Возможный термоядерный двигатель для межпланетных полётов

[Seerndv]

....
К стати, вот вопрос, а почему нельзя использовать батареи из множества полупроводниковых лазеров? Сфокусировать их на мишени, и жахнуть по чему-то, что эфективно нагреется и ионизируется от их излучения. КПД у них 90%. Довольно эффективно получится.

Вопросы вы задаёте ...

Из http://nvo.ng.ru/armament/2005-10-14/6_nuclear.html

Также возможно, что в связи с бурным развитием нанотехнологий перспективным может оказаться и третье направление разработки компактных источников энергии, достаточной для инициирования взрывной термоядерной реакции. В настоящее время есть данные, что уже имеются конденсаторы с удельной емкостью в 30 киловатт электрической энергии на один килограмм веса. Такие конденсаторы могут быть использованы для накачки лазеров, расположенных в боеголовке, и тем самым инициировать взрывную реакцию синтеза. По имеющейся информации, известная американская фирма "Интел" разрабатывает кремниевые микролазеры для использования при создании принципиально нового поколения микропроцессоров для ЭВМ. Эти кремниевые микролазеры способны усиливать на три порядка выход энергии излучения по сравнению с энергией, затрачиваемой на их накачку. Вполне вероятно, подобные эффекты могут быть получены и на соответствующих макролазерах.

Так шо, сначала бомба, потом полёт к звёздам :cry:

[Salo]

Р. Адамс "Концептуальный дизайн Z-Pinch Fusion двигательной установки ":
http://www.icarusinterstellar.org/papers/ASPW2010-Z-Pinch%28RAdams%29.pdf

[Salo]

^^
Не берите в голову, всё фигня.
Есть определённый сорт деятелей, которые раз в 20 лет переоткрывают старые идеи и с маниакальностью новообращённых начинают на детсадовском уровне строгать статьи и доклады. А, может быть, это они так с инвесторов деньги просят.
Z-пинчи пока и для производства банального электричества на земле плохо смотрятся. Там одна из проблем - куда девать многие тонны ежесуточно сгорающих алюминиевых запчастей примерно двухметрового размера. А их ещё и делать надо, американцы вот заводики разрабатывают. Самая на сегодняшний день продвинутая установка, которой до термояда ещё далеко - это в грубых словах два концентрических бассейна, забитых оборудованием. Внутренний с водой, внешний с маслом. Диаметр, ЕМНИП, что-то типа 30 метров.
"А теперь со всей этой попытаемся взлететь."

Chilik,

А что вы скажете на это?
http://www.hyperv.com/index.html

Там много всего в кашу намешано.
Есть нормальная наука университетского уровня, а есть грандиозные проекты по осчастливливанию всего человечества. Грандиозные проекты служат для размахивания как флагом и для привлечения внимания инвесторов (как частных, так и государства). Но в качестве конкретных шагов, на которые просятся деньги и за которые потом нужно давать отчёт, обычно люди пишут нормальные цели. Так что пусть работают.
Если же говорить об их глобальном флаге - термоядерном реакторе на сфокусированных в одну точку потоках плазмы из разных источников, то там сходу есть одна проблема, которая в реальной жизни будет фатальной с вероятностью 99.99%. Они считают все процессы одномерными, то есть есть сферическое облучение и всё красиво сжимается в точку. Так не бывает. Хороший урок дала история лазерного термоядерного синтеза, где в конце 1960х насчитали в рамках точно такого же одномерного подхода энергию для поджигающего лазера в 10 кДж. Сейчас построен NIF с энергией уже 1.5 МДж, а счастья пока нет. И эти тоже попадут на те же грабли.

1. Get $1,000,000 from NASA
2. Solve magnetic plasma fusion problem
3. Build very big spaceship

Yay!  Onward to Mars!   Oh wait...what is step No. 2?

