Поиск  Пользователи  Правила 
Закрыть
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?
Регистрация
Войти
 
Страницы: 1 2 3 След.
RSS
NASA строит термоядерный двигатель Fusion Driven Rocket
 
http://habrahabr.ru/company/apps4all/blog/176227/

Цитата

Под эгидой NASA строят термоядерный космический двигатель перевод

Научно-популярное, Космонавтика, Блог компании «Apps4All»
NASA и частные компании всеми силами хотят отправить человечество на Марс. Команда Университета Вашингтона, финансируемая космическим агентством, в свою очередь намеревается для этого разработать термоядерный двигатель, который сможет доставить человека на Красную планету за 30 дней, а также сделать возможными и другие космические путешествия.

«Используя существующее ракетное топливо практически невозможно для человечества исследовать что-то за пределами Земли», — говорит ведущий исследователь Джон Слоуг. «Мы надеемся получить достаточно энергии для того, чтобы межпланетные путешествия стали обычным делом»,

Предлагаемый Fusion Driven Rocket (FDR) – двигатель 150-тонного корабля, который использует магнетизм для сжатия литиевых или алюминиевых частей вокруг дейтерий-тритийного топливного ядра для инициации термоядерного синтеза. Результирующая сила реакции вызывает распыление вещества на скорости 30 км/с, она и толкает корабль вперед.



Отработанное топливо выбрасывается за корабль и так как весь процесс основан на магнетизме, износ двигателя минимален. При этом пеллета размером с зерно может обеспечить такое же количество импульса, что и галлон ракетного топлива.

Все это требует электрической энергии для управления и поддержания реакции, но инженер Энтони Панкокти утверждает, что преимущества такого магнитного двигателя в том, что космический корабль может питать сам себя только солнечной энергией.

«Он очень масштабируем – мы можем добиться термоядерной реакции в гораздо меньшем масштабе», — говорит он. «Мы можем запустить созданный двигатель от 200 киловаттной солнечной панели, т.е. примерно той же мощности, которую генерируют сейчас панели МКС».

При помощи FDR время полета до Марса может сократиться до 30-90 дней, по сравнению с 8 месяцами полета на «химической» тяге. Для 30-дневного путешествия понадобится всего трехдневная работа двигателя для разгона и еще три дня на его замедление на орбите Марса.

Такой двигатель также будет значительно дешевле на стадии разгона, чем химические ракеты, так как ему требуется гораздо меньше топлива на преодоление земной гравитации. Для предлагаемой 150-тонной конструкции примерно треть можно будет занять грузом, а уменьшенное время полета также уменьшит влияние радиации на космонавтов.

Многие космические полеты заканчиваются торможением об атмосферу для экономии топлива. Новый привод, однако, настолько эффективен, что такое торможение становится бессмысленным, так как масса защиты будет больше, чем масса расходуемого топлива.

Команда протестировала все части FDR в лаборатории и сейчас начинает строить двигатель в рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts Program, обеспечивающей финансирование для долгосрочных космических программ. FDR один из 10 проектов, добравшихся до Второй Стадии. Прототип FDR будет создан в ближайшие полтора года, а готовый корабль надеются создать к 2020 году – но при увеличении финансирования сроки могут быть и сокращены.

Учитывая жесткую экономию Правительства США это маловероятно, но FDR может сделать химические или ионные двигатели настолько же устаревшими, насколько сейчас нам кажется устаревшим паровой двигатель.
 
http://nextbigfuture.com/2012/09/the-fusion-driven-rocket-nuclear.html

Цитата

The future of manned space exploration and development of space depends critically on the creation of a dramatically more proficient propulsion architecture for in-space transportation. A very persuasive reason for investigating the applicability of nuclear power in rockets is the vast energy density gain of nuclear fuel when compared to chemical combustion energy. Current nuclear fusion efforts have focused on the generation of electric grid power and are wholly inappropriate for space transportation as the application of a reactor based fusion-electric system creates a colossal mass and heat rejection problem for space application. The Fusion Driven rocket (FDR) represents a revolutionary approach to fusion propulsion where the power source releases its energy directly into the propellant, not requiring conversion to electricity. It employs a solid lithium propellant that requires no significant tankage mass. The propellant is rapidly heated and accelerated to high exhaust velocity (over 30 km/s), while having no significant physical interaction with the spacecraft thereby avoiding damage to the rocket and limiting both the thermal heat load and radiator mass. In addition, it is believed that the FDR can be realized with little extrapolation from currently existing technology, at high specific power (about 1 kW/kg), at a reasonable mass scale (less than 100 mt), and therefore cost. If realized, it would not only enable manned interplanetary space travel, it would allow it to become common place.
The key to achieving all this stems from research at MSNW on the magnetically driven implosion of metal foils onto a magnetized plasma target to obtain fusion conditions. A logical extension of this work leads to a method that utilizes these metal shells (or liners) to not only achieve fusion conditions, but to serve as the propellant as well. Several low-mass, magnetically-driven metal liners are inductively driven to converge radially and axially and form a thick blanket surrounding the target plasmoid and compress the plasmoid to fusion conditions. Virtually all of the radiant, neutron and particle energy from the plasma is absorbed by the encapsulating, metal blanket thereby isolating the spacecraft from the fusion process and eliminating the need for large radiator mass. This energy, in addition to the intense Ohmic heating at peak magnetic field compression, is adequate to vaporize and ionize the metal blanket. The expansion of this hot, ionized metal propellant through a magnetically insulated nozzle produces high thrust at the optimal Isp. The energy from the fusion process, is thus utilized at very high efficiency. Expanding on the results from the phase I effort, phase II will focus on achieving three key criteria for the Fusion Driven Rocket to move forward for technological development:

