Témata: Šlo by odhadnout specifický impuls hypotetického solárně-termálního motoru ?

xchaos - 5/3/2011 - 18:59

V souvislosti s pohonnými technologiemi, které máme "těsně na dosah", se nejčastěji mluví o iontových motorech nebo o konceptu VASIMR. V obou případech jde o elektrické motory, které jednak spotřebovávají pracovní látku, kterou je třeba doplňovat, jednak potřebují poměrně masivní zdroj elektřiny - obří pole solárních panelů nebo kosmickou jadernou elektrárnu s rozsáhlými segmenty chladících radiátorů. Starší koncepcí je nukleárně-termální pohon, který eliminuje potřebu chladících radiátorů, a používá k expanzi pracovní látky přímo teplo z reaktoru: nukleárně-termální raketový pohon má lepší "konstrukční číslo", než elektrické koncepty, ale výrazně horší specifický impuls - ve skutečnosti jen několikrát lepší, než chemické motory (elektrické motory mohou mít o proti tomu specifický impuls o několik řádů lepší).

Já jsem celá léta sázel na sluneční plachtu, která jediná má potenciál být "obnovitelný" pohonem, nespotřebovávajícím ani minimální množství pracovní látky (ve skutečnosti materiál plachty bude v kosmu zřejmě zvolna degradovat). Dvě solární plachty byly v poslední době už vyzkoušeny - ale o tom teď mluvit nechci.

Obracím se na zde přítomné experty s dotazem, co si myslí o možnosti vytvoření případného "solárně termálního motoru". Moje idea je neskutečně jednoduchá a samozřejmě pro někoho kacířská a "příliš zelená" - ale současně, měla by být velice snadno ověřitelná v praxi. Co takhle okopírovat princip nukleárně-termálního motoru - ale nahradit jaderný reaktor parabolickým zrcadlem a soustřeďovat sluneční záření ? ve skutečnosti - koncentrace solárního záření je i na Zemi cestou k relativně lacinému dosažení velice vysokých teplot. Troufám si říct, že koncentrací solárního záření v kosmu (připomínám: žádné krátké zamračené dny v zimě, žádné noci) lze dosáhnout vyšších pracovních teplot, než by u většiny praktických konstrukcí jaderných reaktorů bylo bezpečné - reaktor musí mít pohyblivé mechanické prvky a je limitován dostupnými materiály. Specifický impuls termální reaktivního pohonu přitom bude tím větší, na čím větší teplotu dokážeme ohřát pracovní látku (argon, vodík, whatever).

Představuju si pohon pomocí clusteru kompaktních motorů, které by v podstatě byly tvořeny jen uhlíkovou tryskou (bez pohyblivých součástí) a parabolickým zrcadlem. Tah by pochopitelně bylo možné vynakládat pouze v omezené skupině úhlů vzhledem ke směru slunečního záření - ale jistá volnost manévrování by tam přeci jen byla. Podstatné je, že tepelné energie Slunce dokážeme využít prakticky 100% - u solárních panelů je toto číslo daleko menší. Tedy i relativně malé a lehké paraboly by mohly využít pracovní látku tak, že by se specifický impuls blížil když ne přímo hodnotám běžným u iontových motorů - tak alespoň hodnotám dosahovaných u nukleárně-termálních koncepcí.

Motor by mohl být extrémně efektivní na nízké oběžné dráze kolem Slunce - mohlo by ho být možné použít k urychlení mezihvězdné sondy, která by nejprve co nejvíce snížila perihélium své dráhy, a v něm pak zažehla solárně termální motor.

Celé by to mělo jít vyzkoušet jako technologický experiment i na poměrně malé a levné družice - resp., mělo by to jít vyzkoušet i ve vakuové komoře na Zemi, jaký tah by se tím dosáhl. Výzkum bude navíc bezpečné a neexplozivní a získané hands-on zkušenosti by jistě uvítali i amatérší konstruktéři nukleárně-termálních motorů (kteří si bohužel nemohou dovolit pokusy s malým jaderným reaktorem v garáži).

Koncepci solárně-termálního motoru bych si pracovně dovolil nazvat "Archimédes" - s odvoláním na mýtus o tom, jak Archimedes zapálil římskou flotilu u Syrakus pomocí zrcadel (jsem liberál a mám rád, když Impérium dostane na prdel, i když třeba jen v pohádce


derelict - 5/3/2011 - 19:56

Myslenka je to zajimava. Kdy vezmu priblizne 0.5kW*m^2 u Marsu, 1.3kW*m^2 u Zeme, 2.6kW*m^2 u Venuse a 9kW*m^2 u Merkuru, je mozne relativne snadno dopocitat potrebnou plochu zrdadel. Zalezi pouze na potrebnem prikonu. Problemem bude pouze mez tuhosti konstrukce oproti jejim rozmerum a hloubce gravitacni jamy (Slunce, Venuse, Zeme, Merkur, Mars ...). Prikon v ramci desitek MW by mohl stacit. Pro priklad:
Rozmer Merkur Venuse Zeme Mars
zrdcadla
100 90MW 2,6MW 1,3MW 0,5MW
1000 9GW 2,6GW 1,3GW 0,5GW
Samozrejme, jedna se o idealni podminky. Presto, jeden z trojice motoru SSME ma tusim vykon 9GW.
Pokud by se pouzila plocha, nikoliv parabolicka zdrcadla, je otazkou volby materialu a tato plocha muze pracovat zaroven jako solarni plachta. Obycejna hlinikova plachta nebo pokoveny mylar by mohly mit uvedene vlastnosti. Kazde zrdcadlo ma urcitou ucinnost, tedy je nutne resit otazku pracovnich teplot a tepelneho vyzarovani, aby nedoslo k poskozeni struktury.
Osobne bych doporucil urcitou kombinaci. Pokud by uvedene zrdcadlo zaroven dalo vyuzit zaroven pro generovani elektriny, byla by uvedena plocha vice nez dostatecna pro generovani velkeho mnozstvi elektricke energi i pro vykonejsi ekvivalent VASIMIRu.
Tedy, teoreticky je mozne udelat system, ktery umozni fungovat jako solarni plachetnice, elektrarna s iontovym motorem a solarne-termalni pohon. To mi pripada docela elegantni.


ales - 5/3/2011 - 20:59

"Solárně-termální" pohon zřejmě není nic "hypotetického", protože jsem o něm četl už dávno a po chvilce googlení jsem našel řadu konkrétních informací. Podle těchto informací je projektované Isp solárně-termálních pohonů cca 8000 - 10000 Ns/kg. To je rozhodně velmi dobrá hodnota (klasické chemické motory mají Isp cca 3000 - 4500 Ns/kg), ale určitě v tom bude pár "háčků" (protože se to zatím nepoužívá). Prvním "háčkem", který vidím, jsou rozměry a hmotnost zrcadla (to u chemických pohonů zcela odpadá). Druhým "háčkem" je například tepelná odolnost "spalovací komory" (na kterou se soustřeďuje světlo), která musí vydržet extrémní teploty (pokud má dosáhnout projektované Isp). Existuje řada projektů těchto pohonů a opravdu netuším, proč ještě nebyly realizovány a vyzkoušeny v kosmu. Faktem ale je, že solárně-termální pohon vyvíjí TU Delft i pro cubesaty - http://www.lr.tudelft.nl/live/pagina.jsp?id=c92c054b-c9ed-46e8-88f1-bfd15f4f8ef2&lang=en . Doufám tedy, že to někdo brzy reálně ověří a použije v kosmu.


xchaos - 5/3/2011 - 21:19

zrcadlo jako problém nevidím... motoru o malém tahu bude stačit malé zrcadlo... a malý tah není až takový problém, pokud je Isp slušný...

jako složité se mi jeví vektorování tahu při nutnosti zaměřit zrcadlo do slunce - bude to poměrně složitý mechanismus.


xChaos - 16/3/2011 - 23:21

quote:
Presto, jeden z trojice motoru SSME ma tusim vykon 9GW.


