| 30.12.2010 - 18:42 - Vektor | |
|
Rozmýšľam nad možnosťou zásobovania kozmickej lode energiou prinášanou laserovým lúčom nasledujúcim spôsobom.
V prípade, že by sme mali na Mesiaci výkonný laser, napájaný povedzme jadrovým reaktorom, jeho lúč by bol bez atmosféry na Mesiaci menej rozptyľovaný ako v prípade vysielacej stanice na Zemi. Predpokladám, že napriek veľmi nízkej hustote medziplanetárneho priestoru (MP ďalej) je lúč v MP rozptyľovaný. Tu mi vyvstala otázka, ako silno je ropztyľovaný laserový lúč v MP. Vie mi to niekto aspoň približne načrtnúť-kvantifikovať?
Predpokladajme, že príjmacia plocha (PP) lode je v ráde 10-tok m2. Vo vzdialenosti od Mesiaca kde bude dosahovať úroveň príjmaného laserového signálu pomocou PP povedzme 10% pôvodnej intenzity=energie signálu bude, nazvime to retranslačná stanica. Tá signál prijme, príjmacou plochou podobnou tej na lodi a laser z nej ho opäť pošle k ďalšej retranslačnej stanici. Takto sa povedie energia od jednej stanice k druhej, ako po kábli na telegrafných stĺpoch doďaleka.
Každá stanica bude môcť vysielať laser k lodi letiacej okolo, ktorá tak bude z tohto systému ťahať energiu ako električka z troleja. Každá stanica môže mať batérie, čim umožní vyšší výkon laseru v momente keď to bude potrebné.
Budeme tak mať dlhú urýchľovaciu dráhu pre misie k Marsu, vonkajším planétam či ešte ďalej.
Poznámka nakoniec, loď by využívala na pohon VASIMIR a celé ma to napadlo keďže VASIMIR potrebuje veľa energie, a ani jadrový pohon ak aj bude vyvinutý nemusí stačiť na jeho prevádzku.
Problémy tohto konceptu vidím nasledujúco
- systém bude mať štartovacie okná. Nebude využiteľný stále, len vtedy keď bude rad retranslačných staníc dosiahnuteľný zo Zeme
- doprava retranslačných staníc na orbity aby leteli v zákryte je možno nezvládnuteľný problém
- cena takéhoto systému, ekonomika prevádzky môže byť mimoriadne vysoká
- ak je laserového lúča rozptyl v MP veľký tak by pre prenos rozumného množstva energie bolo potrebných príliš veľa retranslačných staníc
- ďalšie problémy, ... aké?
Môžte to brať ako zábavnú tému, úvod k zajtrajšiemu silvestru
|
|
nepotesim Vas, mna to napadlo uz davnejsie
problem so startovacim oknom mozeme riesit tak, ze na jednej orbite bude viacero retranslacnych stanic, takze potrebne "zoradenie" stanic na roznych orbitach nastane castejsie. Vyhoda by bola tiez v seriovej vyrobe takychto zariadeni, a taktiez v redundancii.
Najvacsim problemom bude rozptyl luca - tu skutocne nieviem s akym velkym rozptylom treba v kozme pocitat. Dalsi problem bude v zachyteni a spracovani energie v radoch MW. Ci uz pouzijeme maser alebo laser, urovne energie su obrovske a cela elektricka sustava by musela byt aktivne chladena. |
| 30.12.2010 - 21:18 - Vektor | |
|
| Prepokladam, ze rozptyl laseroveho luca v medziplanetarnom priestore (riedkom plyne, "vakuu") je dostatocne preskumana vec. Vychadzam z toho, ze existuju standardne prevadzane LIDAR merania z orbity napr. meteorologicke. Chystaju sa experimenty ako LISA Pathfinder (buduci rok), LISA (~2025) mimo magnetosfery. Preto by to niekto tu = tu na fore, hadam mohol vediet odhadnut. |
|
k tejto teme som vygooglil len spravu o uspesnom laserovom datovom prenose z messengera na zem (cca 15 milionov km) - to ale nic nehovori o rozptyle, na prenos informacie staci zachytit par fotonov...
anyway, laserova stanica s reaktorom nemusi byt len na mesiaci, mozeme ich mat viacero rozmiestnenych po celej slnecnej sustave. |
|
Ono to s prenosom energie laserom, na vzdialenosti väčšie ako malé, nie je žiadna sláva - aby to fungovalo na vzdialenosti rádu milionov kilometrov, vysielacie systémy by museli mať obrovské priemery.
Pre porovnanie: Laserový systém pre meranie vzdialenosti Mesiacu má priemer vysielacej optiky 1,5 metru a jeho svetelná stopa na povrchu Mesiacu má priemer okolo 5km (na vzdialenosť cca 400 000 km)
Ono s rozptylom majú problémy aj laserové diaľkomery na tankoch a lietadlách - na vzdialenosť 1km má stopa "bežného" tankového diaľkomeru priemer skoro meter, na 5km cez 3 metre (viac ako je čelný rozmer bežného tanku), u lietadiel je to trochu lepšie, použitá optika má väčšie priemery, takže stopa je menšia, ale i tak sa dosahuje na vzdialenosť 10km priemer stopy až 2-3 metre.
