Ионный двигатель был бы лучшим решением для вашей силовой установки ближайшего будущего. Он уже используется, и в настоящее время создаются более новые, более мощные версии, такие как X3 .

Хотя ионный двигатель, вероятно, был бы лучшим решением, дать подробный ответ сложно, потому что есть ряд переменных, которые следует рассматривать как связанные уравнением ракеты :

Δv = Veln(Mi/Mf)

Где
Δv = требуемое изменение скорости
Ve = скорость истечения выхлопа ракеты
Mi = начальная масса транспортного средства с топливом
Mf = конечная масса транспортного средства без топлива

Настоящая проблема заключается в множестве предположений, которые необходимо сделать, чтобы прийти к ответу. В дополнение к переменным, указанным выше, ключевыми параметрами также являются время, затрачиваемое на поездку, и пункт назначения.

Предполагая, что соотношение Mi/Mf равно 10 (90% топлива, 10% ракеты и полезной нагрузки), а скорость истечения составляет 20 км/с ( нижняя граница заявленных 20-50 км/с).

Δv = ve ln(mi/mf) становится 20000*In(10) = 46 км/с

Этого должно быть достаточно для ваших требований. см. приведенные ниже ссылки на дельту V, где приведены примеры требуемой дельты V для разных пунктов назначения. Более высокая скорость выхлопа или соотношение масс приведет к еще большему дельта V, но за счет еще большего продвижения на неизведанную территорию производительности или еще меньшей грузоподъемности.

Одна большая проблема с ионным двигателем — огромное количество требуемой электроэнергии. Во внутренней Солнечной системе это может быть обеспечено большими солнечными батареями, но во внешней Солнечной системе потребуются ядерные электрические двигатели. Ассортимент ракет с ионным двигателем, использующих различные источники электроэнергии

Delta V Links
Планетарная передача дельта V
Околоземная дельта V
Дельта V и требования по времени
*

Относительно других требований

Сложность
Ионный двигатель сложен, но практически не имеет движущихся частей, кроме топлива, и образцы без проблем работали в течение продолжительных периодов времени. Солнечная батарея внутренней солнечной системы также не имеет движущихся частей, поэтому относительно проста. Внешняя солнечная система требует ядерной электрической силовой установки, которая будет более сложной, но должна быть герметичной.

Ускорение Ускорение
двигателя Ion очень низкое, но непрерывное в течение нескольких месяцев и плавное. Обычные химические ракеты, как правило, имеют высокое ускорение и короткое (минуты) время горения.

Расход топлива и КПД
Ионные двигатели на порядок экономичнее обычных химических ракет из-за их высокой скорости истечения. Но много для топлива все равно понадобится. Я предположил 90% топлива и 10% ракеты/полезной нагрузки выше, но расчет можно сделать для любого соотношения масс, которое вы хотите, подставив разные числа в уравнение ракеты выше.

Тип топлива
В большинстве современных ионных двигателей в качестве топлива используется ксенон, но возможны и другие виды топлива, и некоторые из них были опробованы. Для вашей потребности в дозаправке ксенон не будет идеальным, поскольку он может быть недоступен в пункте назначения для дозаправки.

Я полагаю, что Diamondoids, такие как Adamantane или Diamantane, были бы более подходящими. Они относительно дешевы на земле, поскольку их можно найти в нефти в очень небольших количествах, и, вероятно, их можно было бы производить в местах назначения с помощью подходящей химической технологии при условии наличия источника углерода, водорода и энергии. Они были исследованы в качестве потенциального топлива для ионных двигателей наряду с различными другими, как можно увидеть здесь .

Заключение
Предлагаемая ракета с ионным двигателем может удовлетворить ваши потребности и является реалистичной проекцией современных технологий. Но потребуется много дальнейших исследований, особенно в разработке самих ионных двигателей, используемого топлива и больших космических реакторов, необходимых для работы за пределами Солнечной системы.

Здесь перечислены различные другие текущие, будущие и предполагаемые двигательные установки , которые могут представлять интерес, включая ионные двигатели.