Nerad bych se opakoval, asi už jsem to psal, ale stejně:

Srovnatelný tah jako má SSME pochopitelně není pro meziplanetární manévry potřeba: eliptickou dráhu je možné zvyšovat krátkými opakovanými zážehy v perigeu, třeba desetkrát, nebo i víckrát. Pořád to bude rychlejší manévr, než pomocí iontových motorů. Pouze 3x větší Isp než u chemických motorů sice nevypadá jako žádný zázrak - ale je to podle mých matných vzpomínek srovnatelné se všemi staršími koncepcemi nukleárně-termálních motorů (kromě VASIMR a nukleárně-eletrického iontového).

Přechod zrcadla mezi parabolickým a rovinným tvarem je zajímavý nápad, který není zcela nereálný, a vnáší do hry moje oblíbené geodetické dómy (které byly v módě v 60. letech 20. století :-): víceméně, tím, že jsem je několikrát ze zvědavosti zkoušel stavět, mám jistou představu o tom, jak jejich geometrie funguej - a co je potřeba udělat, aby se rozložily do podoby "paírové vystřihovánky"...

Víceméně: kdyby vždy jeden (na některých místech konstrukce asi více) z pěti nebo šesti trojúhelníků geodetického čtvrt-dómu byl prázdný (a nepotažený reflexní fólií) - a kdyby příslušná příčka neměla fixní délku, ale byla schopná se telefonicky vysunovat nebo stahovat, tak by reflexní čtvrt-dóm složený s trojúhelníkových segmentů mohl vcelku plynule měnit tvar mezi rovinným zrcadlem a poměrně přesnou aproximací kulové plochy (která je zase aproximací parabolické plochy). (Samozřejmě by bylo nutné použít některou z geometrií, která je tvořená spíše stovkami, než desítkami trojúhelníků).

Konverze energie přes elektřinu může být v některých případech prostě "drahá".

Jako nedořešenou výzvu vidím nutnost zkonstruovat loď tak, aby v ohnisku paraboly byla vždy jen expanzí komora motoru, a nikdy ne nádrž ze zásobou reakční hmoty, nebo užitečné zatížení - a současně aby tah mířil požadovaným směrem jak v režimu plachtění, tak i v režimu "tryskání". Ale rýsuje se mi už v hlavě určité geometrické uspořádání celé lodi... ale snad budu muset naprogramovat nějaký program, který by mi to vyrenderoval, nebo co... nebo to sem můžu prsknout, ale nesmíte se mi smát :-)


xChaos - 16/3/2011 - 23:29

Hmm, tak na Wiki je to už podrobně rozpracované:
http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_thermal_rocket

A jak jsem to myslel s tou transformací rovinného zrcadla na přibližně parabolické (kulové) a zpět, to je patrné z tohohle obrázku - (samozřejmě by se muselo spočítat, jestli je v těch "rozpáraných" hranách výhodnější spíš nosníky zdvojit, nebo vynechat jeden segment):
[Upraveno 16.3.2011 xChaos]


xChaos - 26/12/2011 - 15:38

Opět sem si vybavil tuhle myšlenku, když jsem si přečetl tuhle zprávu (doprovázenou nádhernými fotkami z paluby ISS, mimochodem)

http://teckacz.cz/1170-Kometa-Lovejoy-vydrzela-prulet-slunecni-atmosferou
Kometa Lovejoy vydržela průlet sluneční atmosférou

Nabízím variaci na téma klasického Verneova románu "Na kometě":

Komety představují největší volně poletující shluky reakční hmoty použitelné pro reaktivní pohon. Navíc se už od přírody nachází téměř na optimální oběžné dráze s nízkým perihéliem, ve kterém je gravitační manévr pro opuštění Sluneční soustavy nejvýhodnější - komety vlastně čekají uložené v jakýchsi "meziplanetárních pracích", až přijdeme a vystřelíme je! Takže úvaha "na kometě ke hvězdám" je následující: meziplanetární sonda (zřejmě zatím bezpilotní) by byla umístěna na povrchu komety s velmi nízkým perihéliem (nevím jestli tak nízkým, jako je kometa Lovejoy). Povrch komety bychom pokryli speciálním materiálem (v podstatě jakýmkoliv materiálem, jehož teplota tání by byla vyšší, než teplota varu materiálu komety - tedy předpokládá se, že převážně vody). Části komety by mohly být pokryté reflexním materiálem, části naopak velmi tmavým, sluneční světlo absorbujícím: vhodným otáčením tohoto materiálu vůči Slunci bychom mohli korigovat dráhu (to bylo poprvé navrženo pro případ, že bychom chtěli odchýlit asteroid a zabránit jeho střetu se Zemí) - případně bychom mohli výtrysk reakčních plynů řídit tak, abychom dosáhli optimální nejmenší vzdálenosti průletu kolem Slunce (přeci jen - nechceme se "namočit" do atmosféry, i když by samotná meziplanetární sonda mohla být schovaná jednak úplně pod povrchem komety, jednak na odvrácené straně od Slunce).

Ideální by bylo spočítat využití hmoty komety tak, aby se v perihéliu prakticky všechen materiál odpařil. Pokud by složení komety nebylo na toto vhodné (špinavý let), tak by mezihvězdná mise mohla přistát na kometě, a na ní předem "natěžit" dostatek čistého, filtrované vody vyrobené z in-situ ledu pro svůj solárně-termální reaktivní manévr: voda by mohla být uložena ve v podstatě "nafukovacích" nádržích (díky černé barvě by snad mohla zůstat v kapalné podobě) - a při průletu kolem Slunce by byla pumpována do uhlíkové trysky, na kterou by sluneční světlo zaměřovalo parabolické zrcadlo (při tak nízké vzdálenosti od Slunce by ani nemuselo být extra velké...)

Relativně nízký specifický impuls takového motoru (srovnatelný s chemickými raketovými motory) by vyvažovalo jednak obrovské množství dostupné energie i reakční hmoty (které by nebylo srovnatelné prakticky s ničím, co bychom byli schopni vynést na raketě ze Země), jednak to, že by manévr probíhal po řadu dnů během blízkého průletu u Slunce, tedy ve velmi silném gravitačním poli.

Podobné nápady už byly na webu popsány, ale žádný z nich nepředpokládal s využitím materiálu pocházejícího z komety jako s reakční hmotou ("reactive mass" - nejde o chemickou reakci) pro raketový motor. Je to samozřejmě pořád staré dobré "in-situ resource utilization" - ale v tomto případě ve verzi, že "in-situ resources" jsou už přímo připravené na dráze, na které je potřebujeme mít, a vzhledem k množství abundantní sluneční energie se ani nemusíme zdržovat s tím vyrábět z toho nějaké raketové palivo, apod. [Upraveno 26.12.2011 xChaos]


-=RYS=- - 27/12/2011 - 09:47

Kdyz bude v ohnisku (kde je i voda) zrcadla vice nez tusim ze 1140stC, tak se voda zacne rozkladat na vodik a kyslik. Pak by stacilo tento vodik a kyslik zapalit ve vhodne spalovaci komore s tryskou.

Cili delat z vody rekcni paru je jedna vec, jen se to nesmi pretahnout s teplotou, aby se z vody nedelal vodik s kyslikem.

Podle meho by para mela mensi impuls nez nasledne termicky rozlozena voda na kyslik a vodik. Cili pouzit Slunce na rozklad vodiku a kysliku a ty pak pouzit v klasickem kysliko vodikovem motoru.
Tento spalovaci motor ci motory by meli vetsi impuls nez para.