[Upraveno 30.12.2010 Alchymista] |
| 30.12.2010 - 22:41 - Adolf | |
|
| Jelikož takový klasický LASER s Gaussovskou vlnou s průměrem paprsku jak tužka by měl mít průměr svého paprsku po uražení vzdálenosti Země-Měsíc 500 m v průměru, tak by ty telegrafky musely mít na kosmická měřitka dost krátké rozestupy. ____________________
Áda |
| 30.12.2010 - 22:54 - Vektor | |
|
citace:
Ono to s prenosom energie laserom, na vzdialenosti väčšie ako malé, nie je žiadna sláva - aby to fungovalo na vzdialenosti rádu milionov kilometrov, vysielacie systémy by museli mať obrovské priemery.
Pre porovnanie: Laserový systém pre meranie vzdialenosti Mesiacu má priemer vysielacej optiky 1,5 metru a jeho svetelná stopa na povrchu Mesiacu má priemer okolo 5km (na vzdialenosť cca 400 000 km)
Ono s rozptylom majú problémy aj laserové diaľkomery na tankoch a lietadlách - na vzdialenosť 1km má stopa "bežného" tankového diaľkomeru priemer skoro meter, na 5km cez 3 metre (viac ako je čelný rozmer bežného tanku), u lietadiel je to trochu lepšie, použitá optika má väčšie priemery, takže stopa je menšia, ale i tak sa dosahuje na vzdialenosť 10km priemer stopy až 2-3 metre.
[Upraveno 30.12.2010 Alchymista]
Vo vsetkych tychto pripadoch ide o sirenie laseroveho luca v atmosfere, respektive aspon cast jeho trajektorie je v atmosfere. Rozptyl v medziplanetarnom priestore moze byt radovo mensi ako v atmosfere. Ak teda bude vysielac na nizkej orbite alebo na Mesiaci, ci v medziplanetarnom priestore, tak moze byt situacia lepsia tj. s mensim rozptylom. |
|
Situácia bude síce lepšia, ale nie o veľa, problémom totiž nie je rozptyl v atmosfére, ale difrakcia.
Existuje takzvané Rayleighovo kritérium, ktoré hovorí zhruba o tom, že obraz bodového zdroja (hviezdy) zobrazený šošovkou je vždy obklopený difrakčnými krúžkami, ktoré pri malej uhlovej vzdialenosti dvoch bodov splývajú a znemožňujú ich rozlíšenie. (V podstate je to ekvivalentné známemu dvojštrbinovému experimentu, pričom protiľahlé okraje objektívu zodpovedajú vzdialenosti štrbín.)
sinΘ = 1,22 . λ / D
kde Θ je uhlové rozlíšenie, λ vlnová dĺžka žiarenia a D priemer objektívu.
Toto je fyzikálna hranica, ktorú nemožno prekročiť - nedá sa nijak obísť, pretože vyplýva z fyzikálnej podstaty svetla. Nedá sa to obísť dokonca ani použitím čisto zrkadlového systému.
To funguje samozrejme aj obrátene a výsledok potom hovorí o tom, ako dokonale dokážeš lúč zaostriť, respektíve, aká bude jeho najmenšia dosiahnuteľná rozbiehavosť.
|
| 30.12.2010 - 23:55 - Adolf | |
|
http://en.wikipedia.org/wiki/Laser
Paprsek v dutině a výstupní paprsek z laseru při pohybu volným prostorem (nebo homogenním médiem) nikoliv však vlnovody (jako u laseru s optickým vláknem) lze u většiny laserů aproximovat jako Gaussovský paprsek; takovéto paprsky vykazují při daném průměru minimální rozbíhavost. Ovšem některé vysoce výkonné lasery mohou být multimodální s transvesními módy často aproximovanými pomocí Hermitovsky-Gaussovské nebo Laguerre-Gausovské funkce. Na nestabilních laserových rezonátorech (ve většině laserů se nepoužívají) bylo předvedeno, že vytváří fraktálně tvarované paprsky. U „pasu“ parsku (nebo ve fokální oblasti) je velice ohraničený: čela vln jsou rovinná, normálně ve směru šíření, bez jakéhokoliv rozbíhání paprsku v tomto bodě. Ovšem v důsledku difrakce to může tak zůstat jen do Raygleighovy vzdálenost. Paprsek s jediným transversním módem (gaussovský paprsek) laseru se nakonec rozptyluje s úhlem, který se v souladu s teorií difrakce mění nepřímo úměrně k průměru paprsku. Takže „paprsek jak tužka“ přímo vygenerovaný běžným helium-neonovým laserem by se rozptýlil snad do 500 kilometrů, když by se jím posvítilo na Měsíc (ze vzdálenosti země). Na druhou stranu světlo z polovodičového laseru typicky excitujícího maličký krystal s velkou rozbíhavostí: až do 50 stupňů. Ovšem i tak málo rozbíhavý paprsek lze transformovat do podobně ohraničeného paprsku pomocí systému čoček, které jsou vždy např. v laserových ukazovátcích, jejichž světlo pochází z laserových diod. ____________________
Áda |
| 31.12.2010 - 00:07 - Vektor | |
|
Takze potrebujeme laser s cim kratsou vlnovou dlzkou a cim vacsiu sosovku na jeho zaostrenie.