Общие ссылки
http://www.braeunig.us/space/ http://www.projectrho.com/public_html/rocket/mission.php#id--Hohmann_Transfer_Orbits http://ccar.colorado.edu/asen5050/projects/ Projects_2001/stephens/termpapera.html

Помните, что это не ракетостроение (нет, подождите…)

Этот ответ является научным расширением этого ответа . Пожалуйста, прочитайте этот другой ответ, чтобы получить описание системы, которую я предлагаю, а также обоснование ее технической осуществимости. Этот пост также содержит множество справочных ссылок для различных дизайнерских решений. Я кратко изложу здесь систему и численно отвечу на поставленные вопросы.

Обзор системы

Источником энергии является реактор деления с галечным слоем. Источником топлива являются таблетки нитрида урана, покрытые пиролитическим углеродным замедлителем. Эти топливные таблетки удерживаются в молибденовых «штырях» с геометрией, которая сделает их сверхкритическими, если отражатель нейтронов будет размещен снаружи реактора. Теплообмен осуществляется непосредственно с рабочим телом для экономии массы.

Рабочим телом является гелий, который пропускается через активную зону реактора. Электроэнергия вырабатывается с помощью турбины с циклом Брайтона, аналогичной морской газовой турбине, используемой на кораблях, за исключением замены камеры сгорания активной зоной реактора. Гелий сжимается компрессором, соединенным с газогенераторной турбиной, в активную зону, а затем расширяется по газогенерирующей и энергетической турбинам. Выхлоп по-прежнему будет иметь температуру ~ 700 К, а затем будет работать с различными вспомогательными системами для использования этой дополнительной энергии. Оставшаяся энергия выхлопного газа будет отводиться в космос через теплообменники, а затем возвращаться в компрессор. Мощность вращения, генерируемая силовой турбиной, затем подается на электрическую динамо-машину для выработки электроэнергии для судна.

Основная двигательная установка представляет собой дуговой реактивный двигатель с магнитоплазмодинамическим ускорителем силы Лоренца (LFA). Литиевое топливо ионизируется и подается в ускорительную камеру, где применяется комбинация магнитного и электрического полей. Индуцированный ток в плазме, когда входная мощность находится в диапазоне мегаватт, будет способствовать поддержанию магнитного поля в плазме, а затем будет индуцировать электрический ток в вольфрамово-бариевом катоде.

Технические характеристики системы

Реактор должен производить 300 МВт тепловой энергии. Это возможно с помощью реактора с галечным слоем, китайцы строят пару производственных реакторов с галечным слоем мощностью 250 МВт в заливе Шидао . Из этой тепловой энергии газогенераторные турбины производят мощность 100 МВт при КПД 33%. Это эквивалентно выходной мощности 4 морских газовых турбин GE LM2500 , которые являются тем же источником энергии, что и эсминец класса Arleigh Burke. LM2500 имеет КПД около 40%, но мы теряем эффективность из-за того, что активная зона реактора холоднее, чем типичная камера сгорания (наша активная зона ~1750 К по сравнению с ~2250 К в морской газовой турбине). Общая оценка массы системы для части выработки электроэнергии составляет 0,4 кг/кВт ( на основе оценки НАСА ) или 40 000 кг.

Размер двигателя MPD является гораздо более предположительным, поскольку двигатель почти требуемого размера не был построен. Я оценил характеристики по информации, доступной в лаборатории EPPD в Принстоне. Эта конструкция требует одного подруливающего устройства мощностью 7,5 кН при расходе топлива 0,5 кг/с и ISP 15 км/с. Доступен режим высокого ISP, при котором тяга падает до 1 кН при 0,01 кг/с при ISP 100 км/с. Масса двигательной установки 10 000 кг. Честно говоря, у меня нет хорошей основы для этой оценки, но она необходима для продолжения.

Безопасность реактора

Энергетическая система деления с галечным слоем по своей сути безопасна. Есть несколько причин ядерной аварии, две из которых наиболее значимы: потеря мощности (Чернобыль) и потеря теплоносителя (Три-Майл-Айленд, Фукусима).