Lojzo - 27/12/2011 - 18:16

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


xChaos - 7/1/2012 - 20:24

quote:

Podle meho by para mela mensi impuls nez nasledne termicky rozlozena voda na kyslik a vodik. Cili pouzit Slunce na rozklad vodiku a kysliku a ty pak pouzit v klasickem kysliko vodikovem motoru.
Tento spalovaci motor ci motory by meli vetsi impuls nez para.



Nejsem si jistej, jestli by jednak nebyla dostupná energie využitá méně efektivně, než jen při ohřívání pracovní látky - jednak další věc je "konstukční číslo".

Ano, s in-situ resource utilization na různých tělesech sluneční soustavy se počá, hlavně s vodním ledem. To o čem mluvím, je ale o stupeň jednodušš: jednak se v tomto případě palivo nemusí nikam dopravovat, protože komety se beztak pohybují už po téměř optimální vysokoenergetické dráze pro opuštění sluneční soustavy. A druhak se výroba paliva může ukázat prostě jako ztráta času...

Chci říct, že pokud se přímým ohřevem pracovní látky využije 100% zachycené sluneční energie, a při nějakém jiném procesu by se využilo 20% , tak poloviční specifický impuls vlastně nemusí ničemu vadit... jde tu o hmotu, energii a čas: kromě Isp se bude počítat i schopnost uvolnit tu energii rychle v nejnižším bode eliptické dráhy.


martinjediny - 7/1/2012 - 20:46

quote:
Podle meho by para mela mensi impuls nez nasledne termicky rozlozena voda na kyslik a vodik. Cili pouzit Slunce na rozklad vodiku a kysliku a ty pak pouzit v klasickem kysliko vodikovem motoru.
Tento spalovaci motor ci motory by meli vetsi impuls nez para.



prve ano druhe nie...
Solarne temalny pohon dokaze vyvinut teplotu i tlak daleko vyssi, ako dokaze LOX/LH. A to az nasobne. Pri tych teplotach uz mozme ratat s ionizaciou, co by umoznilo zlepsit moznosti ochrany spal. komory a vektorizacie tahu. Dokonca spal komora by mohla byt relativne exoticka. nemusela by byt v koncovej casti plnostenna...


Derelict - 7/1/2012 - 21:02

quote:

prve ano druhe nie...
Solarne temalny pohon dokaze vyvinut teplotu i tlak daleko vyssi, ako dokaze LOX/LH. A to az nasobne. Pri tych teplotach uz mozme ratat s ionizaciou, co by umoznilo zlepsit moznosti ochrany spal. komory a vektorizacie tahu. Dokonca spal komora by mohla byt relativne exoticka. nemusela by byt v koncovej casti plnostenna...


Myslis neco jako MHD nebo Vasimir ?


martinjediny - 7/1/2012 - 21:56

ano, i ked to uz asi straca rydzo S-termalnu charakteristiku...

V kazdom pripade ohnisko solarnej pece v blizkosti vstupu do trysky dokaze poskytnut daleko vyssiu teplotu ako horenie...


Derelict - 7/1/2012 - 22:09

quote:
ano, i ked to uz asi straca rydzo S-termalnu charakteristiku...

V kazdom pripade ohnisko solarnej pece v blizkosti vstupu do trysky dokaze poskytnut daleko vyssiu teplotu ako horenie...



S nejakym dobrym zdrojem a parovymi (katoda + anoda) tryskami se dostavas na iontovy motor, ktery bude mit vice nez slusny vykon. Kdyby bylo tak mozne postavit neco podobneho pro zdvih zarizeni z gravitacni studny (hlavne z atmosfery).


navstevnik - 8/1/2012 - 17:02

quote:
quote:
Podle meho by para mela mensi impuls nez nasledne termicky rozlozena voda na kyslik a vodik. Cili pouzit Slunce na rozklad vodiku a kysliku a ty pak pouzit v klasickem kysliko vodikovem motoru.
Tento spalovaci motor ci motory by meli vetsi impuls nez para.



prve ano druhe nie...
Solarne temalny pohon dokaze vyvinut teplotu i tlak daleko vyssi, ako dokaze LOX/LH. A to az nasobne. Pri tych teplotach uz mozme ratat s ionizaciou, co by umoznilo zlepsit moznosti ochrany spal. komory a vektorizacie tahu. Dokonca spal komora by mohla byt relativne exoticka. nemusela by byt v koncovej casti plnostenna...


Rozložení vody na kyslík a vodík a jejich následné spálení, nemůže z podstaty věci nic přinést.

Je nutné si uvědomit, proč je kombinace LOX/LH tak výkonná. Není to kvůli velkému energetickému obsahu (existují mnohem energetičtější paliva) a není to ani kvůli velké teplotě spalování (není nijak mimořádná). Vysoký specifický impuls je dán výhradně nízkou molekulární hmotností spalin. Té je dosaženo velkým, zhruba trojnásobným, přebytkem vodíku ve směsi, takže spaliny kromě vodní páry obsahují spoustu nespáleného vodíku. Kdybychom do motoru přiváděly vodu, tu štěpili a po té spalovali, nemohli bychom tohoto přebytku dosáhnout, takže výstupní spaliny by obsahovali pouze vodní páru. Proto by byl efekt stejný jako kdyby byla voda použita přímo v parním motoru.

Věc druhá: Solárně tepelný pohon nemůže vyvinout vyšší teplotu než LOX/LH (alespoň ne o mnoho), maximální dosažitelná teplota je daná barevnou teplotou slunce.


martalien2 - 8/1/2012 - 17:32

quote:

Rozložení vody na kyslík a vodík a jejich následné spálení, nemůže z podstaty věci nic přinést.



No neco prinest muze. Prebitek kysliku muzeme pouzit pro orientacni motorky ale hlavne vodu na rozdil od vodiku a kysliku, muzeme skladovat temer neomezene dlouho. Vodik samotny nam z nadrzi proste unika.


navstevnik - 8/1/2012 - 18:04

Právě proto, že vodu lze bezproblémově skladovat, nemá ten rozklad smysl, maximálně lze takto uložit nějakou energii do zásoby, ale nelze tím získat žádný specifický impuls na víc. Pokud by byla celá loď na páru, od hlavního pohonu, po orientační trysky, vše se nesmírně zjednoduší.


martinjediny - 8/1/2012 - 18:50

quote:
...Věc druhá: Solárně tepelný pohon nemůže vyvinout vyšší teplotu než LOX/LH (alespoň ne o mnoho), maximální dosažitelná teplota je daná barevnou teplotou slunce.



Ja sa prilis hadat nebudem. Spolieham sa na tunajsich panov fyzikov, ktory vo vlakne bud fyzika, alebo vo vlakne laicke otazky presviedcali, ze teplota je len otazkou koncentracie slnecneho ziarenia a teda, ze nie je problem dosiahnut aj pri povrchovej teplote Slnka 7 000 K v ohnisku parabolickeho zrkadla napr. 14 000 K...


Derelict - 8/1/2012 - 19:19

quote:
quote:
...Věc druhá: Solárně tepelný pohon nemůže vyvinout vyšší teplotu než LOX/LH (alespoň ne o mnoho), maximální dosažitelná teplota je daná barevnou teplotou slunce.



Ja sa prilis hadat nebudem. Spolieham sa na tunajsich panov fyzikov, ktory vo vlakne bud fyzika, alebo vo vlakne laicke otazky presviedcali, ze teplota je len otazkou koncentracie slnecneho ziarenia a teda, ze nie je problem dosiahnut aj pri povrchovej teplote Slnka 7 000 K v ohnisku parabolickeho zrkadla napr. 14 000 K...