1. the physics of the FDR must be fully understood and validated,
2. the design and technology development for the FDR required for its implementation in space must be fully characterized, and
3. an in-depth analysis of the rocket design and spacecraft integration as well as mission architectures enabled by the FDR need to be performed. Fulfilling these three elements form the major tasks to be completed in the proposed Phase II study.

A subscale, laboratory liner compression test facility will be assembled with sufficient liner kinetic energy (about 0.5 MJ) to reach fusion breakeven conditions. Initial studies of liner convergence will be followed by validation tests of liner compression of a magnetized plasma to fusion conditions. A complete characterization of both the FDR and spacecraft will be performed and will include conceptual descriptions, drawings, costing and TRL assessment of all subsystems. The Mission Design Architecture analysis will examine a wide range of mission architectures and destination for which this fusion propulsion system would be enabling or critical. In particular a rapid, single launch manned Mars mission will be detailed.

Background

Did not have time to go back and review all of John Slough's work

Fusion plasmoid space propulsion

Reviewing the phase 1 project work for this project

John Slough fusion space propulsion work reviewed in 2011

At the NASA NIAC Spring Symposium, John Slough presented Nuclear Propulsion through Direct Conversion of Fusion Energy (30 pages)

John Slough could have an experiment in 2012 with a net gain in fusion energy of 1.6. It will be an imploding liner experiment. For space propulsion he is targeting a 200 times gain in energy output from what is input. Mission profiles are for 30 day or 90 day missions to Mars with over 5000 ISP.

* Lowest mass fusion system is realized with FRC (Field Reversed Configuration) compressed by convergent array of magnetically driven metal foils - steps (a), (b)

*Fusion neutron and particle energy is directly transferred to the encapsulating, thick metal blanket - step ©
−Provides spacecraft isolation from fusion process
−Eliminates need for large radiator mass

* Expansion of hot, ionized propellant in magnetic nozzle - step (d)
−Produces high thrust at optimal Isp

Fusions Assumption:
• Ionization cost is 75 MJ/kg
• Coupling Efficiency to liner is 50%
• Thrust conversation ~ 90%
• Realistic liner mass are 0.28 kg to 0.41 kg
• Corresponds to a Gain of 50 to 500
• Ignition Factor of 5
• Safety margin of 2: GF =GF(calc.)/2

Mission Assumptions:
• Mass of Payload= 61 mT
• Habitat 31 mT
• Aeroshell 16 mT
• Descent System 14 mT
• Specific Mass of capacitors ~ 1 J/kg
• Specific Mass of Solar Electric Panels 200 W/kg
• Tankage fraction of 10% (tanks, structure, radiator, etc.)
• Payload mass fraction =Play load Mass
• System Specific Mass = Dry Mass/SEP (kg/kW)
• Analysis for single transit optimal transit to Mars
• Full propulsive braking for Mar Capture - no aerobraking


Plus John is working on the Helion Energy nuclear fusion reactor
 
Презентацию в PDF можно скачать здесь:

http://www.nasa.gov/pdf/636883main_FDR_talk_NIAC_2012_final.pdf
 
До второй стадии, говорите?
Берем обоснование бюджета, читаем:

Цитата
The NIAC core program supports research through two phases of study. Phase I awards are typically nine-month efforts (up to $100,000) to explore the overall viability and advance the technology readiness level of visionary concepts. A follow-on Phase II develops the most promising Phase I concepts for up to two years (about $500,000) and explores infusion paths within NASA and beyond. Candidate studies may be selected from multiple sources: educational institutions, commercial and not-for-profit organizations, research laboratories, federal agencies, and NASA Centers (including the Jet Propulsion Laboratory).
То есть ребята из Apps4All собираются построить свой FDR за 500 килобаксов. Флаг в руки, дорогие товарищи, стройте...
Сказанное выше выражает личную точку зрения автора, основанную на открытых источниках информации
 
Mission Design Architecture for the Fusion Driven Rocket

http://msnwllc.com/Papers/FDR_JPC_2012.pdf
 
Может кому будет интересно вот статья о органике на марсе http://naooka.ru/nashel-li-curiosity-energiyu-dlya-mikroorganizmov-na-marse/
 
Российская ассоциация содействия науке (РАСН) предлагает правительству принять в качестве масштабного научного проекта проект термоядерного реактора "Игнитор". Особенностью проекта является сжатие плазмы сильным магнитным полем. Это позволяет значительно сократить размеры и массу реактора.