Для реактора с галечным слоем физически невозможна чрезмерная авария. В качестве источника топлива будет использоваться низкообогащенный уран, достаточный для достижения критической массы, но достаточно низкий, чтобы между U-238 и нейтронами в активной зоне происходило значительное взаимодействие. По мере увеличения температуры топливных таблеток U-238 подвергается доплеровскому уширению ., заставляя его поглощать больше нейтронов. Это снижает количество нейтронов, доступных для деления U-235, тем самым снижая скорость реакции и уменьшая потребляемую мощность. Таким образом, активная зона естественным образом замедляется при более высокой температуре, контролируемой соотношением U-235/U-238, которое будет рассчитано на 1750 K. увеличится до 1750 K. По мере увеличения потока жидкости через активную зону и увеличения отвода тепла скорость реакции будет увеличиваться, чтобы поддерживать стабильную температуру, и эта выходная мощность естественным образом контролируется потребностью. При температурах выше 1750 К выходная мощность будет снижаться из-за поглощения урана-238 до тех пор, пока температура не установится на уровне 1750 К. Таким образом, человек или компьютер не могут управлять реактором.После запуска он просто вырабатывает энергию с той скоростью, с которой тепло отводится из ядра, замедляясь при 1750 К. Этот эффект заслуживает доверия; компьютерное моделирование в Strydom, 2004 показывает, что диапазон неопределенности при потере аварийного режима принудительного охлаждения составит менее 100°С даже для реактора, остановленного с полной мощности.

Кроме того, мы должны обсудить способ запуска и остановки реактора. В состоянии ядра в том виде, в котором оно построено, оно является подкритическим. Ядро будет подвергаться делению с очень низкой скоростью, но слишком много нейтронов будет потеряно при выходе из ядра, чтобы произошла цепная реакция. Это изменяется путем окружения активной зоны бериллиевыми отражателями . Как только эти отражатели установлены на место, они отражают нейтроны обратно в активную зону, а также помогают замедлить нейтроны высокой энергии, образующиеся при делении. В результате активная зона станет сверхкритической и повысит температуру до верхнего предела, описанного в последнем абзаце. Удалив бериллиевые отражатели, можно отключить активную зону.

Потеря охлаждающей жидкости является наиболее опасным из оставшихся. Тем не менее, самая простая стратегия для этого риска — игнорировать его. На Земле аварии на реакторах обходятся дорого, потому что они оставляют радиацию, с которой никто не хочет иметь дело. В космосе, наверное, все равно. Конечно, вы теряете корабль, но в Эпоху парусов люди отправляли много вещей, а риск потерять корабль был велик. Транспортировка в космосе имеет больше общего с Эпохой парусного спорта, с многомесячным временем в пути и низкой грузоподъемностью, чем с современным судоходством.

Сложность системы

Как описано выше, нет требований к системам управления для самого реактора, только срабатывание одной системы безопасности в случае аварии (снятие отражателя для останова). Система аварийного отвода тепла будет самоактивирующейся.

Газогенераторы цикла Брайтона будут рассчитаны на непрерывную работу в течение всей миссии. Уже сейчас суда в море, использующие морские газовые турбины, работают 1 год + без вскрытия корпуса турбины или корпуса электрогенератора. Условия в море намного сложнее, чем в космосе, поскольку в них присутствуют и соль, и вода. Долгосрочное техническое обслуживание может выполняться в (космическом) порту между миссиями. Кроме того, преимущество параллельной работы нескольких турбоагрегатов заключается в том, что двигатель все равно сможет запускаться (если на пониженном уровне мощности), если турбина отключена, даже когда работает только одна турбина.

Двигатель MPD, опять же, является наименее разработанной частью этого плана и наиболее предположительным, поэтому я не могу делать никаких заявлений о его надежности. Однако у него есть то преимущество, что в нем нет движущихся частей; мощность генерируется и передается посредством движения газа, тока и электромагнитных полей.

Мощность и топливная экономичность

Учитывая вышеизложенную специфику, мы можем рассчитать некоторое время горения и время в пути. Вот список delta-v, необходимых для различных передач Хомана.

Уравнение ракеты Циолковского решается для массы топлива,$m_f$, к

Наши параметры$m_0$(масса без топлива) 50 000 кг плюс размер груза; и,$v_e$составляет 15 000 м/с или 100 000 м/с в зависимости от режима работы двигателя.

Затем можно рассчитать время горения путем деления израсходованного топлива на массовый расход. Массовые расходы даны как 0,5 кг/с или 0,01 кг/с, в зависимости от режима работы двигателя.