[Asgard]

Если же говорить об их глобальном флаге - термоядерном реакторе на сфокусированных в одну точку потоках плазмы из разных источников, то там сходу есть одна проблема, которая в реальной жизни будет фатальной с вероятностью 99.99%. Они считают все процессы одномерными, то есть есть сферическое облучение и всё красиво сжимается в точку. Так не бывает. Хороший урок дала история лазерного термоядерного синтеза, где в конце 1960х насчитали в рамках точно такого же одномерного подхода энергию для поджигающего лазера в 10 кДж. Сейчас построен NIF с энергией уже 1.5 МДж, а счастья пока нет. И эти тоже попадут на те же грабли.

1. Get $1,000,000 from NASA
2. Solve magnetic plasma fusion problem
3. Build very big spaceship

Yay!  Onward to Mars!   Oh wait...what is step No. 2?

[/quote]

Очень интересно как же ведут себя лучи света? И исходя из какого пространства высчитывать?

[Salo]

Я этого не писала. :wink:  

[Непричастный]

Chilik, а ребята как раз пишут о том, что у них получилась сфрическая область сжатия. даше не смотря на то, что они использовали только 4 рельсотрона.

http://www.hyperv.com/pubs/ICOPS2009talk.pdf

http://www.hyperv.com/pubs/RSINAK808083506_1.pdf - на последней странице.

Повторюсь, а ни разу здесь не эксперт и просто бы хотелось услышать мнения людей обладающих знаниями в данной области.

Кроме того, на сайте проекта Икар видел предложение совместить данный пинч-реактор с лазерами. Т.е. дополнительно обстреливать схлопывающиеся потоки лазерными лучами... Вот и интересуюсь ,что может выйти из этой затеи

[Alexandr_A]

Возможно построить термоядерный межпланетный двигатель на основе энергитического реактора ,предлагаемого авторами работы
http://www.keldysh.ru/papers/2004/prep41/prep2004_41.html
при этом двигатель может одновременно использоваться в качестве источника для судовой энергостанции.Так же как и использование урана 238,это реальный ,во многом принципиально просчитанный поект.Чтиво для грамотных думающих людей,а не для фуфлогонов-
поклонников прожектов типа ОРИОНА.Предлагаю специалистам развернуть реактор в двигатель и просчитать возможную тягу.

Неспециалист, но прикиньте сами тенденцию. Парадокс. Чем энергия концетрированней тем хуже получаются энергомассовые характеристики готового источника. Если брать цепочку, в порядке уменьшения эффективности: химическая - ядерная - синтез - антивещество. Практика пока подтверждает это. Вон посмотрите на ИТЭР - махина в сравнении с первыми ядерными реакторами, а толку мало. Или гигантский лазерный комплекс в США. Из статьи ионный ускоритель тоже не меньше будет. Ну, а антивещество пока только несколько тысяч атомов подержали какие то мгновения, это ноль энергии практически.

[Chilik]

Вон посмотрите на ИТЭР - махина в сравнении с первыми ядерными реакторами, а толку мало.

Пожалуйста, для глупых читателей проиллюстрируйте свои утверждения цифрами.
1. Размер ИТЭРа (вместе со зданием)
2. Размер первого ядерного реактора (вместе со зданием)
3. Термоядерная мощность ИТЭРа
4. Ядерная мощность первого реактора
5. Отношение мощность/размер для ИТЭРа
6. То же для первого реактора
7. Какая из двух последних цифр больше и во сколько раз?
Спасибо.

[Alexandr_A]

1; 2; 7 Поищите сами пожалуйста. Тырнет к вашим услугам.
3; 4 Какой смысел говорить о ...ядерной мощности. Я же сразу написал "энергомассовые характеристики готового источника". Готовый источник, это тот который выдает уже преобразованную из непригодной энергии (тут надо умное слово типа высокая энтропия), в электрическую либо в направленный поток частиц, что поти тоже самое по сути.
5; 6 От ИТЭРа пока на выходе только попил бабла и так еще будет десятки лет. Но к тому времени могут появятся ядерные реакторы нового поколения. На бегущей волне и на быстрых нейтронах. Последние уже есть. А так же реактор космического буксира грозятся сделать лет через 10.