"Игнитор" по принципу действия похож на FDR и в перспективе возможно будет адаптирован для космических целей.

http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=221&d_no=40389

http://russian-science.com/files/file/survey_051212.pdf
Цитата
В июле 2011 г. на совещании в Дубне российские ученые предложили новый способ возрождения и поддержки науки. Речь шла о том, чтобы запустить на территории Российской Федерации мегамасштабные научные проекты по образцу нашумевшего андронного коллайдера. Предложение было оформлено под соответствующим названием «Проекты MegaScience», а общий бюджет составил 133 миллиарда рублей.
...........
«Игнитор»
Реакции, происходящие с атомными ядрами, таят в себе неисчерпаемый запас энергии. Но какие именно реакции лучше подходят для использования в энергетических установках – это, прежде всего, вопрос возможностей наших технологий. Например, слияние ядер с превращением более легких элементов в более тяжелые – это весьма привлекательный с энергетической точки зрения процесс. Но чтобы начать «собирать» энергию, надо сначала нагреть компоненты смеси до 150 миллионов градусов. Из какого материала должны быть произведены стенки предполагаемого «реактора», чтобы они выдерживали такой нагрев, ученые пока не выяснили. Но есть способы удерживать нагретую плазму (а при
93
таких температурах вещество существует в виде плазмы) с помощью магнитного поля. Такие технологии стремительно совершенствуются. Разработке таких технологий посвящен первый проект - реактор термоядерного синтеза в г. Троицке. Реактор «Игнитор» при сопоставимой мощности по проекту должен быть почти в 40 раз меньше (см. рисунок) своего ближайшего аналога, который сейчас строится во Франции (кстати, с участием России).
[img]http://www.strf.ru/Attachment.aspx?Id=30868[/img] ITER и IGNITOR. Сравнительный масштаб. Источник: документация проекта Ignitor

http://russian-science.com/files/file/survey_051212.pdf
 
Цитата
goran d пишет:
наса разрабатывает новый тярд:
http://www.theregister.co.uk/2013/04/10/nasa_fusion_engine_fast_mars_trip/
Изменено: SFN - 12.04.2013 19:03:30
 
Крайне сомнительно, что бы это все работало. Во-1 очень удивительно, что до такой простой схемы с Q=100 не додумались ученые, которые придумывали различные схемы инерционного конфаймента, а во-2 простое сравнение с имплозивной схемой атомной бомбы показывает, что здесь давления меньше - а ведь имплозивных одноступенчатых термоядерных зарядов не существует...
 
Троицк - известное гнездо фуфловых псевдофизических мегапопильных проектов бывшего Минрадиопрома.
См. мемуары Кисунько.
Ответил со свойственной ему свирепостью (хотя и не преступая ни на дюйм границ учтивости). © :)
 
Много проще, ИМХО, реализовать взрыволёт.
 
NASA и частные компании всеми силами хотят отправить человечество на Марс. Команда Университета Вашингтона, финансируемая космическим агентством, в свою очередь намеревается для этого разработать термоядерный двигатель

Опять...
Все возможно
 
Цитата
Ded пишет:
NASA и частные компании всеми силами хотят отправить человечество на Марс. Команда Университета Вашингтона, финансируемая космическим агентством, в свою очередь намеревается для этого разработать термоядерный двигатель

Опять...
Весна... вот и по вылазили буйные....а может с доставкой депрессантов проблемы.
Изменено: pragmatik - 18.04.2013 21:47:25
 
Цитата
hecata пишет:простое сравнение с имплозивной схемой атомной бомбы показывает, что здесь давления меньше - а ведь имплозивных одноступенчатых термоядерных зарядов не существует...
Ну имхо - не зная напряженность магнитного поля судить все-таки нельзя. Кроме того если заглянуть в пдф-ку, то выяснится, что у них весьма изящное решение - обжим производится фольгой, разогнанной в магнитном поле. А тут уже возникает вопрос длины "тормозного пути" - если он мал, то силы могут быть реально чудовищными...