Ниже приведена таблица необходимой массы топлива и времени горения для различных конфигураций. 3,0 дельта-V доставит вас на Марс или Венеру, 8,8 дельта-V — на Юпитер, а 12,3 — в любую точку пояса Койпера:

Cargo (tons) deltaV (km/s) V_e(km/s) Fuel(tons)  Burn(days)
     1000        3.0         15         232          5
     1000        3.0        100          32         37
     1000        8.8         15         838         19
     1000        8.8        100          97        112
     1000       12.3         15        1334         31
     1000       12.3        100         137        159
    10000        3.0         15        2225         52
    10000        3.0        100         306        354
    10000        8.8         15        8020        186
    10000        8.8        100         924       1070
    10000       12.3         15       12769        296
    10000       12.3        100        1315       1522
   100000        3.0        100        3047       3527
   100000        8.8        100        9203      10652
   100000       12.3        100       13095      15156

Несколько замечаний. Оптимальный профиль горения (как долго и в каком режиме горят двигатели) по-прежнему остается открытым вопросом. Я разместил вопрос об этом, используя аналогичные числа для этого ответа, но не получил отличного ответа. Возможно, позже я снова вернусь к этому вопросу. Причина, по которой вам необходимо рассчитать оптимальный профиль сжигания, заключается в том, что топливо имеет свою стоимость. Если вы перемещаете 100 000 тонн лития-сырца с орбиты Марса на орбиту Земли, вы не только сжигаете 10 лет, но и сжигаете при этом 13 000 тонн очищенного лития! Это делает серьезно сомнительным, будет ли перемещение сыпучих грузов прибыльным в вашей Солнечной системе. Также обратите внимание, что в приведенных выше расчетах используется 100% сжигание топлива; вам нужно оставить хоть что-то в резерве, что еще больше снижает эффективность использования топлива.

Показатели использования режима 15 км/с с грузом в 100 000 тонн я не выставлял, ибо расход топлива смехотворный. Как бы то ни было, эти цифры указаны в тоннах литиевого топлива. Имейте в виду, что мировые запасы лития оцениваются примерно в 34 миллиона тонн, так что вы можете увидеть, как быстро вы сожжете это.

Большой открытый вопрос в отношении этого процесса — наличие лития в качестве топлива. Если его можно будет добывать в коммерческих количествах из космических камней, то такого рода операции будут эквивалентом нефтегосударств здесь, на Земле. Можно использовать альтернативные виды топлива, хотя, вероятно, это приведет к потере эффективности. Неон, аргон и ксенон также не очень распространены, но гидразин является еще одним возможным топливом. Может быть, переработка гидразина на орбите газовых гигантов — это переработка нефти вашей Солнечной системы ближайшего будущего.

Вывод

Вот система для космического движения, которая обеспечивает разумную способность пересекать Солнечную систему, используя технологии, в основном уже продемонстрированные сегодня. Большим исключением является масштабирование магнитогидродинамической силовой установки до уровня мощности в кН.

Большинство ожогов, которые вы могли бы себе представить для досветовой космической оперы, действие которой происходит в Солнечной системе, осуществимы. Грузоподъемность относительно невелика: 100 000 танкеров (примерно размер современных крупных контейнеровозов), вероятно, нецелесообразны по причинам стоимости топлива. Перевезти 1000 тонн груза с Земли в пояс Койпера не так уж неэффективно; вы должны сжечь 14% массы вашего груза в виде топлива, а сжигание занимает полгода, но что такое полгода по сравнению с десятилетием или более, которое потребуется для того, чтобы добраться туда?

Между тем, быстрый прыжок на Марс может быть совершен за относительно короткое время. Если вы пропустите переходную орбиту Хомана и попробуете что-то другое, вы можете сжечь больше топлива, чтобы добраться куда-то быстрее. Например, максимальное сжигание с околоземной орбиты с 1000 тонн груза и 1000 тонн топлива в режиме большой тяги может доставить вас на орбиту Марса за считанные дни. Конечно, проблема в том, что вы должны остановиться. Я пытаюсь подчеркнуть, что для более низких переходов дельта-V на меньшие расстояния этот космический корабль достаточно мощен, чтобы игнорировать переходы Хомана и попытаться совершить какой-либо другой орбитальный переход, который требует больше энергии. Теперь то, что это за перевод может быть, звучит как тема будущего поста :)

Рассмотрите возможность использования Beam Powered Propulsion, чтобы полностью исключить потребность в топливе. https://en.m.wikipedia.org/wiki/Beam-powered_propulsion

Энергия, необходимая для обеспечения тяги вашего корабля, будет генерироваться не на корабле, а на орбите различных поселений и направляться на корабль с помощью лазеров или мазеров. Затем корабль преобразует энергию луча в тягу с помощью паруса. Поскольку топливо не требуется, ускорение может быть постоянным и может быть достигнута очень высокая скорость.