[Chilik]

1; 2; 7 Поищите сами пожалуйста. Тырнет к вашим услугам.
...

Спасибо.
Считаем, что с процитированным мной чуть выше по ветке Вашим утверждением Вы просто рассуждали по теме, конкретных знаний в которой не имеете.

[Salo]

Учёные из Университета Алабамы в Хантсвилле (США) в сотрудничестве с НАСА разрабатывают технологию для термоядерного ракетного двигателя, работающего на основе Z-пинча.

По их словам, новый двигатель в перспективе сможет снизить время полёта к Марсу с 6–8 месяцев до 6–8 недель.

Продолжительность полёта — одна из причин, которые исключают пилотируемое путешествие к Красной планете на существующих аппаратах. Тот же Curiosity летит туда семь месяцев, но он хоть возвращаться не будет. А вот экипаж пилотируемого корабля должен будет запасти еду и прочее почти на полтора года, только чтобы слетать и вернуться. Увеличение веса при этом окажется столь велико, что потребуются серьёзные сдвиги в ракетостроении, чтобы обеспечить такой полёт, и всё равно он будет сверхдорогим.



Основная концепция проектируемого термоядерного двигателя заключается в использовании Z-пинча: при пропускании по удерживаемой магнитно-инерциальным методом плазмы большого тока она дополнительно сожмётся и нагреется под действием его магнитного поля, превратившись в источник мощного излучения в виде линейного плазменного столба.

При этом пятисантиметровые «шайбы» из дейтерия и лития (с тритием) внутри будут сжиматься и разогреваться (в том числе лазерами) до начала термоядерного синтеза, энергия которого и должна приводить в движение космический корабль.

Чтобы контролировать направление вылета продуктов термоядерной реакции, планируется использовать электромагнитное сдерживающее поле с узким соплом, по которому продукты реакции будут выбрасываться в направлении, противоположном движению корабля.



Исследователи из Университета Алабамы недавно получили Decade Module 2, ранее использовавшийся Министерством обороны США в военных целях. Основной трудностью при реализации Z-пинча, разработанного в 1950-х, всегда было то, что плазма сжималась неоднородно и плазменный канал вследствие «сосисочной неустойчивости» в конечном счёте разрушался.

Однако, по словам учёных, они создали теоретическую модель, которая позволит избежать подобную неустойчивость в течение достаточного времени для импульсно работающего термоядерного РД. Модель осталось лишь протестировать при помощи Decade Module 2, импульсной установки, создающей моментальные импульсы (на сжатие микромишеней) мощностью до 500 кДж. Запуск Decade Module 2 на полную мощность, по словам разработчиков, состоится в начале 2013 года.

Мы уже писали о такого рода магнитно-инерциальном подходе к термоядерному синтезу: одновременно для удержания плазмы будут использоваться магнитное и электрическое поля, а также разогрев мишеней лазерными импульсами, причём недавно проведённое компьютерное моделирование обещает достижение при этом z = 100.

Впрочем, создать работоспособный термоядерный двигатель — это лишь начало. Жилой модуль конструкторы намерены разместить в головной части корабля (чтобы снизить радиационное воздействие), сам термоядерный реактор — в соединительном трубоподобном модуле, а мощные сверхпроводящие магниты и МГД-генератор — в кормовой части, в обширном параболическом блоке, при помощи которого продукты реакции будут направляться назад при движении КА. Предельно сложной проблемой будет охлаждение термоядерного реактора в космосе. Помимо охладительного контура, функционирующего на смеси фторида лития и дифторида бериллия, потребуются внушительные радиаторы охлаждения.

Разумеется, само стремление бедствующего нынче НАСА начать исследования по столь амбициозной тематике дорогого стоит. Но и объём проблем, которые предстоит решить, очень велик, так что ожидать завершения проекта в ближайшие годы не приходится. Но в случае успеха термоядерный ракетный двигатель, несомненно, станет прорывным достижением.