Цитата
Дмитрий Инфан пишет:
Много проще, ИМХО, реализовать взрыволёт.
так это и есть взрыволет
Изменено: dmdimon - 18.04.2013 23:26:50
push the human race forward
 
Цитата
dmdimon пишет:
Цитата
Дмитрий Инфан пишет:
Много проще, ИМХО, реализовать взрыволёт.
так это и есть взрыволет
Я имею в виду классический взрыволёт, типа "Ориона". Для его реализации ничего фундаментального изобретать не нужно - нужна лишь политическая воля.
А тут проблемы равномерного обжатия мишени, проблемы протекания реакции в плазме будут решаться десятками лет, и не факт, что их удастся разрешить.
Изменено: Дмитрий Инфан - 19.04.2013 07:02:24
 
Цитата
dmdimon пишет:
Цитата
hecata пишет:простое сравнение с имплозивной схемой атомной бомбы показывает, что здесь давления меньше - а ведь имплозивных одноступенчатых термоядерных зарядов не существует...
Ну имхо - не зная напряженность магнитного поля судить все-таки нельзя. Кроме того если заглянуть в пдф-ку, то выяснится, что у них весьма изящное решение - обжим производится фольгой, разогнанной в магнитном поле. А тут уже возникает вопрос длины "тормозного пути" - если он мал, то силы могут быть реально чудовищными...
В этом и есть отличие от "Игнитора". Если уж "Игнитор" рассчитывают "вогнать" в 500 тон, при прямом обжиме плазмы и непрерывном горении, то здесь есть надежда, что в десятки тон поместятся.

В любом случае радует, что вновь начались работы в этом направлении. Не будет железа будет новое понимание проблемы, на другом уровне. Это уже хорошо.
Изменено: mark200000 - 19.04.2013 11:40:29
 
Цитата
dmdimon пишет:
Цитата
hecata пишет:простое сравнение с имплозивной схемой атомной бомбы показывает, что здесь давления меньше - а ведь имплозивных одноступенчатых термоядерных зарядов не существует...
Ну имхо - не зная напряженность магнитного поля судить все-таки нельзя. Кроме того если заглянуть в пдф-ку, то выяснится, что у них весьма изящное решение - обжим производится фольгой, разогнанной в магнитном поле. А тут уже возникает вопрос длины "тормозного пути" - если он мал, то силы могут быть реально чудовищными...

И тем не менее - все такие схемы неоднократно моделировались и исследовались, в т.ч. имплозия металла на замагниченую плазму. Я не специалист - не владею численными оценками, но то, что люди тратят десятки и сотни миллионов долларов на Q=1 для всяких конфаймент-схем (например новый всплеск интереса к Z-машинам) какбэ намекает нам, что проще эту задачу не решить.
 
Цитата
Дмитрий Инфан пишет:
Цитата
dmdimon пишет:
Цитата
Дмитрий Инфан пишет:
Много проще, ИМХО, реализовать взрыволёт.
так это и есть взрыволет
Я имею в виду классический взрыволёт, типа "Ориона". Для его реализации ничего фундаментального изобретать не нужно - нужна лишь политическая воля.
А тут проблемы равномерного обжатия мишени, проблемы протекания реакции в плазме будут решаться десятками лет, и не факт, что их удастся разрешить.
"десятки лет, и не факт что удастся...." - это все же лучше, чем "точно вообще никогда", как с Орионом
 
Ну, разумеется: мыши будут и колоться, и плакать, но всё равно не бросят грызть кактус под названием термояд.
 
Цитата
hecata пишет:
Цитата
dmdimon пишет:
Цитата
hecata пишет:простое сравнение с имплозивной схемой атомной бомбы показывает, что здесь давления меньше - а ведь имплозивных одноступенчатых термоядерных зарядов не существует...
Ну имхо - не зная напряженность магнитного поля судить все-таки нельзя. Кроме того если заглянуть в пдф-ку, то выяснится, что у них весьма изящное решение - обжим производится фольгой, разогнанной в магнитном поле. А тут уже возникает вопрос длины "тормозного пути" - если он мал, то силы могут быть реально чудовищными...

И тем не менее - все такие схемы неоднократно моделировались и исследовались, в т.ч. имплозия металла на замагниченую плазму. Я не специалист - не владею численными оценками, но то, что люди тратят десятки и сотни миллионов долларов на Q=1 для всяких конфаймент-схем (например новый всплеск интереса к Z-машинам) какбэ намекает нам, что проще эту задачу не решить.
Я тоже не специалист, но может быть то, что для двигателя им нужен просто импульс, а не энергия в приемлемом для дальнейшего использования виде, играет тут заметную роль? Да еще и система в общем открытая, с выхлопом в бесконечный вакуум...
Изменено: dmdimon - 19.04.2013 21:05:34
push the human race forward
Страницы: 1 2 3 След.
Читают тему (гостей: 1)
Журнал Новости Форум Фото Подписка Рекламодателям Контакты