Это достаточно перспективная технология. Даже с нашим нынешним уровнем понимания мы уже планируем сделать с ним кое-что очень впечатляющее, например отправить крошечные зонды к другим звездным системам всего за несколько десятилетий.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Breakthrough_Starshot
https://en.m.wikipedia.org/wiki/DEEP-IN

Современные технологии позволят нам использовать лазеры, чтобы доставить более массивный космический корабль «Орион» на Марс за один месяц. Если бы там была вторая лазерная установка, мы могли бы также затормозить корабль и осуществить доставку. Несложно сказать, что эту технологию можно использовать для внутрисистемного переноса в ваших будущих условиях.

Экипаж корабля нужен только для обслуживания парусов. Весь ремонт лазеров и генераторов производится поселениями.

Подобный лазерный парус рассматривается для миссии по отправке зонда к недавно открытому межзвездному астероиду Оумуамуа. Проект ЛИРА: https://arxiv.org/pdf/1711.03155.pdf

Ну, проблема будет в том, что большинство современных двигательных установок (или ближайших будущих) будут иметь довольно низкую тягу. И вам нужны тяжелые радиаторы для рассеивания отработанного тепла ваших реакторов на антивеществе.

Поэтому давайте строить ускорители массы. Их будет как минимум несколько на орбите в пунктах отправления и назначения. Вы заплатите гонорар, тогда штука сориентируется по нужному вам вектору скорости и выстрелит в космос.

Ускоритель массы является стационарным, поэтому он может иметь огромные солнечные батареи и много энергии. В этом случае все, что вам нужно, это скорректировать курс и убедиться, что вы прибудете к замедлителю назначения с правильным выравниванием (это будет сложно...), чтобы он мог замедлить ваш корабль. В качестве альтернативы вы можете замедлиться с помощью маневра рогатки и / или атмосферного торможения на планете назначения, что намного сложнее пропустить ...

РЕДАКТИРОВАТЬ

Вот пример того, как будет работать ускоритель массы.

В «Луне — суровой госпоже» Хайнлайн предложил установить на Луне рельсовые пушки. Это будут очень длинные, мощные электромагнитные пушки. Поскольку цель (Земля) всегда была неподвижна по отношению к Луне, они могли быть постоянно встроены в лунный фундамент и могли иметь длину в несколько миль. Низкая гравитация Луны и отсутствие атмосферы сделали это возможным. Лунные горняки загружали огромные грузы полезных ископаемых в орудийные салазки, запускали их на землю, перезаряжали и снова запускали. Пакеты фактически будут не чем иным, как большими камнями. Я думаю, что он отправил камни на низкую околоземную орбиту, где космические буксиры собирали материал.

Однако, когда они прибудут на Землю и выйдут на низкую околоземную орбиту, они будут двигаться с достаточно низкой скоростью, чтобы просто сходить с орбиты космического мусора. Атмосфера замедлила бы пакеты, некоторые внешние края сгорели бы, но основной полезный груз приводнился бы в какой-нибудь пустыне, в основном с предельной скоростью. Сильный удар, но не масштабные повреждения. В этом отношении Хайнлайн, вероятно, был не прав, говоря об использовании камней в качестве оружия против земли. Они бы не набрали достаточную скорость.

Орбиты Хомана — это минимальная дельта-V, необходимая для перехода с одной планетарной орбиты на другую. Они рассчитаны в Справочнике по химическому каучуку. https://en.wikipedia.org/wiki/Hohmann_transfer_orbit Это занимает много времени - что-то среднее между периодом обращения двух планет. (Я думаю, что использование среднего геометрического даст вам правильный ориентир)

Статья здесь: https://en.wikipedia.org/wiki/Hohmann_transfer_orbit Учебное пособие о том, как рассчитать один здесь: http://openmdao.readthedocs.io/en/1.7.3/usr-guide/tutorials/hohmann-transfer- учебник.html

Легкие паруса: Свет оказывает давление. Не огромная сумма. Солнечный свет на акр мог поднять папиросную бумагу. Но .0001 g будет складываться. И цена правильная. Маневры становятся интереснее. https://en.wikipedia.org/wiki/Солнечный_парус

Ионные системы. Все это зависит от использования легко ионизируемого металла, а затем ускорения его до высокой скорости. https://en.wikipedia.org/wiki/Ion_thruster Ионная тяга дает примерно в 7-12 раз больше дельта-V на кг массы.