[ronatu]

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.

http://nextbigfuture.com/2012/09/the-fusion-driven-rocket-nuclear.html?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+blogspot%2Fadvancednano+%28nextbigfuture%29

[Dmitri]

Треп мне напоминает дискуссию полета на Луну с помощью пушки.
Пока на Земле не создан даже маленький прототип такого двигателя, ни о каких проектах термоядерного двигателя говорить не стоит.
Посмотрите другой прототип термоядерного реактора в Канаде.
http://www.generalfusion.com/
Может статейку для детей тиснете.

[нейромантик]

Вон посмотрите на ИТЭР - махина в сравнении с первыми ядерными реакторами, а толку мало.

Пожалуйста, для глупых читателей проиллюстрируйте свои утверждения цифрами.
1. Размер ИТЭРа (вместе со зданием)
2. Размер первого ядерного реактора (вместе со зданием)
3. Термоядерная мощность ИТЭРа
4. Ядерная мощность первого реактора
5. Отношение мощность/размер для ИТЭРа
6. То же для первого реактора
7. Какая из двух последних цифр больше и во сколько раз?
Спасибо.

1. Если брать только основное здание, то это примерно метров 60 вверх (на их сайте написано) и в ширь, а по фронту - метров 500. Сколько там этажей, я сказать не возьмусь. Площадь занимаемая проектом - 42 гектара.
2. Размер первого реактора был более чем скромным. Я бы оценил его размер как 20х20х30 метров.
3. Масса только фундамента составит 360 тыс. тонн. Сколько будет весить остальное - "тайна покрытая мраком". но прикинем. Судя по котловану, использоваться будет железобетонная плита из монолита. Площадь около 30 тыс. кв. метров.
Строители заикались о каких-то противосейсмических свойствах и пр. Предположим, что это подразумевает лишь пониженную нагрузку на грунт. Т.е. несущая способность грунта не превысит 2,5 кг/см. И фундамент сможет нести 750 тыс. тонн. Итак, вес здания без фундамента составит порядка 390 тыс. тонн. ИТЭР жрёт по 500 МВатт за включение. Вырабатывать, он видимо ничего не будет.
4. Масса первого реактора - 33 т. двуокиси, 3,7 тонн октаокиси, 5,6 т. металлического урана. Масса замедлителя - 350 тонн. Итого - 392 тонны.
Тепловая мощность - 200 Вт.

[Salo]

Mark пишет:

Началась подготовка к испытаниям модуля ядерных двигателей космических кораблей
11 октября 2012

В Научно-исследовательском центре на базе Редстоунского арсенала при участии университета штата Алабама, Центра космических полётов имени Маршалла и компании Boeing готовятся к испытаниям необычного устройства, необходимого для разработки ядерных двигателей будущих космических кораблей.

Импульсный генератор под кодовым названием Charger-1 массой около 50 тонн станет самой мощной силовой установкой среди всех подобных, когда-либо применявшихся в научной среде.

Испытания будут осуществляться с помощью установки DM2 (Decade Module Two), прежде использовавшейся для изучения эффектов ядерного оружия. Она простояла десять лет, затем была частично демонтирована и теперь требует целого комплекса восстановительных работ.

Фаза подготовки к этому грандиозному проекту началась ещё в 2009 году. Сейчас предстоит заменить сотни резисторов и конденсаторов, а одного только трансформаторного масла придётся влить около 57 кубометров.

В новые космические корабли планируется устанавливать двигатели, работающие на основе одной из реакций термоядерного синтеза. Charger-1 станет экспериментальной установкой, по результатам тестов которой будут разрабатываться усовершенствованные и облегчённые серийные модули.

С первых шагов в области освоения космоса и до настоящего времени вывод сравнительно лёгких космических кораблей за пределы гравитационного влияния Земли требует непропорционально больших затрат на первоначальный разгон многоступенчатыми ракетами-носителями.