Odhadnime to. Ak budem mat 10-100 nm vlnovu dlzku, a 1 metrovu sosovku tak to mam (kedze pre male uhly je sin x ~= x) uhol 10^-7 az 10^-8 stupna. A teda metrovy rozptyl signalu na 10 - 100 milionov metrov. A teda horny odhad milion km na 10 metrovy rozptyl. Prenos moze mat 10% ucinnost na 10 milionov km. To sa mi nezda uplne nepouzitelne na "startovaciu rampu".
Startovaciu rampu v zmysle 2-3-4 satelitov za sebou a urychlovanie po drahe 2-3-4 milionov km az 20-30-40 milionov km.
Ak som to teda od oka odhadol dobre a ak je difrakcia zdrojom vacsej poruchy nez rozptyl na medziplanetarnej hmote/plazme.
|
|
Pri 10nm to bude 12,2m na 1 000 000 km. (extrémne UV žiarenie - mäkké roentgenové žiarenie)
Pri 100nm to bude 122m na 1 000 000 km. (extrémne UV žiarenie)
Pri 550nm to bude 671m ma 1 000 000 km. (zelené svetlo)
Ešte tak zohnať materiál, ktorý dokáže fungovať ako projekčná šošovka na vlnových dĺžkach 10-100nm (extrémne UV žiarenie a mäkké roentgenové žiarenie).
A nemýľ sa - to, že dokážeš z niečoho vyrobiť optiku pre kameru alebo detektor, vôbec neznamená, že z toho dokážeš vyrobiť aj optiku pre vysielač. Na prímači ti 99% straty v optike príliš nevadia, doženie sa to citlivosťou snímačov, ale pri výkone vysielacieho laseru 1MW sa ti už v jeho optike na teplo premení 990 kW a von sa dostane len 10kW! A to musíš nejak uchladiť...
Akonáhle výrazne vybočíš z optickej oblasti (400-800nm), technické problémy s vysielačom začnú narastať doslova exponeciálne - straty, účinnosť, chladenie... A podobné komplikácie očakávaj aj na strane príjmaču. [Upraveno 31.12.2010 Alchymista] |
|
| 1Mkm je strašně málo. Pokud ty výpočty jsou správně, pak by jako minimálně použitelný byl tvrdě rentgenový laser... |
|
dúfam, že som sa nesekol v ráde, počital som nm ako (exp -9), ale asi nie, podobne som počítal rozlíšenie špionážnych družíc a tam to zhruba vychádzalo...
Buď tvrdý roentgen, alebo naopak - mikrovlnný systém (či FIR laser, terahertz laser, lambda = 0,01-1mm) a obrovské, kilometrové vysielacie anténne polia.
-> pre 1mm a anténne pole 1km vychádza 1220m na 1 000 000km
-> pre 0,1mm a 10km pole vychádza 12,2m na 1 000 000 km.
Je mi zrejmé, že až toto uvidí RYS, tak ma zožere miesto svačiny.
[Upraveno 31.12.2010 Alchymista] |
| 31.12.2010 - 10:25 - Vektor | |
|
Dobre, tento odhad ukazuje, že je to na dlhé vzdialenosti = nad 100 tisíc km na jednu retranslačnú stanicu v podstate nepoužiteľné. Avšak 100 tisíc km nie je až tak málo.
Predpokladajme zrýchlenie 10 ms^-2 po dobu 10000 s. Dostaneme sa na rýchlosť 100 km/s na dráhe 500 000 km. To je 5 retranslačných staníc.
A sme pri rýchlostiach o rád vyšších než dosahujeme teraz = pri Plute za 2 roky, v heliopauze za štyri. Zrýchlenie pritom môže byť aj pár krát väčšie než 10 ms^-2. |
|
citace:
Pri 10nm to bude 12,2m na 1 000 000 km. (extrémne UV žiarenie - mäkké roentgenové žiarenie)
Pri 100nm to bude 122m na 1 000 000 km. (extrémne UV žiarenie)
Pri 550nm to bude 671m ma 1 000 000 km. (zelené svetlo)
Nezabudajte priatelia, ze cim uzsi paprsok mame, tym presnejsie musi byt jeho nasmerovanie.
Dalsia vec je detekcia. Ako citlive su detektory pre oblast roentgenového žiarenia? Je to porovnatelne s CCD? Mame v sucastnosti k dispozici LASER na vlnovej dlzke okolo 10nm?