Vse je otazkou zvoleneho media (lepe receno jeho fyzikalnich vlastnosti) a frekvenci prijimaneho zareni.

http://cs.wikipedia.org/wiki/Fotoelektrick%C3%BD_jev

Vzhledem k elektromagnetickym charakteristikam slunce je vice nez mozne dosahnout vyssich teplot nez radove tisic stupnu, potrebnych pro ionizaci.
Pro tepelne a viditelne svetlo je mozne pouzit cocky a zrdcadla, ale dnes uz jsou technologie schopne vytvorit podobne zarizeni i rentgenove a cast gama zareni. Pravda, jejich ucinnost a pouziti jsou dost omezene, ale na obdobne aktivity vice nez postacujici.


navstevnik - 8/1/2012 - 20:50

Domnívám se, že druhý termodynamický zákon platí i v této situaci a že jedno těleso nedokáže zahřát druhé nad svou vlastní teplotu.


Derelict - 8/1/2012 - 21:17

quote:
Domnívám se, že druhý termodynamický zákon platí i v této situaci a že jedno těleso nedokáže zahřát druhé nad svou vlastní teplotu.


To ano. Ale bavime se o energii zareni. Termojaderna reakce ma dle meho vyssi teplotu, nez je teplota fotosfery. Otazkou je, jaky vliv ma pohlcovani a znovuvyzareni fotonu cestujicich z mista, kde tato reakce probiha. Teplota fotosfery je tusim okolo 5700K. Teplota horeni vodiku + kysliku je okolo 3000K.

Tedy minimalne dvojnasobek vykonu ? ;o)


eudoxus - 8/1/2012 - 22:20

Uvahy o pouziti vody ako prac. latky su popisane aj tu:
NUCLEAR-HEATED STEAM ROCKET: http://www.neofuel.com/moonicerocket/



martinjediny - 8/1/2012 - 23:15

quote:
Domnívám se, že druhý termodynamický zákon platí i v této situaci a že jedno těleso nedokáže zahřát druhé nad svou vlastní teplotu.


Nechcem popierat TD zakon, ale:
1/ presna definicia znie inak - minimalne ti vypadlo slovicko samovolne. (preto moze napr tepelne cerpadlo nie je v rozpore s TDZ)
2/ TDZ nema univerzalnu platnost - napr. kvantova fyzika pripusta samovolny prestup tepla z chladnejsieho na teplejsie (opat to nie je moj obor, takze blizsie detaily neposkytnem)

3/ Na zakone zachovania energie sa zrejme zhodneme tiez.
Ja som strojar, tak skusim prakticku otazku.
Skus mi prosim objasnit nasledujuci problem (povedzme tu na Zemi):
Parabolickym zrkadlom priemeru 10m koncentrujem Slnecne svetlo
do ohniska. Tam je duta gula priemeru 0,01m so zanedbatelne malym vstupom a zanedbatelnou hrubkou steny.
Energia fotonov uvaznenych v guli sa teda nemoze vyziarit cez vstupny otvor, takze predpokladam ze sa vyziari povrchom gule.
Aku teplotu bude mat gula, aby vyziarila dodanu energiu?
Pri akom pomere priemerov musi ziarit gula vyssou teplotou ako je na povrchu Slnka, aby sme neporusili zakon zachovania energie?


Čtenář - 9/1/2012 - 08:10

Maximální teoreticky dosažitelný koncentrační poměr pro Slunce na Zemi je asi 46200, viz. např. http://www.stratosolar.com/uploads/5/6/7/1/5671050/high_temperature_solar_concentrators.pdf

Zdá se mi, že jediným omezujícím faktorem bude potom zachování energie v místě soustředění zářivého toku, tedy podle S-B zákona zvýšení teploty v ohnisku natolik, že čtvrtá mocnina výsledné teploty vyrovná zvýšení na 46200 násobek. Teoreticky by tedy mělo být možné dosáhnout teploty plazmy v ohnisku cca 44000 K (88000/2 protože ohnisková ploška vyzařuje na obě strany). To za předpokladu, že se plazma v ohnisku bude chovat jako dokonalý absorbér pro viditelné světlo.

Pro myšlenkový pokus si představme třeba mikrovlnné ohřívací antény v tokamacích, které slouží pro dodatečný ohřev plazmatu. Záření těchto antén v mikrovlnném pásmu má evidentně schopnost dodatečně ohřát těleso (plazmu) o teplotě miliónů stupňů. Tyto antény bychom nemuseli teoreticky napájet z generátorů, ale přivedením mikrovln pomocí vlnovodů z venkovní louky, kde by stály radioteleskopy namířené na Slunce. Mikrovlnné záření Slunce, jakkoliv slabé, by bylo těmito teleskopy zachyceno a přivedeno do antén dovnitř tokamaku, kde by ohřívalo plazmu. Výkon ohřevu by byl závislý jen na rozměrech parabol oněch radioteleskopů a tedy jejich výkonovém zisku. Při správném množství teleskopů bychom teoreticky mohli dosáhnout libovolně velkého ohřevu (samozřejmě ztráty vedením nám nějaký limit dají). Nikde bychom neměli žádný aktivní prvek a ohřívali bychom milión stupňů horkou plazmu částí záření černého tělesa o povrchové teplotě 6000 K (Slunce).


navstevnik - 9/1/2012 - 21:04

I když mi to připomíná perpetum mobile (což je ovšem jen můj problém), zřejmě máte pravdu.


Derelict - 9/1/2012 - 22:46

quote:
I když mi to připomíná perpetum mobile (což je ovšem jen můj problém), zřejmě máte pravdu.


Co je teplo? Teplo je (de facto) kineticka energie.
Pro vodik potrebujete dosahnout energii 1312 kJ/mol pro jeho ionizaci (ted se nebavim o spalovani, to bereme jako teoreticky mene ucinne). Vlastni zareni vodiku je v ramci radioveho spektra 1420 MHz (což se rovná vlnové délce 211 mm), jedna se frekvenci zareni kdy excitovany atom prechazi do klidoveho stavu. Plati to i obracene, pro excitaci je nutne prijmout tuto frekvenci a vyssi (snad to formuluji spravne).
Co se tyka prijimanych frekvenci, gamazareni je u slunce dost, viditelne a blizke infracervene spektrum take. Vodik bude mozne ohrivat od mikrovlnneho pasma, tedy omezeni je dane pouze pomerem ploch, ze kterych se bude koncentrovat zareni a cilove oblasti.
Takze, mame moznost excitovat vodik (uvest do ionizovaneho stavu) i jako "relativne studenou plasmu", mame moznost ohrivat v plnem rozsahu spektra od uvedene spodni hranice.
Pokud se jedna o vodu, tak kazdy z nas pouziva mikrovlnku (2,5GHz). Ohrev vody, jeji disociace a ionizace vyslednych plynu vyuziva spektrum od mikrovln vyse. Problemem pro komoru bude ionizovany kyslik, ktery bude prudce reaktivni. Na druhou stranu ionty je mozne usmernovat pomoci magnetickeho pole, tak by mohla pomoci silna magneticka past. Pokud by doslo k ohrevu skutecne k nejakym 50 000 stupnu, bavime se o energii, kterou nedokazeme vyvinout jadernym reaktorem, ten by mohl tak maximalne pomoci pohanet MHD generator aby se neznicila komora.
Trochu exoticka zalezitost. Slunce je metastabilne udrzovane tlakem zareni. Bylo by mozne navrhnout a spocitat konfiguraci, kde by tlak zareni delal protivahu tlaku vytvarenem solarne tepelnym pohonem?