Новый двигатель поможет обеспечить большую тягу на старте с низкой орбиты, куда космические корабли планируется доставлять отдельными модулями. Это уменьшит затраты традиционного топлива, поскольку за пределами земной атмосферы использовать термоядерный двигатель можно в качестве основного без каких-либо опасений.

http://computerra.complexdoc.ru/329124.html

yura777 пишет:

Тут понятнее.

http://uahpropulsionresearch.com/?page_id=504

[jre]

Все прекрасно, но ни одного работающего термоядерного реактора нет и не предвидится, а если даже когда и сделают, то энергетическая система зажигшания плазмы на столько массивная, что ее не потянет никакой самый мощный реактор.
Единственный реальный вариант зажигания плазмы миниядерными зарядами, в моей теме

[АниКей]

habr.com

Началось строительство крупнейшего в мире термоядерного ракетного двигателя


Камера двигателя на ядерном синтезе
Технология ядерного синтеза способна произвести революцию в космических полетах: как по скорости, так и по расходу топлива. Те же самые реакции, которые питают Солнце, могут вдвое сократить время полёта к Марсу или сделать путешествие к Сатурну и его лунам не восьмилетним, а всего лишь двухлетним.
Это невероятно интересно, но не все уверены, что это будет работать: для функционирования технологии необходимы сверхвысокие температуры и давление. Чтобы доказать жизнеспособность технологии, компания Pulsar Fusion из Блетчли (Британия) строит самый большой в мире термоядерный ракетный двигатель. Запуск камеры длиной около 8 метров запланирован на 2027 год.
Как и следовало ожидать, воспроизвести работу Солнца в ракете не так-то просто. В центре двигательной установки ядерного синтеза находится сверхгорячая плазма, запертая в электромагнитном поле, и учёные продолжают выяснять, как можно это сделать стабильным и безопасным способом.
«Сложность заключается в том, чтобы научиться удерживать и ограничивать сверхгорячую плазму внутри электромагнитного поля, — говорит Джеймс Ламберт, финансовый директор компании Pulsar Fusion. — Плазма ведёт себя подобно погодной системе, поскольку её поведение невероятно трудно предсказать с помощью обычных методов».

Машинное обучение может помочь разобраться в этом вопросе. Компания Pulsar Fusion в сотрудничестве с американской компанией Princeton Satellite Systems использует суперкомпьютер для более точного прогнозирования поведения плазмы и более точного управления ею.
Если учёным удастся добиться желаемого результата, то в камере будет достигнута температура в несколько сотен миллионов градусов, что сделает её более горячей, чем Солнце. Избыток выделяемой энергии поможет разогнать ракету до скорости 804 672 км в час.
В данном случае речь идет о двигателе прямого термоядерного синтеза с магнитным удержанием плазмы (DFD), в котором заряженные частицы создают тягу напрямую, а не преобразуются в электричество. Он более эффективен, чем другие варианты, и, поскольку работает на атомных изотопах, не требует огромной топливной нагрузки.
«Вопрос в том, сможет ли человечество использовать термоядерный синтез? — сказал TechCrunch генеральный директор Pulsar Fusion Ричард Динан. — Если мы не сможем, то всё это не имеет никакого значения. Но если мы сможем — а мы сможем — то термоядерные двигатели станут совершенно неизбежными. Это необходимо для эволюции человечества в космосе».
Ядерный синтез не только позволяет сократить время полёта к планетам, но и обещает обеспечить получение практически неограниченного количества чистой энергии для жизни на Земле. Однако учёные полагают, что в первую очередь он продемонстрирует свою работу в космосе, где отсутствие атмосферы и сверхнизкие температуры более благоприятны для протекания подобных реакций.

[aaa]

Так вот что у "Полюса" внутри!

[Бертикъ]

Началось строительство крупнейшего в мире термоядерного ракетного двигателя

А что - уже построено много не самых крупных в мире ТЯРД?)))

[Владимир Шпирько]

Началось строительство крупнейшего в мире термоядерного ракетного двигателя

А что - уже построено много не самых крупных в мире ТЯРД?)))

Самый первый будет и самым крупным и очевидно и самым маленьким и самым эффективным.... и конечно самым дорогим