Inak nejaku teoriu okolo komunikacie v tomto obore el.mag spektra najdete tu (Optical SETI) :
http://seti.harvard.edu/oseti/ |
|
Něco by snad bylo. Nebo zanedlouho bude:
http://en.wikipedia.org/wiki/European_x-ray_free_electron_laser
The wavelength of the x-ray laser may be varied from 0.1 to 6 nanometers |
| 31.12.2010 - 11:07 - Adolf | |
|
| Já bych se připomněl s tím, o čem jsme tu diskutovali před lety. Když se dostaneme k rozptylu laserových paprsků na kosmické vzdálenosti, tak jde o průřezy takové, že mít zařízení k zachycování takto rozptýleného výkonu, tak vůbec vlastní zdroj výkonu nepotřebujeme. Když uděláme pavoučí síť tetherů s kilometrovými rozměry, budeme mít k dispozici jak obrovský výkon slunečního větru tak i sluneční vítr jako hnací látku využitelnou k vyvozování reaktivní síly. V těsné blízkosti země místo slunečního větru poslouží ionosféra. Létalo by se na pavučině jak pavoučci z babího léta. ____________________
Áda |
|
citace:
Dobre, tento odhad ukazuje, že je to na dlhé vzdialenosti = nad 100 tisíc km na jednu retranslačnú stanicu v podstate nepoužiteľné. Avšak 100 tisíc km nie je až tak málo.
Predpokladajme zrýchlenie 10 ms^-2 po dobu 10000 s. Dostaneme sa na rýchlosť 100 km/s na dráhe 500 000 km. To je 5 retranslačných staníc.
A sme pri rýchlostiach o rád vyšších než dosahujeme teraz = pri Plute za 2 roky, v heliopauze za štyri. Zrýchlenie pritom môže byť aj pár krát väčšie než 10 ms^-2.
a cim chcete dosiahnut taketo zrychlenie? myslel som ze pohon bude zaistovat VASIMR |
| 31.12.2010 - 11:17 - Vektor | |
|
citace:
citace:
... Predpokladajme zrýchlenie 10 ms^-2 po dobu 10000 s. ...
a cim chcete dosiahnut taketo zrychlenie? myslel som ze pohon bude zaistovat VASIMR
Podla tohto clanku http://www.adastrarocket.com/TimSTAIF2005.pdf VASIMIR moze urychlit plazmu k 100 km/s. Otazkou je aku bude mat spotrebu paliva aby dokazal urychlovat sam seba plus nejaky hoc aj minimalny naklad a aby startovacia hmotnost (vacsinu bude tvorit palivo) stacila na 10000 sec. beh - to som neprepocitaval ani nezvazoval. Mozno to VASIMIR vylucuje ako mozny pohon. |
|
Pomocí Ciolkovského rovnice a pár dalších fyzikálních vzorečků lze solidně spočítat potřebná Isp, množství pohonné látky i potřebné výkony (příkony) pro požadované rychlosti a zrychlení.
Pokud máme pohon s Isp 100000 Ns/kg (např. VASIMR v režimu vysokého Isp), pak pro dosažení rychlosti (delta_v) 100 km/s potřebujeme cca 64% startovací hmotnosti ve formě pohonné látky [z Ciolkovského rovnice v=Isp.ln(mp/mk)]. Když započítám ještě nějakou nutnou hmotnost samotného "motoru", tak na "pohon" spotřebujeme i při takto vysokém Isp nejméně 75% startovací hmotnosti sondy/lodi.
Podívejme se teď na potřebný příkon, při požadavku na zrychlení 10m/s2. Pro jednoduchost předpokládejme sondu se startovací hmotností 1000 kg (z toho je cca 640 kg pohonné látky [viz předchozí výpočet]). Pro počáteční zrychlení 10m/s2 tedy potřebujeme tah "pohonu" F = 10000 N. Potřebný příkon fyzikálních pohonů (při 100% účinnosti) lze spočítat ze vzorečku P=0,5.F.Isp takže vychází P = 500000000 W = 500 MW! Něco takového koncentrovaného do tak malé sondy ji samozřejmě při našich současných technologiích "uvaří", nebo rovnou "vypaří".
Opravdu není snadné při vysokých Isp dosahovat nějakých vyšších zrychlení. Proto se z praktických důvodů počítá spíš s dlouhodobějším pomalejším zrychlováním.
Podobně jako Adolf se domnívám, že v tomto případě je možná výhodnější pokoušet se přímo využít relativně rozptýlené energie Slunce (světlo, nabité částice, mg. pole) nějakou obrovskou "pavučinovou" konstrukcí (sluneční plachta, nebo nějaká její elektrostatická či elektromagnetická varianta).
P.S.: Mám také dojem, že v tomto tématu se bavíme spíš o "sloupech napájecího vedení" (a ne o "telegrafním vedení, které běžně přenáší jen "data" a nikoliv "energii"). |
|
| Predbežný záver z tejto debaty je dosť neradostný - navrhovaný systém nemôže fungovať, pretože rýchlo narazil na fyzikálne a technické obmedzenia (a to nielen terajšie, ale i potenciálne budúce). |
| 31.12.2010 - 14:43 - Vektor | |
|
Ano, predbezna feasibility study ukazuje, ze prilis vyhodne to nebude
I tak, keby sme chceli rychlost 10 km/s, tj. "standardnu" pouzitelnu rychlost (napr. pre dopravu materialov k Marsu), urychlovanie po dobu 100 tisic sekund a zrychlenie 0.1 m s^-2, tj. na drahe 500 tisic km.
