Kosmonautika (úvodní strana)
Kosmonautika@kosmo.cz
  Nepřihlášen (přihlásit)
  Hledat:   
Aktuality Základy Rakety Kosmodromy Tělesa Sondy Pilotované lety V Česku Zájmy Diskuse Odkazy

Obsah > Diskuse > XForum

Fórum
Nejste přihlášen

< Předchozí téma   Další téma ><<  1    2  >>
Téma: Šlo by odhadnout specifický impuls hypotetického solárně-termálního motoru ?
05.3.2011 - 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
 
05.3.2011 - 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.
 
05.3.2011 - 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. 
05.3.2011 - 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.
 
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 :-)
 
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]
 
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]
 
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.

 
27.12.2011 - 18:16 - 
http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_thermal_rocket 
07.1.2012 - 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.
 
07.1.2012 - 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...
 
07.1.2012 - 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 ?
 
07.1.2012 - 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...
 
07.1.2012 - 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).
 
08.1.2012 - 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.
 
08.1.2012 - 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.
 
08.1.2012 - 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. 
08.1.2012 - 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...
 
08.1.2012 - 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.
 
08.1.2012 - 20:50 - 
Domnívám se, že druhý termodynamický zákon platí i v této situaci a že jedno těleso nedokáže zahřát druhé nad svou vlastní teplotu. 
08.1.2012 - 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)
 
08.1.2012 - 22:20 - 
Uvahy o pouziti vody ako prac. latky su popisane aj tu:
NUCLEAR-HEATED STEAM ROCKET: http://www.neofuel.com/moonicerocket/


 
08.1.2012 - 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?
 
09.1.2012 - 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).
 
09.1.2012 - 21:04 - 
I když mi to připomíná perpetum mobile (což je ovšem jen můj problém), zřejmě máte pravdu.  
09.1.2012 - 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.
 
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...
 
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.
 
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?

 
01.2.2012 - 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]
 
<<  1    2  >>  


Stránka byla vygenerována za 0.302109 vteřiny.