость» она от сечения провода. Да, у квадрата меди сопротивление меньше чем у алюминия, раза в полтора (точнее в 0,0295/0,01724=1,71). А плотность меди и вес провода с сечением в квадрат у меди выше раза в три (точнее в 8,92/2,67=3,34)
Получается мы вместо провода сечением в 1 квадратный миллиметр меди можем поднять/подвесить 3,34 квадрата алюминия, который хуже, но его больше и получим сопротивление в 1,95 раз меньше.
Собственно на ЛЭП провода алюминивые, а не медные. По цене дешевле, по весу легче.
Но если есть проблемы с местом, например внутри трансформатора, то да, лучше медь, чем алюминий.
Или прочие факторы могут сыграть, вроде окисляемости.
PS Дома поменял проводку с алюминиевой на медную. Из-за прочих факторов.
cyberly
>> Но если есть проблемы с местом, например внутри трансформатора
Дополню. Проблемы есть в относительно небольших трансформаторах (до нескольких киловатт). А в больших все хорошо помещается, и тоже стоит алюминий.
black_semargl
А провод можно и из лития сделать — окисляться в вакууме он не будет.
Электропроводность у него вдвое хуже алюминия — а вот легче он впятеро.
pda0
В космосе можно и о сверхпроводнике подумать. Надо только его в тени держать постоянно, чтобы Солнышко не нагрело.
olartamonov
Всегда было интересно, что движет такими кулибиными, всерьёз считающими, что они сейчас за полчаса в пейнте быстренько уделают профессиональных разработчиков из двух-трёх профильных НИИ (ответ «эффект Даннинга-Крюгера» правилен, но слишком скучен).
А по теме — у нарисованного вами недоразумения при любом значимом изменении полезной нагрузки вектор тяги окажется настолько в стороне от центра масс, что оно будет не летать, а весело кувыркаться в небе.
Это, конечно, не единственный недостаток конструкции, зато самый смешной.
dsmd
Согласен, но насколько тенически сложно передвигать двигательный блок в стороны по балке, на которой он закреплен?
Чтобы компенсировать смещение центра масс не маневровыми, а смещениями самого блока.
olartamonov
Будет сложнее, дороже и ненадёжнее, чем оригинальная конструкция.
egovreader
Вы молодец. Главное сделать шаг навстречу будущему!
vav1st
Нельзя забывать, что подобная конструкция выбрана с учетом того чтобы вывести космический буксир целиком. Т. е. ее конструкция складная.
Балки с ЭРД складываются, капельный холодильник складывается а ядерная энергоустановка выдвигается из ферменного отсека (отсек несущих форм).