Корабль-факел. См. «Двойную звезду» Хайнлайна и кучу его малолеток. Это был водородный термоядерный реактор, в котором вся энергия (помимо паразитной энергии, необходимой для работы реактора) ускоряла гелий. Это делает разумным использовать 1G полностью. Земля до Плутона за 17 дней.

Периодически вокруг человека, обнаружившего «безреактивный» драйв, поднимается буря суеты и перьев. Пока не покупайте акции ни в одном из них.

https://en.wikipedia.org/wiki/RF_resonant_cavity_thruster

Рассмотрение: у вас есть огромная куча денег, вложенная в корабль. Вам нужно объяснить, почему они будут использовать медленный способ, если другой способ позволяет им перевозить больше грузов. Это баланс между операционными затратами и издержками упущенной выгоды.

Например, идеальная переходная орбита Хомана представляет собой половину эллипса, который касается начальной орбиты планеты с одной стороны звезды и касается конечной орбиты планеты с другой стороны. Но с небольшим запасом топлива вы сможете добраться туда раньше. Историческая параллель: корабли Clipper были спроектированы так, чтобы плыть БЫСТРО, потому что первая партия чая из Китая/Индии получила огромную премию в Лондоне. Дата начала была продиктована погодой и урожаем. Если вы придете на неделю раньше, вы сможете заработать себе состояние.

Например, большие океанские грузовые суда двигаются со скоростью около 10 узлов. Движение со скоростью 20 узлов сократило бы время вдвое, но потребовало бы примерно в 8 раз больше топлива. Кроме того, вы бы возили меньше, потому что вам нужны двигатели в 8 раз больше и топливные баки в 8 раз больше.

Имейте в виду, что разные двигательные установки требуют разного количества усилий и тренировок для бега. Например, орбиты Хомана почти ничего не делают. Вздремнуть. Солнечный парус или что-то вроде корабля с факелами потребует, чтобы кто-то стоял на страже. Я бы не хотел, чтобы все спали, катаясь на непрерывной водородной бомбе в бутылке.

Сравните переход между парусными судами и кораблями, работающими на угле. Парус - обычно медленнее (но см. Клиперы...), но бесплатное топливо. Уголь — быстрее, но нужно было идти туда, где можно было получить больше угля. Вы можете повеселиться с экономией при переходе между режимами. Последним таким кораблем был «Памир». https://en.wikipedia.org/wiki/Памир_(корабль) , затонувший в 1957 г.

Я не физик или аэрокосмический инженер, поэтому я приведу цифры, которые уже были предварительно рассчитаны другими людьми с большим математическим мастерством.

Идея, которую я нашел некоторое время назад, просматривая Интернет, — это концепция, известная как ядерная ракета с соленой водой. Она была предложена доктором Робертом Зубриным и является одной из немногих конструкций, которые, как мы знаем, могут обеспечить высокий уровень производительности. идеально подходит для космических путешествий с постоянным ускорением.

Как это работает, он состоит из топливного бака, состоящего из небольших цилиндрических контейнеров, содержащих раствор ядерного топлива, завернутый в замедлитель нейтронов из карбида бора, который предотвращает достижение им критической массы во время хранения. Чтобы зажечь двигатель, раствор ядерного топлива распыляется небольшими количествами за раз в камеру без замедлителя нейтронов, где он достигает критической массы и создает непрерывный детонирующий ядерный взрыв, который продвигает корабль вперед.

Теперь топливный раствор состоит из смеси 2% тетрабромата урана, смешанного с 98% воды, что означает, что топливо можно хранить без необходимости охлаждения, а пар, создаваемый ядерным взрывом, создает большую дополнительную тягу.

В нем используется охлаждение открытого цикла, поэтому он не ограничен по мощности, как другие концепции ядерной энергетики, и может производить реактивную мощность в диапазоне тысяч мегаватт.

