Ограничены ли конструкции ядерных тепловых двигателей примерно вдвое большим Isp, чем существующие химические ракетные двигатели? Если да, то почему; какой ограничивающий фактор?

Обсуждение ниже Со сверхбезопасными ядерными двигателями и водородным топливом, как далеко вы могли бы добраться до Марса и при этом иметь возможность вернуться на Землю в чрезвычайной ситуации? включая комментарий, который предполагает, что следующая цитата звучит как «ядерная тепловая ракета с твердым сердечником» и что она, вероятно, будет иметь такие же характеристики, «как и любая другая ядерная тепловая ракета с твердым сердечником».

Из их пресс-релиза от 19 октября 2020 г. « Сверхбезопасные ядерные технологии» предоставили НАСА усовершенствованную ядерную тепловую двигательную установку :

Системы НТП достигают расширенных возможностей по массе полезной нагрузки за счет двукратного увеличения удельного импульса по сравнению с химическими двигательными установками.

От kerolox до LOX LH2 Isp варьируется примерно от 360 до 440 секунд.

Вопрос: Являются ли ядерные тепловые расчеты приблизительным сроком примерно от 700 до 900 секунд? Если да, то что является ограничивающим фактором? Почему они не могут легко подняться выше?

связанные и потенциально полезные:

Ответы (1)

Для двигателей с твердым сердечником да, это их предел.

Если да, то что является ограничивающим фактором?

Скорость истечения (и, следовательно, удельный импульс) связана с теплотой топлива. Топливо не может быть горячее топливных элементов.

Почему они не могут легко подняться выше?

Потому что ваши топливные элементы расплавятся и вылетят из задней части ракеты.

Как вы упомянули в самом своем вопросе, важным показателем качества является «характеристическая скорость»:

с * ∝ Т т М ш

где Т т можно принять за температуру выхлопных газов, а М ш - молекулярная масса газовых частиц в выхлопных газах. Если вам нужен источник для уравнения, вы можете увидеть его упоминание здесь вместе с множеством связанных заметок. Это уравнение 9.

В основном это сводится к тому, что и химические двигатели, и NTR имеют одинаковые предельные эксплуатационные пределы ... они могут нагреваться только до такой степени, прежде чем критические части расплавятся, и все это выйдет из строя.

Однако, в отличие от химической ракеты, NTR может производить выхлопные газы, содержащие гораздо более легкие газы, такие как чистый H 2 . При тех же температурах выхлопа эти легкие молекулы будут двигаться намного быстрее, чем, скажем, более тяжелая H 2 O, выходящая из ракеты LH2/LOX.

NTR, заполненный водой, будет иметь почти такой же I sp , как и ракета LH2/LOX, хотя у него будут несколько меньшие и более удобные баки реактивной массы, и его будет немного легче заполнять.

Существуют различные решения, которые были предложены для решения этой проблемы.

Явные NTR с жидким и газовым сердечником — это те, в которых вы преднамеренно предварительно плавите активную зону реактора, хотя, конечно, у них есть свои огромные технические проблемы.

Есть еще конструкция импульсного реактора , основанная на нейтронном нагреве реакционной массы, которая позволяет получить более горячий выхлоп за счет нейтронного нагрева реакционной массы, что технически звучит несколько надуманно, но кто-то явно в это верит.

Наиболее правдоподобным решением кажется построить вместо этого приличную ракету НЭП. Конечно, в настоящее время это находится в пределах наших технических возможностей.

@uhoh, похоже, это сводится к температуре и молекулярной массе продуктов выхлопа. У NTR может быть чистый H2, вытекающий из задней части, тогда как химическая ракета вместо этого должна обходиться здоровенным H2O.
@uhoh, если вам нужен источник для Т / М вещь, она появляется в самых разных местах, например здесь: web.stanford.edu/~cantwell/AA103_Course_Material/…
18 / 2 "=" 3 эти двигатели работают при 4/9 температуры LH2/LOX или происходит что-то еще?
@uhoh это будет тяжелая работа ∝ ;-) Я ничего не знаю о химии выхлопных газов.
Я полагаю, под НЭПом вы имеете в виду атомный электродвигатель, в котором электростанция питает плазменный или ионный двигатель?
@BrianDrummond Если вы погуглите «Ракета НЭПа», вы нажмете en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_electric_rocket — то есть, вероятно, да.
Температура газов, проходящих через турбину реактивного двигателя, выше температуры плавления лопаток турбины. Возможно, инженеры-ядерщики, разрабатывающие ракетные двигатели, могли бы аналогичным образом расширить пределы ISP за счет инновационного охлаждения топливных элементов.
Другой возможной альтернативой является ядерно-электротермическая концепция, хотя она кажется недостаточно разработанной.
@MikeH, однако, нагрев в реактивном двигателе происходит в газах. в НТР нагрев происходит в твэлах, после чего тепло должно передаваться рабочему телу с более низкой температурой. Это означает, что если вы не делаете хитрых вещей, таких как нейтронный нагрев или капсулы с высокой температурой плавления, заполненные жидким топливом, ваша рабочая жидкость должна иметь более низкую температуру, чем ваше топливо.
Ограничены ли конструкции ядерных тепловых двигателей примерно вдвое большим Isp, чем существующие химические ракетные двигатели? Если да, то почему; какой ограничивающий фактор?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v