Tomu rikam fyzikalni ulety. Ale Martine, dobre zamysleni nad moznostmi, ktere tu mame.


xChaos - 11/1/2012 - 20:41

quote:
Uvahy o pouziti vody ako prac. latky su popisane aj tu:
NUCLEAR-HEATED STEAM ROCKET: http://www.neofuel.com/moonicerocket/



Až na to, že ve vnitřní sluneční soustavě místo jaderného reaktoru stačí parabolické zrcadlo.

Pro použití na Zemi je to nepraktické (odpor vzduchu, potřeba udržovat správnou orientaci, apod.). Ve vesmíru by tohle neměl být problém...


xChaos - 11/1/2012 - 20:45

quote:
Právě proto, že vodu lze bezproblémově skladovat, nemá ten rozklad smysl, maximálně lze takto uložit nějakou energii do zásoby, ale nelze tím získat žádný specifický impuls na víc. Pokud by byla celá loď na páru, od hlavního pohonu, po orientační trysky, vše se nesmírně zjednoduší.


Já to vidím podobně. Ale popravdě.. nevím, jak je to přesně s rekordním bodem tání, ale jeden z nejvyšší bodů tání má uhlík, takže jsem si představoval uhlíkovou expanzní komoru/trysku. Podle mě je to do značné míry limitované teplotou, na kterou je možné ten motor ohřát (i s přihlédnutím ke kontinuálnímu chlazení pracovní látkou, ono by to šlo samozřejmě asi nepatrně zašvindlovat)

Pointa startu z komety prolétající blíko Slunce (kometa Lovejoy dokázala, že létají HODNĚ blízko) je, že to parabolické zrcadlo by nejspíš stačilo relativně malé a pracovní látky je k dispozici dost na spoustu hodin až dnů činnosti.


denis - 31/1/2012 - 00:41

Dobry den,
rad bych se zeptal na vas nazor ohledne realne dosazitelnych
konstrukcnich parametru parabol. zrcadla
(zatim jsem nenasel ze by se touto otazkou nekdo zabyval):

Jako mirne pouceny laik zatim pro uvahy o moznostech solarne-termalni
propulse uvazuji zrcadlo o plose 1000 m2 pri hmotnosti 200 kg
(pouze hmotnost vlastni odrazne plochy s podpurnou konstrukci-
bez vyklapeciho mechanismu a systemu pohonu a orientace)

Je podle vas mozne vyrobit takove zrcadlo soucasnymi technologiemi za akceptovatelnou cenu?


Alchymista - 1/2/2012 - 00:41

To máš zrkadlo s rozmermi zhruba 32x32 metrov alebo priemerom cca 36 metrov, sústreďujúce energiu cca 1,3MW - ja myslím, že do 200kg by sa vojsť dalo.
Záleží samozrejme na tom, akú presnosť plochy požaduješ... Na zobrazovacie účely to rozhodne nestačíť nebude. Pre energetické aj ano... Pre radiotechnické - na to je tu odborník RYS.

Samotná odrazná plocha sa dá urobiť veľmi ľahka, pri 10g/m^2 je to celkom solídne pevná folia, komerčne dostupné hliníkované folie majú i pod 1g/m^2 -> Nech je to 10kg.
Ako vystuž pre zrkadlo s rozumnou presnosťou zakryvenia by sa dalo použiť niekoľko prútov s dĺžkou okolo 18 metrov a výstužné vlákno po obvode zrkadla, prípadne aj v istej dĺžke prútov.
S priemernou hmotnosťou 50 gramov na meter máš už veľmi slušnú trubku - bežne dostupné duralové šípy majú 25-35 gramov na meter, karbonové i pod 15 gramov na meter.

[Upraveno 01.2.2012 Alchymista]


cernakus - 1/2/2012 - 00:53

Alchymista:

Opravdu by stačilo cca 4 mikrometry (hliník) tloušťka? Kuchyňská hliníková fólie má 18 mikrometrů a to jsem si myslel, že to je slabé.

Jak jsou na tom tyhle plachty s odolností proti slunečnímu větru? Hustota částic je sice nízká, ale čas je proti nám.


derelict - 1/2/2012 - 10:29

quote:
...bežne dostupné duralové šípy majú 25-35 gramov na meter, karbonové i pod 15 gramov na meter.


Hlinikova folie by se dala pouzit, otazkou je odvod elektrickeho naboje. Horsi je to s profily. Titan/hlinik/dural/horcik a slitiny jako sial nebo lithium-horcik/lithium-hlinik je mozne pouzit (zajimalo by mne, zda je mozna elektrochemicka koroze ve vakuu, ale s radove silnejsim elektrickym polem - generovano slunickem, nikoliv chemickymi reakcemi).
Polymerove trubky budou mit problem s degradaci UV zarenim a solarnim vetrem. I mylarova folie ma omezeni (a to je relativne stala). Kevlar neni mozne pouzit bez krytu .... atd. Navic, tepelne meze u vetsiny kovu jsou postaveny vyse nez u polymeru. Karbon (ve forme upraveneho uhliku, uhlikovych sloucenin uhlik nebo i hardcore konstrukce z nanotrubek) neni poradne odzkousena, to by mohl byt dobry experiment.
Mimochodem, narazil nekdo na nejake materialove inzenyrstvi na orbite? Probihaji nejake pokusy nebo testy materialu, dlouhodobeho vlivu vystaveni solarni radiaci, teplotnim sokum a vakuu? Spojovani materialu a vlivy ruzneho chemickeho slozeni, osetreni ploch? Nebo tyto pokusy prakticky "skoncili" nekdy koncem 70/zacatkem 80 let?


Alchymista - 1/2/2012 - 11:47

cernakus - pišem hliníkovaná ako pohliníkovaná - teda plast a na ňom povlak hliníku alebo sendvič plast-hliník (prípadne plast+zlato...). Samotná hliníková fólia skôr nie - tá plachta sa musí dať poskladať do malého objemu a znovu rozložiť (aspoň jeden krát) - hoci po rozložení vo vesmíre by sa mohol plast aj "odpariť" a zostať len samotná kovová folia. Kritické z hľadiska pevnosti je podľa mňa práve to rozkladanie fólie vo vesmíre.

Jan Dusatko - prinajmenšom činania s tým budú experimentovať ešte pár rokov, kým sa to nenaučia. Pri čínskom výstupe do vesmíru tiež preniesli do lode z povrchu nejaké vzorky mazadiel a ďalších materiálov.
Ale mám dojem že experimenty tohto druhu prebiehajú stále aj na ISS a manipulácia so vzorkami je pomerne bežnou súčasťou EVA. Skôr mi to pripadá, že je to tak rutinná záležitosť, že sa to v reportoch obvykle už ani neuvádza.

Elektrochemická korozia určite možná je, ale bude prebiehať inak ako na Zemi - chýba voda ako hlavné polárne rozpúšťadlo a aj tlak je extrémne nízky. IMHO na povrchu objektu sa to bude skôr podobať nejakým procesom v koronovom výboji alebo v studenej plazme. Na druhej strane významné zmeny môžu prebiehať priamo v materiále - medzikryštalická korozia, zmeny kryštalickej štruktury, difuzne procesy, rast mikrotrhlín a medzikryštalických trhlín... a čojaviem čo ešte...
Ďalšia vec je, že ISS je síce vo vesmíre, a teda teoreticky vo veľmi solídnom vákuu, ale rôzne úniky plynov a kvapalín, i činnosť rôznych raketových motorov vytvárajú okolo stanice akúsi nestabilnú plynovú obálku, s nie práve obvyklým zložením a vlastnosťami. Z dlhodobého hľadiska to tiež môže mať nepredvídateľný či ťažko predvídateľný vplyv na degradáciu materiálov.
[Upraveno 01.2.2012 Alchymista]


xChaos - 4/2/2012 - 10:24

quote:
To máš zrkadlo s rozmermi zhruba 32x32 metrov alebo priemerom cca 36 metrov, sústreďujúce energiu cca 1,3MW - ja myslím, že do 200kg by sa vojsť dalo.
Záleží samozrejme na tom, akú presnosť plochy požaduješ... Na zobrazovacie účely to rozhodne nestačíť nebude. Pre energetické aj ano... Pre radiotechnické - na to je tu odborník RYS.