Общие теоретические характеристики:

Общая масса двигателя: 33 000 кг (без учета массы топлива)

Т/В: 40

топливо: деление Тетрабромат урана

реактор: с газовым сердечником открытого цикла

реакционная масса: вода

ускорение реакционной массы: тепловое ускорение от тепла реакции

директор тяги: сопло

удельная мощность: 0,8 кг/МВт

Расчетные характеристики корабля, использующего топливо с обогащением 20%, следующие:

Скорость истечения: 66 000 м/с

Удельный импульс: 6728 с

Тяга: 12,9 млн Н

Тяговая мощность: 425,7 ГВт

КПД сопла: 0,8

массовый расход: 195 кг/с

Расчетные характеристики корабля, использующего оружейное топливо с обогащением 90%:

Скорость истечения: 4,7 млн ​​м/с

Удельный импульс: 479 103 с

Тяга: 13 млн Н

Мощность тяги: 30,6 тераватт

КПД сопла: 0,9

массовый расход: 3 кг/с

Итак, в заключение вы получаете эффективность ионного двигателя с мощностью тяги космического корабля проекта «Орион» без гораздо большей механической сложности, чем у обычной химической ракеты.

Теперь, конечно, есть некоторые очевидные проблемы с этим устройством, так как это непрерывно горящее ядерное пламя с интенсивностью атомной бомбы. Материалы, необходимые для двигателя, должны быть чрезвычайно прочными и находиться на переднем крае современной металлургии, если только вы не хотите заменять двигатель после каждой поездки, однако они не должны быть безумно прочными до невозможности, потому что в то время как первоначальная реакция будет происходить внутри реакционной камеры, расширяющийся пар будет вытеснять остальную часть топлива наружу, заставляя ракету двигаться на афтершоке основной детонации, происходящей снаружи. Это означает, что реакционная камера не должна содержать ядерный взрыв.

Теперь, когда эта ракета настолько мощная, она едва ли заметит стоимость взлета, она оставит горящий ядерный кратер, поэтому потребуются другие решения, например, стыковка корабля на орбитальном космодроме, а пилот доберется до поверхности другим способом. средства.

Если вы беспокоитесь о том, что выхлоп загрязняет пространство, не беспокойтесь, потому что, пока он не пересекается напрямую с поверхностью какой-либо планеты, его скорость настолько высока, что превысит скорость выхода планеты и покинет атмосферу так же быстро, как вошла. И со временем он будет рассеиваться, так что загрязняющие вещества будут распространяться на огромное расстояние, в конечном итоге достигая концентраций, при которых они больше не будут вредными.

Счастливых дорог!!!

источники:

http://www.projectrho.com/public_html/rocket/enginelist2.php#nswr

https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_salt-water_rocket

https://www.npl.washington.edu/av/altvw56.html

Таким образом, время полета в космосе обычно не является большой функцией ваших двигателей. В игре в космический бильярд вы застряли с окнами запуска и их установленным временем прохождения. Вы можете немного отклониться от этого времени в пути (10-20%), но сверх этого может стать очень дорого с точки зрения расхода топлива. С научной точки зрения, я могу вывести межпланетное движение космических кораблей с точки зрения их скорости, но это дело на 3-4 страницы. Я думаю, это не очень полезно, но, пожалуйста, дайте мне знать, если вы хотите, чтобы я опубликовал это.

Что было бы полезно, так это Расписание Космических Поездов !! По сути, он делает именно то, что вам нужно, показывая время прохождения и окна запуска Меркурия через Юпитер в течение следующих 50 лет или около того. Он даже показывает потребности в топливе (deltaV).

Также полезным будет беглый взгляд на трансфер Хомана , который используют космические корабли для путешествия с планеты на планету. Время, необходимое для поездки в одну сторону, называется «время пересадки». Требуемое количество топлива измеряется «DeltaV» передачи. Ваша топливная эффективность измеряется "Isp". Соотношение этих понятий, это:

где g0 составляет 9,81 м/с ^ 2 (произносится «Ну и ладно»), а в ближайшем будущем (в следующем году) на «металоксовом» двигателе, подходящем для межпланетных путешествий, вы можете получить 375s Isp. Убедитесь, что deltaV указана в м/с, а не в км/с!

Наконец, для приземления требуется много топлива. Проверьте Низкоорбитальные и приземлившиеся дельтаВы на этой карте дельтаВ, опубликованной в редакции, чтобы получить разумные оценки.

Удачи в построении мира!