Ake budu cisla? Ak pocitam dobre tak mi to vychadza priblizne na 250 kW (kde lsp davam 5000 Ns/kg a hmotnost rakety po spotrebovani paliva ~10%).
|
|
citace:
I tak, keby sme chceli rychlost 10 km/s, tj. "standardnu" pouzitelnu rychlost (napr. pre dopravu materialov k Marsu), urychlovanie po dobu 100 tisic sekund a zrychlenie 0.1 m s^-2, tj. na drahe 500 tisic km.
Ake budu cisla? Ak pocitam dobre tak mi to vychadza priblizne na 250 kW (kde lsp davam 5000 Ns/kg a hmotnost rakety po spotrebovani paliva ~10%).
Čísla jsou správně (pro tah 100 N, tedy pro "sondu" se startovací hmotností 1000 kg a s konečnou "suchou" hmotností kolem 100 kg [včetně motoru]). Ovšem Isp 5000 Ns/kg je už hodně nízko (možná by to mohl být VASIMR v režimu nízkého Isp a vysokého tahu), protože klasický chemický LOX/LH2 pohon má Isp cca 4400 Ns/kg a už nepotřebuje žádný externí zdroj energie (veze si ji s sebou ve formě paliva/pohonné látky). Proti chemické raketě to tedy už žádnou výhodu nepřináší. |
|
| Nemusíte ale sondy urychlovat o tolik, pokud ji jen budeme rozhánět ze 7,8 km/s LEO na nějakých 11 km/s (TLI) - může kroužit kolem Země - dvojice / trojice urychlovačů na LEO vzájemně si předávajících sondu k pošťouchnutí ji může urychlit - závěrečný přechod z vysoké eliptické dráhy na meziplanetární už může vykonat samotný motor sondy o nízkém příkonu - urychlovací stupeň by se mohl oddělit, zpomalit (je skoro prázdný) a čekat na další náklad a doplnění paliva. Dají se tak urychlovat/zpomalovat i GEO a navigační družice. Problém je s využitím jako zbraně - odpor ostatních států. |
|
Neco k tomu laseru na mereni vzdalenosti k Mesici...pekne fotky.
http://physics.ucsd.edu/~tmurphy/apollo/first_lt.html
http://ilrs.gsfc.nasa.gov/satellite_missions/list_of_satellites/ap11_general.html
Pisou, ze na Mesici ma stopa prumer 1.8km. Proto asi neslo zamerit na "ztracenej Lunochod 1.
http://physics.ucsd.edu/~tmurphy/apollo/laser.html
Kazdopadne pro FSO Zeme-Mesic by melo stacit (10Mbps, 2 stavy) 5W zelena laser LEDka v TO-18 s kolimatorem a vystupni aperturou 8cm.
Pro prijem postaci fesnelka o prumeru 50cm s APD lavinovkou.
Da se pouzit i takovato fresnelka:
http://www.ok1mjo.com/all/wifi/fresnelka_90cm.jpg
[Upraveno 19.1.2011 -=RYS=-] |
| 21.1.2011 - 09:40 - Vektor | |
|
| NASA práve skúma vykonateľnosť nasledujúceho konceptu: http://www.space-travel.com/reports/Beaming_Rockets_Into_Space_999.html |
|
citace:
NASA práve skúma vykonateľnosť nasledujúceho konceptu: http://www.space-travel.com/reports/Beaming_Rockets_Into_Space_999.html
pekna myslienka, hoci nie nova, beamovanie energie sa studuje uz dlho. Mna napadlo jedno vylepsenie - ten heat exchanger vyuzit dva krat, najprv na start a druhy krat na navrat do atmosfery. Proces by bol ten isty, exchanger predava teplo prudiacemu pracovnemu mediu, ktore ho cez trysky odvadza prec z masiny. Raz je to teplo z mikrovlnnych lucov, druhy krat teplo generovane pri navrate. |
| 25.1.2011 - 20:09 - Adolf | |
|
Laserový pohon by mohl rakety vypaprskovat do vesmíru
Prachi Patel, Astrobiology Magazine
Date: 21 January 2011 Time: 11:19 AM ET
Koncept mikrovlnami poháněného světlo-letu zachycuje mikrovlnné paprsky ze soustavy mikrovlnných zdrojů na zemi.
Kevin Parkin
Starty do vesmíru po desetiletí evokovaly stále stejný obrázek: jasně oranžové plameny explodující pod zdvihající se raketou, jež se vznáší a směřuje do nebes. Ale alternativní pohonný systém navržený určitými výzkumníky by tuto vizi mohl změnit.
Místo explozivní chemické reakce na palubě rakety nový koncept zvaný paprskovitý termický pohon obsahuje pohon rakety laserovým světlem nebo mikrovlnami zářícími na ni ze země. Tato technologie by mohla umožnit znovupoužitelné jednostupňové rakety, které by do vesmíru vynášely dva až pětkrát více užitečného nákladu než konvenční rakety, což by srazilo náklady na vyslání užitečného zatížení na nízkou orbitu Země.
NASA nyní provádí studii k vyšetření možností využití pohonu paprskem energie pro starty do kosmu. Od této studie se očekává, že dospěje ke svým závěrům do března 2011.
