Есть ли способ улучшить характеристики NTR с топливом, отличным от H2?

Связанный: существует ли какое-то фундаментальное ограничение, которое помешало бы паровым ракетам достичь космоса?

Тепловые ракеты, в том числе ядерные тепловые ракеты, лучше всего работают с пороховыми газами с минимальной молекулярной массой. Это связано с тем, что при постоянной температуре или постоянном количестве термализованной кинетической энергии на единицу массы низкая молекулярная масса приводит к более высокой скорости частиц и, следовательно, к более высокой скорости истечения.

Эффект, к сожалению, достаточно сильный, поэтому почти нет смысла использовать что-либо, кроме водорода, в качестве топлива для NTR с твердым сердечником, а многие обычные летучие вещества, такие как вода, справляются с впечатляющим подвигом, будучи хуже, чем даже низкоэффективное химическое топливо.

Существуют ли методы, которые можно использовать для решения проблемы или получения хороших характеристик топлива, отличного от LH2, или для эксплуатации ядерных тепловых ракет с хорошими характеристиками на топливе более высокой плотности?

Кажется сомнительным, что вы найдете что-то, что не улучшит производительность H2 NTR пропорционально. Решение, вероятно, «не используйте NTR».
Что бы вы еще использовали? В ближайшее время мы не сможем построить ничего такого, что имело бы высокую тягу и Isp более 500.
Однако использовать для чего? NTR не даст вам полезного SSTO для использования на Земле, и хотя он может иметь высокую тягу, он все же не двигатель факельного корабля, поэтому он не перенесет вас через солнечную систему в мгновение ока. глаз.
(Тем не менее, есть несколько интересных модифицированных конструкций NTR. Я только что читал о Scorpion , который мне особенно нравится, или, для большего количества handwavium, есть импульсные NTR ... оба получат самый высокий Isp с самым легким молекулы топлива, потому что это просто то, как катится физика)
Правда в том, что вам, вероятно, лучше использовать те же расщепляющиеся материалы для создания энергетического реактора для производства топлива. Использование NTR (с водородом) примерно удваивает доступную дельта-v... так же, как и дозаправка в пункте назначения. Один из этих вариантов требует перевозки большого количества радиационной защиты и периодического обслуживания высокорадиоактивного двигателя. NTR также связывает эти расщепляющиеся элементы на весь срок службы, при этом используя их очень прерывисто.
@Starfish Prime хорошо, это очень интересно. Спасибо, что показали мне это. Я удивлен, однако, что они могут получить достаточно энергии через реактор.
В литературе нет места для рассмотрения чего-то другого, кроме LH2 или LHe для NTR. И этот сайт не лучшее место для продвижения свежих идей без надлежащей исследовательской поддержки. Но вопрос очень интересный.

Ответы (1)

Чтобы скопировать ключевую часть этого ответа (и этого связанного с ним более раннего ответа) ... важным показателем качества ракетного двигателя является « характеристическая скорость »:

с * ∝ Т т М ж

где Т т можно принять за температуру выхлопных газов, а М ж - молекулярная масса газовых частиц в выхлопных газах.

(«Пропорциональный» бит выполняет здесь некоторую работу, поскольку не все виды выхлопных газов созданы равными ... коэффициент теплоемкости является важным фактором, о котором упоминал автор более старого ответа, и я не сомневаюсь, что есть и другие).

Рабочая температура реактора устанавливает верхний предел Т т , над которым ваши топливные элементы плавятся и вы (на короткое время) получаете НТР с жидким ядром. Опять же, не все виды выхлопных газов будут созданы равными здесь, потому что их различные химические составы при температуре ~ 3000 ± 500 К требуют различных защитных покрытий вокруг топливных элементов для предотвращения (или, по крайней мере, ограничения) коррозии, и эти защитные слои будут иметь различное плавление. точки и тепловые свойства и так далее.

Это просто оставляет вас с М ж , и как бы вы его ни разрезали, молекулы воды будут примерно в 10 раз тяжелее, чем старый добрый H 2 , и когда ваши выхлопные газы имеют ту же температуру, что вода просто будет двигаться медленнее, и, следовательно, I sp ракеты будет ниже.

В этой статье Зубрина 1990 года перечислены некоторые другие потенциальные виды топлива NTR и их ожидаемые удельные импульсы при различных температурах ядра, и вы можете достаточно хорошо видеть эти подсчеты с приведенным выше соотношением.

Температура СО 2 Н 2 О Ч. 4 СО Ар
2800 К 283 370 606 253 165
3000 К 310 393 625 264 172
3200 К 337 418 644 274 178
3500 К 381 458 671 289 187

Но чтобы противостоять вашей основной жалобе:

почти нет смысла использовать что-либо, кроме водорода, в качестве топлива для NTR с твердым сердечником ... обычные летучие вещества, такие как вода, [являются] хуже, чем даже низкоэффективное химическое топливо.

Вселенная в целом, и внешняя Солнечная система в частности, просто битком набиты водой, просто лежащей вокруг, готовой к тому, чтобы ее забрали. Более или менее. Это обычное дело, энергетически легко собирать, относительно просто хранить, учитывая его плотность и отсутствие необходимости в сжатии или охлаждении, или беспокойства о том, что крошечные молекулы ускользнут из ваших рук (конечно, вы должны поддерживать его в жидком состоянии, но у вас есть ядерный реактор на вашем космическом корабле). И то, что I уд мала, не означает, что мощность двигателя тоже мала... столько же ватт уходит на выхлоп, а это означает высокую тягу. Это другой вариант использования H 2-заправленный NTR, конечно, но он все еще очень удобен.

Есть ли способ улучшить характеристики NTR с топливом, отличным от H2?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v