Pro energetické účely podle mě přesnost stačí nejmenší. Víceméně se odvíjí od velikosti, kterou bude mít expanzní komora trysky. Což např. pro 1.3MW příkon nedokážu odhadnout - ale není to nic extra výkon - lze to srovnat námatkou s tepelným příkonem obyčejné parní lokomotivy (tepelný příkon parního stroje musel být až 5x větší, než mechanický výkon).

S mikrovlnými parabolami mám určitou zkušenost i já. V zásadě platí, že nepřesnosti by měly být výrazně menší, než vlnová délka, kterou se snažími koncentrovat: důvod je pro to velmi jednoduchý - čím kratší vlnová délka, tím menší rozměry bude mít primární zářič. Ty obrovské radioteleskopy co komunikují i se sondami v hlubokém kosmu budou mít na přesnost podle mě nároky docela velé.. i když otázka je, zda nepoužívají nějaké sekundární reflektory, nevím. Podle mě ale pro solárně-termální energetické účely postačí prostě taková přesnost, aby se většina odražených paprsků trefila do ohřívaného předmětu - což je fakt snadné, proti využití v komunikací. Příliš velká přesnost by dokonce mohla protavit do cílového objektu díru :-) takže mírný rozpty je možná i žádoucí.

Jak říkám - solární termální pohon není nic nového, ale nikde jsem předtím nečetl o nápadu se startem z povrchu komety v perihéliu, na které by se předtím "vytěžila" reakční hmota (ve formě ledu). Takže bych na to měl rád nějaký "creative commons copyright", na tenhle nápad - něco jako A.C.Clarke na geostacionární družice :-)


denis - 5/2/2012 - 18:37

Dekuji vsem za nazory. Potreboval jsem si potvrdit alespon hruby odhad, jaka celkova odrazna plocha se da nacpat do meziplanetarni sondy o max hmotnosti cca 3 tuny.

Ja se konkretne zabyvam moznostmi vyuziti zrcadel pro upravy drah kratkoperiodickych komet(tech nejmensich,s jadry o prumeru do cca 1km)

Max.hmotnost sondy je zde inspirovana startovni hmotnosti Rosetty.
Zivotnost systemu by mela byt radove alespon 15-20 let- degradujici ucinky prostredi uz tu nekdo nakousl.. Nicmene drahy vytipovanych komet se ke Slunci obecne nedostanou blize nez 1,5 AU.
Pro vypocty vyuzitelneho vykonu zrcadel v ruznych mistech drahy komety uvazuji tri zrcadla,kazde o nominal.plose 1000 m2,obihajici kolem jadra komety a soustredujici energii do urcenych bodu na povrchu jadra. - kazde s vlastnim nezavislym pohonem a taky trochou toho paliva.. Na kazde zrcadlo pocitam 200kg na holou konstrukci+ 200kg na ridici system a palivo.Tedy celkem 3krat 400kg.Plus jeden nezavisly ridici a komunikacni modul (100-200 kg).To je celkem necela 1,5 tuny uzitecneho nakladu.
Zbylou 1,5 tuny pocitam na dopravu cele ´zasilky´ ke komete.
Je takova uvaha podle vas realna?
Pokud by tu byl nekdo,kdo se timto take treba zabyva, ozvete se prosim,at neobjevuji objevene :-)
Nebo jestli uz je na toto tema nekde diskuse?


-=RYS=- - 5/2/2012 - 22:20

Co se tyce zrcadla, tak je fakt, ze uz se vyrobila experimentalni zrcadla z "pozlaceneho staniolu". Na uhliko-kompozitove konstrukci se ten "staniol" vypnul (natahl).

Co se tyce hladkeho zrcadla, tak se to povedlo tak, ze na konstrukci typu "buben" se dal tento povlak (pozlaceny staniol) a hermeticky se to utesnilo. Pak zacali vysavat vzduch a tak vznikla pozlacena parabola se spravnym ohniskem.

Cili to jsou dve konstrukce.
Prvni se da udelat dost velka, ale nebude mit ostre ohnisko.
Druha konstrukce potrebuje podtlakovy system.
Predpokladam, ze by se mohlo pouzit vicero "bubnu" paralelne a ohnisko vsech "bubnu" spojit jako jedine.

Co se tyce pohonu, tak asi kombinace hydrazinu+iontovejch motoru. K tomu RTG jako spolehlivej zdroj.

Radiovej system nepotrebuje prenaset kvanta vedeckych dat. V podstate jde o povelovej telemetrickej system.
Jelikoz jsme hodne omezeny velikosti a spotrebou elektriky, tak pujde o dvoupasmovej system.
Nouzovej vsesmerovej v S pasmu a hlavni ridici/povelovej/prenos fotek jadra atd.. v Ka pasmu malou pevnou parabolou o prumeru 1m s vykonem 10W PA.

Co vsak asi bude soucasti systemu je neco jako robonaut nebo KINO (StarGateUniverze ci ten posledni experiment na palube ISS s trema studentskyma koulema ala KINO...kamery/radiokomunikace/reaktivni system kazde z 3 kouli). Protoze je treba kontrolovat rozlozeni paraboly, opticky prozkoumat jadro komety a pro pripad nouze, aby system mel "ruce s prsty" ktere by vytahli zaseknute casti.
Takze spise neco jako robonaut s vlastnim reaktivnim pohonem ve vnejsim doku sondy do ktere by vzdy zaparkoval pro dobiti.

Celkove se da predpokladat, ze v konstrukci se kvuli vaze da pouzit neco jako uhlikovej kompozit misto hlinikovejch slitin.



alamo - 14/6/2012 - 20:46

a ako by na tom boli "stacionárnejšie" aplikácie tohto princípu?
pôvodné návrhy predchádzajúce ISS počítali s použitím solárno termálnych jednotiek miesto článkov..

http://www.astronautix.com/craft/pown1984.htm

ku "klasickým" polovodičovým panelom sa vlastne pristúpilo prečo?
nemôže to mať súvis, práve s pomalým rozbiehaním stirlingovho motora, čo by v kombinácii s neustálim schovávaním sa stanice v zemskom tieni, asi pôsobilo problémy?

ale čo tak "niekde vyššie"? kde tento problém odpadá..


yamato - 14/6/2012 - 20:58

quote:

ku "klasickým" polovodičovým panelom sa vlastne pristúpilo prečo?



velmi pravdepodobne preto, ze na solarnom paneli sa nic netoci ani nekmita. Tociace a kmitajuce diely su zdrojom opotrebenia a poruch.


x - 14/6/2012 - 21:25

quote:
quote:

ku "klasickým" polovodičovým panelom sa vlastne pristúpilo prečo?



velmi pravdepodobne preto, ze na solarnom paneli sa nic netoci ani nekmita. Tociace a kmitajuce diely su zdrojom opotrebenia a poruch.


A taky možná dnes již větším výkonem na plochu - 15% prostě nedosahuje mechanickými zařízeními kde je to dáno hlavně 2 termodinamickou větou - a dle všeho s kratší životností než 20 let u solárních panelů - kde je možnost poruchy minimální.