U tradičního chemického pohonného systému raket se pod velkým tlakem do spalovací komory čerpají palivo a okysličovadlo a hoří, což vytváří výron plynů, které jsou velkou rychlostí vyháněny tryskou dolů, čímž raketu ženou vzhůru.
Systém paprskovitého termického pohonu by obsahoval soustředěné paprsky mikrovln nebo laserů na výměník tepla na raketě. Výměník by přenášel vyzářenou energii do kapalné hnací látky, nejpravděpodobněji vodíku, čímž by ji přetvořil na horký plyn vyháněný tryskou ven.
„Základní představou je postavit raketu, která zanechá svůj zdroj energie na zemi,“ říká Jordin Kare president Kare Technical Consulting, který vyvinul koncept laserového termického odpalování v roce 1991. „Přenášíte energii ze země na dopravní prostředek.“
Když bude paprsek svítit na prostředek nepřetržitě, mohlo by laseru trvat 8 až 10 minut, než by dostal loď na orbitu, přičemž mikrovlny by to mohly zvládnout za 3 až 4 minuty. Dopravní prostředek by musel být konstruován bez lesklých povrchů, které by mohly ty nebezpečné paprsky odrážet a letouny i satelity by se musely držet mimo dosah paprsků. Každý odpalovací systém by se musel postavit v pouštní oblasti o vysoké nadmořské výšce, abychom nemuseli mít obavy o nebezpečí pro živou přírodu, říká Kare.
Plavidla s termickým pohonem by byla bezpečnější než chemické rakety, jelikož by nemohla explodovat a nerozpadala by se při vzletu na kousky. Byla by rovněž menší a lehčí, protože většina té složitosti je na zemi, což činí odpálení snadnější a levnější.
„Lidé by mohli odpalovat maličké vzdělávací satelity, vědecké experimenty, inženýrské testy atd., kdykoliv by se jim zachtělo, místo aby museli čekat na možnost sdílet let s velkým satelitem,“ říká Kare.
Další nákladová výhoda pochází z velkého nákladového prostoru. Zatímco konvenční pohonné systémy jsou omezeny množstvím chemické energie v hnací látce, která se uvolňuje spalováním, u paprskových systémů můžete více energie přidat externě. To znamená, že kosmická loď může určitou hybnost získat pomocí méně než poloviny toho množství hnací látky, jako u konvečních systémů, což jí umožní větší prostor pro náklad.
„U konvenčních raket obvykle musíte mít tři stupně s podílem užitečného nákladu celkem tři procenta,“ říká Kevin Parkin, vedoucí projektu Microwave Thermal Rocket v NASA Ames Research Center. „Tyto pohonné systémy budou jednostupňové s podílem užitečného nákladu pět až patnáct procent.“
Laserm poháněná kosmická loď by byla malá, jednoduchá a postradatelná s komplikovanými odpalovacími systémy na zemi.
Poskytnutím více prostoru pro užitečný náklad u znovupoužitelné rakety by paprskovité termické pohony mohly znamenat nízkonákladový způsob dopravy materiálu na nízkou orbitu Země, říká Parkin.
Parkin rozpracoval myšlenku mikrovlnného termického pohonu v roce 2001 a popsal laboratorní prototyp v roce 2006 v doktorské práci. Praktický systém skutečného světa by bylo možné postavit už teď, protože mikrovlnné zdroje zvané gyrotrony se během posledních pěti desetiletí změnily, říká. Jednomegawattová zařízení jsou teď už na trhu za asi milion U.S. dolarů.
„V posledních několika desetiletích jim řádově stoupá výkon a klesají jim tak náklady,“ říká. „Dosáhli jsme bodu, kdy jich můžete zkombinovat asi sto a vytvořit odpalovací systém.“
Před tím bylo největší překážkou využití laserů k vyzařování energie falešné mínění, že by to vyžadovalo hodně veliké, drahé lasery, říká Kare. Můžete si ale koupit komerčně dostupné lasery, které se vejdou do dopravního kontejneru a postavit jich soustavu několika set.
“Každý by měl svůj vlastní teleskop a zaměřovací systém,” říká.
Nejmenší opalovací systém reálného světa by měl 25 až 100 megawattů výkonu, přičemž mikrovlnný systém by měl 100 až 200 megawattů. Postavení takovéto soustavy by bylo drahé, říká Kare, ale podobně drahé nebo i levnější než vývoj a otestování chemické rakety. Systém by měl největší ekonomický smysl, kdyby byl použit na nejméně několik set startů ročně.
„Navíc,“ říká Parkin, „by hlavní komponenty zářících zařízení měly vydržet dost přes desítky tisíc hodin provozu, což je pro tuto třídu hardware typické, takže úspory by více než jen zaplatily pořizovací náklady.“
V blízkém výhledu by pohon vyzařovanou energií mohl být užitečný pro dopravu mikrosatelitů na nízkou orbitu Země, na změny výšky nebo pro zpomalování kosmických lodí, když sestupují na Zem. Ale tato technologie by v budoucnu mohla být využita k vyslání misí na Měsíc nebo k jiným planetám a pro kosmickou turistiku.
Kare se podíval na možnosti využití laserů k pohonu mezihvězdných sond pro NASA's Institute of Advanced Concepts. Odpalování do hlubokého vesmíru by vyžadovalo větší výkon laserů s velkými teleskopickými systémy zrovna tak jako laserové retlanslační stanice ve vesmíru. Napájecí mise na meziplanetární vzdálenosti by vyžadovaly ještě větší lasery a teleskopy zrovna tak jako jiné techniky pohonu využívající hnací látky skladovatelné snadněji než kapalný vodík.
Vyslání kosmické lodi na měsíc Jupiteru by např. vyžadovalo laser, který dává miliardy wattů výkonu. „Museli byste mít další dvě generace v kosmu umístěných teleskopů, aby zvládly něco takového,“ říká Kare. „Ve skutečnosti takto můžete odpálit mezihvězdnou sondu, ale teď mluvíte o laserech, které by mohly mít stovky miliard Wattů výkonu.“ Laserová technologie by se mohla dostat na takovou úroveň během další 50 let, říká.
Originál a odkazy: http://www.space.com/10658-laser-rocket-propulsion-technology.html ____________________
Áda |
|
citace:
Laserový pohon by mohl rakety vypaprskovat do vesmíru
Prachi Patel, Astrobiology Magazine
Date: 21 January 2011 Time: 11:19 AM ET
Koncept mikrovlnami poháněného světlo-letu zachycuje mikrovlnné paprsky ze soustavy mikrovlnných zdrojů na zemi.
Kevin Parkin
Starty do vesmíru po desetiletí evokovaly stále stejný obrázek: jasně oranžové plameny explodující pod zdvihající se raketou, jež se vznáší a směřuje do nebes. Ale alternativní pohonný systém navržený určitými výzkumníky by tuto vizi mohl změnit.
Místo explozivní chemické reakce na palubě rakety nový koncept zvaný paprskovitý termický pohon obsahuje pohon rakety laserovým světlem nebo mikrovlnami zářícími na ni ze země. Tato technologie by mohla umožnit znovupoužitelné jednostupňové rakety, které by do vesmíru vynášely dva až pětkrát více užitečného nákladu než konvenční rakety, což by srazilo náklady na vyslání užitečného zatížení na nízkou orbitu Země.
NASA nyní provádí studii k vyšetření možností využití pohonu paprskem energie pro starty do kosmu. Od této studie se očekává, že dospěje ke svým závěrům do března 2011.
U tradičního chemického pohonného systému raket se pod velkým tlakem do spalovací komory čerpají palivo a okysličovadlo a hoří, což vytváří výron plynů, které jsou velkou rychlostí vyháněny tryskou dolů, čímž raketu ženou vzhůru.
Systém paprskovitého termického pohonu by obsahoval soustředěné paprsky mikrovln nebo laserů na výměník tepla na raketě. Výměník by přenášel vyzářenou energii do kapalné hnací látky, nejpravděpodobněji vodíku, čímž by ji přetvořil na horký plyn vyháněný tryskou ven.
„Základní představou je postavit raketu, která zanechá svůj zdroj energie na zemi,“ říká Jordin Kare president Kare Technical Consulting, který vyvinul koncept laserového termického odpalování v roce 1991. „Přenášíte energii ze země na dopravní prostředek.“
Když bude paprsek svítit na prostředek nepřetržitě, mohlo by laseru trvat 8 až 10 minut, než by dostal loď na orbitu, přičemž mikrovlny by to mohly zvládnout za 3 až 4 minuty. Dopravní prostředek by musel být konstruován bez lesklých povrchů, které by mohly ty nebezpečné paprsky odrážet a letouny i satelity by se musely držet mimo dosah paprsků. Každý odpalovací systém by se musel postavit v pouštní oblasti o vysoké nadmořské výšce, abychom nemuseli mít obavy o nebezpečí pro živou přírodu, říká Kare.
Plavidla s termickým pohonem by byla bezpečnější než chemické rakety, jelikož by nemohla explodovat a nerozpadala by se při vzletu na kousky. Byla by rovněž menší a lehčí, protože většina té složitosti je na zemi, což činí odpálení snadnější a levnější.
„Lidé by mohli odpalovat maličké vzdělávací satelity, vědecké experimenty, inženýrské testy atd., kdykoliv by se jim zachtělo, místo aby museli čekat na možnost sdílet let s velkým satelitem,“ říká Kare.
Další nákladová výhoda pochází z velkého nákladového prostoru. Zatímco konvenční pohonné systémy jsou omezeny množstvím chemické energie v hnací látce, která se uvolňuje spalováním, u paprskových systémů můžete více energie přidat externě. To znamená, že kosmická loď může určitou hybnost získat pomocí méně než poloviny toho množství hnací látky, jako u konvečních systémů, což jí umožní větší prostor pro náklad.
„U konvenčních raket obvykle musíte mít tři stupně s podílem užitečného nákladu celkem tři procenta,“ říká Kevin Parkin, vedoucí projektu Microwave Thermal Rocket v NASA Ames Research Center. „Tyto pohonné systémy budou jednostupňové s podílem užitečného nákladu pět až patnáct procent.“
Laserm poháněná kosmická loď by byla malá, jednoduchá a postradatelná s komplikovanými odpalovacími systémy na zemi.