A navíc řídící elektonika prostě jen panel odpojí od systému - na což stačí obyčejná dioda v nejednoduším případě - proud od zdroje do zkratovaného panelu prostě nepropustí a přerušený - tedy bez výroby ničemu nevadí - nijak to kromě nedodávaní výkonu panelu zbytek nijak neovlivňuje.
A ostaní panely dál pokračují ve výrobě - což u mechankcého nezálohovaného zařízení znamená okamžité přerušení do dodávky a nebo pokud je složenou ze 2 odělených zařízení - tak ihned pád na 505 výkonu.
Už se to řešilo zde v souvisloti s jadernými zdroji.


x - 14/6/2012 - 21:37

Oprava:
2 druhá termodynamická věta - bez hrubek


http://cs.wikipedia.org/wiki/Druh%C3%BD_termodynamick%C3%BD_z%C3%A1kon

Jinak samozřejmě 50% - holt česká klávesnice a na ní nejsem moc zvyklej


alamo - 14/6/2012 - 22:48

to je zaujímavé.. každý pokročilejší návrh ľahkého jadrového reaktora, alebo rádioizotopového zdroja, pre vesmírne aplikácie, počíta práve s využitím stirlingovho motora..
napríklad na sonde RHESSI pracoval ehm.. pracuje stirling 10 rokov, v opačnom garde ako chladiace zariadenie (namiesto zásobníka skvapalneného plynu)
http://sprg.ssl.berkeley.edu/~tohban/wiki/index.php/Cryocooler
http://cs.wikipedia.org/wiki/Reuven_Ramaty_High_Energy_Solar_Spectroscopic_Imager
senzory musia byť vychladené na -196°C (hm.. kto mi to tu kde tvrdil, že dosiahnutie takýchto teplôt môže byť problém? )
žiadne sťažnosti.. ani na pokles výkonu, ani na vibrácie a pod.


x - 15/6/2012 - 21:39

quote:
to je zaujímavé.. každý pokročilejší návrh ľahkého jadrového reaktora, alebo rádioizotopového zdroja, pre vesmírne aplikácie, počíta práve s využitím stirlingovho motora..
napríklad na sonde RHESSI pracoval ehm.. pracuje stirling 10 rokov, v opačnom garde ako chladiace zariadenie (namiesto zásobníka skvapalneného plynu)
http://sprg.ssl.berkeley.edu/~tohban/wiki/index.php/Cryocooler
http://cs.wikipedia.org/wiki/Reuven_Ramaty_High_Energy_Solar_Spectroscopic_Imager
senzory musia byť vychladené na -196°C (hm.. kto mi to tu kde tvrdil, že dosiahnutie takýchto teplôt môže byť problém? )
žiadne sťažnosti.. ani na pokles výkonu, ani na vibrácie a pod.


Je nejspíš u jaderného zdroje - jako bodového zdroje zřejmě lehčí od určitého výkonu - používáná články jako u MSL musí být též ochlazovány - tedy od určitého výkonu to může být kg lehčí na 1000 watů výkonu. A ty články jsou zde též teplené zdroje a tak mají účinnost rovnatelnou.

U tepelného systému - kde musí být chladící radiátor dost velkej - je to ve vakuu což je perfektní izolant - takže se vám prostě jednoduše přehřeje - pokud nemá odpovídající plochu - pouze vyzařováním tepla se zde chladí.

Prostě dle mne - i když odborník nejsem podotýkám - by to bylo na jednotku výkonu tedy na 1000 W mnohem hmotnější než již dnešní solární panely - a to i díky nižší učinností mechnického systému (ani následný elektrický generátor nemá třeba účinnost 100% - konstrukcí je velmi podobný běžnému elektromotoru) - o tom jsem plně přesvědčen.


alamo - 16/6/2012 - 00:30

ani ja nie som odborník..
ale čosi mi na tom furt nesedí..
inde ste pán x (neviem ktorí z nich) namietal nízkou životnosťou, solárnych panelov, tak som skúsil nájsť niečo čo by odolávalo podmienkam vo vesmíre lepšie, aj za cenu vyššej hmotnosti..


x - 16/6/2012 - 01:29

quote:
ani ja nie som odborník..
ale čosi mi na tom furt nesedí..
inde ste pán x (neviem ktorí z nich) namietal nízkou životnosťou, solárnych panelov, tak som skúsil nájsť niečo čo by odolávalo podmienkam vo vesmíre lepšie, aj za cenu vyššej hmotnosti..



Ono je otázka jak toto odolávat bude - 20 let života toho motoru je v pozemských podmnínkách srovnatelné s doubou života solárních panelů - tam nevím, ale delší nepředpokládám - mechanické opotřebení.

Životnost radiátoru si v kosmu odhadnout netroufnu - spousta různých vlivů - v pozemských by zřejmě těch 20 let přesáhli - vycházím z informací o podobných zářízení na zemi - čerpají vodu v ze studní v Africe - stavěli se takto ještě v dobách, kdy solární panely používala jen kosmonautika a údajně těžaři pro napájení ruzných indikačních (měřících) zařízení na odlehlých místech - přenos údajů pak rádiem.


xChaos - 16/6/2012 - 22:12

koukám vlákno, které jsem spáchal, stále žije :-)

popravdě jsem o tom přemýšlel tak nějak "na pozadí" poslední rok (mám i projekty které jsou přeci jen o několik řádů realizovatelnější ještě během mého života :-) ... ale odlet do mezihvězdného prostoru rychlostí, která by předhonila Voyager 1 je pro mě velká teoretická výzva (New Horizons ho nikdy nedohoní, BTW).

o využití hmoty komety jako reakční hmoty pro raketový motor (jakéhokoliv typu, ale ten solárně termální se nabízí sám od sebe) jsem ještě nikde nečetl, ale přitom je to zcela zjevná myšlenka, viz
http://en.wikipedia.org/wiki/Sungrazing_comet

oproti hmotě jakéhokoliv jinémho tělesa ve sluneční soustavě se hmota komet nachází na zdaleka nejenergečtější dráze vzhledem ke slunci. i několik málo tun reakční hmoty s takto vysokou počáteční rychlostí je z hlediska výsledné rychlosti ekvivalentem exponenciálně většího množství reakční hmoty při odletu od Země...

otázka je, jestli by šlo z jádra komety vytěžit dostatek použitelné pracovní látky (např. vody) - podle všeho povrch komet připomíná spíš asfalt...


xChaos - 16/6/2012 - 22:21

Tohle je asi moc blízko ke Slunci na to, aby to bylo prakticky použitelné - tam by se asi roztekla nebo i odpařila jakákoliv člověkem vytvořená konstrukce:
http://www.ast.cam.ac.uk/~jds/kreutz.htm
These comets have perihelion distance, q <0.02 AU,

Mám na mysli spíš něco takovéhohle:
http://en.wikipedia.org/wiki/Comet_Hyakutake
Its distance from the Sun at perihelion was 0.23 AU, well inside the orbit of Mercury.

.. je už vyzkoušené, že ve vzdálenosti od Slunce cca jako oběžná dráha Merkura lidská technologie fungovat může. Samozřejmě by bylo i tak strašně těžké vybrat předem tu správnou kometu, "dohnat jí", přistát na ní, a vytěžit z dostatečný objem reakční látky. Ale aspoň je to "hardcore sci-fi" odopovídající současné úrovni technologií, realizovatelná v horizontu našich životů - nespoléhá se na nějaké budoucí fúzní motory, apod.


-=RYS=- - 17/6/2012 - 18:21

Michale a ted si predstav nabitou sondu pristrojema (min Cassini), ale s 6-ti nejvykonejsima iontovejma motorama (vhodne nainstalovanyma pro souhrny vykon) a nekolik nadrzi Xenonu o celkove kapacita jako valcovita nadrz o prumeru 3m a delce 15m (plnej vnitrni obsah nejvetsiho air krytu nosice), aby to dokazalo mit zapnute motory az za drahu Neptuna.
Pochopitelne, ze by tezka sonda mela svuj pomocny urychlovaci x-hydrazinovej motor pro odpoutani od LEO, treba za pomoci Falcon Heavy.