Poskytnutím více prostoru pro užitečný náklad u znovupoužitelné rakety by paprskovité termické pohony mohly znamenat nízkonákladový způsob dopravy materiálu na nízkou orbitu Země, říká Parkin.
Parkin rozpracoval myšlenku mikrovlnného termického pohonu v roce 2001 a popsal laboratorní prototyp v roce 2006 v doktorské práci. Praktický systém skutečného světa by bylo možné postavit už teď, protože mikrovlnné zdroje zvané gyrotrony se během posledních pěti desetiletí změnily, říká. Jednomegawattová zařízení jsou teď už na trhu za asi milion U.S. dolarů.
„V posledních několika desetiletích jim řádově stoupá výkon a klesají jim tak náklady,“ říká. „Dosáhli jsme bodu, kdy jich můžete zkombinovat asi sto a vytvořit odpalovací systém.“
Před tím bylo největší překážkou využití laserů k vyzařování energie falešné mínění, že by to vyžadovalo hodně veliké, drahé lasery, říká Kare. Můžete si ale koupit komerčně dostupné lasery, které se vejdou do dopravního kontejneru a postavit jich soustavu několika set.
“Každý by měl svůj vlastní teleskop a zaměřovací systém,” říká.
Nejmenší opalovací systém reálného světa by měl 25 až 100 megawattů výkonu, přičemž mikrovlnný systém by měl 100 až 200 megawattů. Postavení takovéto soustavy by bylo drahé, říká Kare, ale podobně drahé nebo i levnější než vývoj a otestování chemické rakety. Systém by měl největší ekonomický smysl, kdyby byl použit na nejméně několik set startů ročně.
„Navíc,“ říká Parkin, „by hlavní komponenty zářících zařízení měly vydržet dost přes desítky tisíc hodin provozu, což je pro tuto třídu hardware typické, takže úspory by více než jen zaplatily pořizovací náklady.“
V blízkém výhledu by pohon vyzařovanou energií mohl být užitečný pro dopravu mikrosatelitů na nízkou orbitu Země, na změny výšky nebo pro zpomalování kosmických lodí, když sestupují na Zem. Ale tato technologie by v budoucnu mohla být využita k vyslání misí na Měsíc nebo k jiným planetám a pro kosmickou turistiku.
Kare se podíval na možnosti využití laserů k pohonu mezihvězdných sond pro NASA's Institute of Advanced Concepts. Odpalování do hlubokého vesmíru by vyžadovalo větší výkon laserů s velkými teleskopickými systémy zrovna tak jako laserové retlanslační stanice ve vesmíru. Napájecí mise na meziplanetární vzdálenosti by vyžadovaly ještě větší lasery a teleskopy zrovna tak jako jiné techniky pohonu využívající hnací látky skladovatelné snadněji než kapalný vodík.
Vyslání kosmické lodi na měsíc Jupiteru by např. vyžadovalo laser, který dává miliardy wattů výkonu. „Museli byste mít další dvě generace v kosmu umístěných teleskopů, aby zvládly něco takového,“ říká Kare. „Ve skutečnosti takto můžete odpálit mezihvězdnou sondu, ale teď mluvíte o laserech, které by mohly mít stovky miliard Wattů výkonu.“ Laserová technologie by se mohla dostat na takovou úroveň během další 50 let, říká.
Originál a odkazy: http://www.space.com/10658-laser-rocket-propulsion-technology.html
Pokud se system bude pouzivat na starty ze Zeme, tak mikrovlny asi kvuli bezpecnosti (v podstate by to kvuli RS odrazum neslo na Zemi pouzit) se pouzivat nebudou. Spise vidim budoucnost v laseru.
Nejsilnejsi laser pro delsi pouziti (min 1min) maji v rusku (20mW).
Navic vlnova delka laseru umoznuje ostrejsi zaostreni a lepsi vyuziti celkove emitovane energie (ztrati se mnohem mene energie nez u MW). Ale s tim vodikem jako pohonou latkou tez nesouhlasim....jestli se ohraty dostane do atmosfery nasleduje vybuch, mnohem bezpecnejsi je pouziti zkapalneneho dusiku z atmosfery. Rekl bych, ze to pripomina NERVA, jen bez toho reaktoru na palube.
|
|
| Nejvýkonnější lasery má teď NIF v USA. Dusík se asi nedá použít, příliš těžké molekuly. Pro start potřebujete asi dvě základny s lasery/mikrovlnami - těžko by měly efektivní dosah bez rozptylu 1200-1500 km potřebných pro zrychlení ze 150 m/s na 7800 m/s. Hlavní problém je teplota - materiály nemají moc velkou tepelnou odolnost - keramické destičky do 1500°C, současně musíte udržet užitečné zatížení, spojové a manévrovací systémy pěkně studené.Vývoj a postavení takového systému by bylo extrémně drahé, počet UZ nikdy nedosáhne těch několika set ročně - i kdyby klesla cena za start na polovinu, družice bude pořád stejně drahá. |
|