Rekl bych, ze takova sonda by mela u Neptuna mnohem vyssi rychlost nez NH nebo Voyager. Bylo by to nejrychlejsi lidske kosmicke teleso, ktere by mohlo dosahnout obezne drahy Neptuna do 7 let.

Pomoci by mohl i TPH urychlovaci motor se smerovyma tryskama s hydrazinem.


xChaos - 18/6/2012 - 10:36

Přemýšlel jsem o tom. RTG generátory mají několik prvních let přebytek výkonu a je problémem naopak jejich chlazení - tedy tohle období přebytku výkonu se docela slušně překrývá s tím, že na palubě bude ještě zásoba výkonu pro iontový motor.

jenže ty potřebuješ spíše udělat prudký manévr s využitím gravitace některé z planet: krátký manévr silného solárně-termálního motoru poblíž Venuše může být stejně efektivní, jako několik let provozu iontového motoru "uprostřed ničeho"

Isp solárně-termálního motoru s čpavkem jako pracovním médiem je údajně až něco okolo 10000 - to 2.5x více než u kyslíkovodíkového motoru, který ale nemá skladovatelné palivo, a víc jak 3x více než u motorů, které se používají dnes.

Insolace poblíž dráhy Merkura (0.2AU) je logicky 25x větší, než insolace u dráhy Země (kde je mimo atmosféru o dost větší, než 1 kW/m2).

Solárně termální motor s 1m2 zrcadlem by měl k dispozici poblíž dráhy Merkura příkon určitě přes 30 kW. Parabolické zrcadlo solárně-termálního motoru by přitom mohlo mít dvojí funkci a po odletu ze sluneční soustavy současně fungovat jako parabolická anténa pro dálkovou komunikaci.

Solárně-termální motor bude účinnější (bude mít větší impuls), než konvenční poslední stupeň nosné rakety už při odletu z nízké oběžné dráhy Země - pokud by ale současně navedl sondu např. na průlet kolem Venuše, kde bude jeho výkon daleko vyšší (myšleno: při stejné ploše zrcadle lze očekávat daleko větší tah) a sonda bude mít současně "třetí stupeň" (iontový, poháněný RTG generátorem) a "druhý stupeň" (konvenční hydrazinový, aktivovaný při průletu kolem Jupitera. Vypotřebované (solárně termální a hydrazinové) stupně se navíc budou postupně odhazovat a sluneční soustavu samozřejmě už opustí jenom samotná sonda (s vyčerpaným iontovým motorem)

Problém ale je, že aby sonda dosáhla životnosti stovek let, tak na palubě musí být něco lepšího, než RTG generátor (nejspíš asi velmi malý jaderný reaktor). V podstatě by bohatě stačilo, kdyby sonda zapínala svojí elektroniku jen třeba 1x do roka - jindy by byl reaktor deaktivovaný, aby šetřil palivo.


Agamemnon - 18/6/2012 - 10:53

quote:
krátký manévr silného solárně-termálního motoru poblíž Venuše může být stejně efektivní, jako několik let provozu iontového motoru "uprostřed ničeho"


aj viac, nie? oberthov efektu


Machi - 18/6/2012 - 11:03

Hodně projektů na "superrychlé" sondy počítaly s letem k Jupiteru, který ovlivní dráhu tak, že sonda může prolétnout blízko Slunce. Po průletu se u Slunce rozvine sluneční plachetnice. Jaká je rychlost z hlavy nevím, ale mám ty koncepty někde vypsané i s rychlostma, takže se na tom můžu podívat.

Jinak energie se dá získávat z RTG dlouho pokud se nepoužije plutonium, ale americium (má ~5× delší poločas rozpadu). Ale tohle jsme tu už řešili v tématu tomu věnovanému.


Agamemnon - 18/6/2012 - 12:05

quote:
Hodně projektů na "superrychlé" sondy počítaly s letem k Jupiteru, který ovlivní dráhu tak, že sonda může prolétnout blízko Slunce. Po průletu se u Slunce rozvine sluneční plachetnice. Jaká je rychlost z hlavy nevím, ale mám ty koncepty někde vypsané i s rychlostma, takže se na tom můžu podívat.


pocitali to aj na nsf a dostavali tam nejake zlomky c (0.2c, 0.3c, alebo take nieco... tiez nepamatam presne)


xChaos - 19/6/2012 - 21:42

quote:
quote:
Hodně projektů na "superrychlé" sondy počítaly s letem k Jupiteru, který ovlivní dráhu tak, že sonda může prolétnout blízko Slunce. Po průletu se u Slunce rozvine sluneční plachetnice. Jaká je rychlost z hlavy nevím, ale mám ty koncepty někde vypsané i s rychlostma, takže se na tom můžu podívat.


pocitali to aj na nsf a dostavali tam nejake zlomky c (0.2c, 0.3c, alebo take nieco... tiez nepamatam presne)



tohle vypadá naprosto super. ale jakkoliv slunečním plachetnicím fandím, tak mě přišlo, že pokud chceme fakt co největší rychlost, tak by to chtělo provést manéver v perihéliu takové dráhy.

ale začít tou otočkou u Jupitera... proč ne...


xChaos - 19/6/2012 - 22:00

Když už jsme se tedy vzdálili od solárně-termálního tématu mírně ontopic opět ke klasickým slunečním plachetnicím... přeci jen, tohle téma žije, a dokud někdo nezaloží samostatné téma "reálný-mezihvězdný-let-ještě-než-zestárnem-do-důchodu", tak to postnu sem:

PROJECT ICARUS: SOLAR SAIL TECHNOLOGY FOR THE ICARUS
INTERSTELLAR MISSION
https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:pdw0HE8WkKwJ:www.icarusinterstellar.org/papers/SolarSail_Galea.pdf+&hl=en&pid=bl&srcid=ADGEESgqGPoVEW3PFu0qBJXsv2eL8An-AcLBYFVpfmDzpeGR_t-7xyt_B-rXbzP90erto1CKMlZzz8_Qu-GQX9CrujqBvgwwKLam8BnFf65O4c_4ROJs1K0F6PP0J6SUUoo5rV-r7fb_&sig=AHIEtbRUUePtloiXlgrrs7upRALbG5SdTA&pli=1

Je to vedlejší výzkumná větev projektu Daedalos/Ikarus (který primárně počítá s dnes ještě neexistujícím fúzním pohonem a celkově je nereálně megalomanský):

Project Icarus is a comprehensive study of an interstellar mission to launch an unmanned probe to a star, with arrival
no later than 100 years after launch.


S plachtou počítají primárně pro brždění při příletu k cílové hvězdě - ale popravdě, pokud je s nějakým pohonem možné zabrzdit, mělo by s ním být možné i zrychlovat...

Zajímavý je plán umístit přijímač pro komunikaci se sondou do vzdálenosti 550 AU - ve směru opačném ke směru letu (!) - a použít Slunce jako gravitační čočku ohýbající rádiové vlny.

Nakonec provedli tenhle výpočet:

To provide even a tenth of the speed (i.e. 0.01c), an ideal sail
would need to be 1.1 × 1013 m2 in area, or a circle of diameter 3742 km.


Je ale pravda, že jsou megalomani a ta mezihvězdná sonda v jejich pojetí je monstrum.... ale když to vidím, tak bych nevzdával ani ten termální pohon.


Agamemnon - 19/6/2012 - 22:18

okej, tak len 0.001c

tu je pôvodný thread:
http://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=22582.0
a potom ešte druhý thread - reálnejší asi...
http://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=27369.0


Toto téma přichází z:
http://www.kosmo.cz

Url tohoto webu:
http://www.kosmo.cz/modules.php?op=modload&name=XForum&file=print&fid=3&tid=1517