Тут вот в очередном околокосмичеком треде, когда я объяснял почему нельзя построить ионник, создающий достаточно большую тягу, мне сказали "ну наконец-то ты понял зачем атомный реакторв в космосе". На что я возразил, что толку от атомного реактора в качестве источника энергии для ионного двигателя никакого.
Почему-то многие считают, что атомный реактор - это сразу огромное количество дармовой энергии.
Увы, это не так. Возьмем, к примеру, первый
атомный ледокол "Ленин". 16 тысяч тонн водоизмещения, 44 тысячи лошадиных сил на валах. Сравним со сравнимым по размеру кораблем примерно того же периода -
крейсер "Михаил Кутузов". 18 тысяч тонн, 120 тысяч лошадиных сил. То есть отопление котлов мазутом позволяет в то же водоизмещение впихнуть втрое большую мощность. А еще у ледокола кроме корпуса, движков и системы балластировки ничего нет. Ну ладно, допустим, что для преодоления льдов требуется прочность корпуса не меньшая, чем для противостояния вражеским снарядам. Но пушки, боезапас, экипаж? На ледоколе экипаж 150 человек, на крейсере - 1200 (в основном потому что надо обслуживать системы оружия, а также чтобы было кому бороться за живучесть в бою).
То есть получается что при плюс-минус равном весе силовой установки традиционная топка на жидком топливе обеспечивает в три раза большую мощность, чем атомный реактор. Правда автономность у крейсера от силы месяц, а у ледокола - год.
Если же мы урежем требования к автономности до нескольких часов, то получим
самолет Ан-22 со взлетным весом 200 тонн из которых 40 - полезная нагрузка. И те же 44 тысячи л.с. в крейсерском режиме (до 60 во взлетном).
Возвращаясь к космической тематике мы упираемся в то, что для того чтобы развить определенное ускорение, нужно ускорять в том числе и собственную силовую установку. А если она такая громоздкая и тяжелая, то весь выигрыш от увеличения продолжительности работы двигателя будет съеден уменьшением ускорения.
Рассмотрим теперь ионный двигатель. Пусть у нас будет некогда анонсированный роскосмосом "межорбитальный буксир мегаваттного класса". Т.е. аппарат у которого мощность потока ионов на срезе сопла составляет ровно 1 мегаватт.
В статье
Ионный двигатель в википедии приведен разброс параметров:
скорость истечения 20-50км/c, КПД 60-80%. Ну допустим, у нас скорость истечения 50 км/c и кпд 80%.
Для того чтобы разогнать 1Кг вещества до скорости 50км/c, ему надо сообщить 1.25 ГДж энергии. Соответствено,
располагая мегаваттом мы можем разогнать только 0.8г в секунду, которые дадут нам 40 ньютонов (4кгс) тяги.
При этом нам нужно подать в двигатель 1.25МВт электричества, да еще и четверть мегаватта рассеять. (КПД 80%, значит на каждые 4 джоуля, пошедших на разго ионов, 1 Джоуль надо рассеять) Излучением, в космосе. Представляете, какой размер должен иметь радиатор, чтобы наши ионный двигатель не перегревался.
Теперь, для того чтобы выработать эту энергию нам нужно как-то преобразовать тепло, вырабатываемое атомным реактором в электричество. Скорее всего - паровой турбиной. У неё КПД все же повыше, чем у стирлингов будет. Но ее КПД ограничен циклом Карно, т.е. пропорционален разнице температур реактора и радиатора и обратно пропорционален температуре радиатора. А вот засада - производительность радиатора растет пропорционально 4-й степени температуры. Поэтому у радиатора, который охлаждает рабочую жидкость реактора до 0 градусов площадь будет в 3.5 раз больше, чем у того, который охлаждает до 100 градусов.
И это мы еще не добрались до оценки веса самого реактора и его радиационной защиты. А защищать от реактора нужно не только экипаж, но и электронику всякую. И на все про все у нас 4 кг тяги.
UpdСогласно опять же
википедии масса энергоустановки
у нас 7 тонн, тепловая мощность 3.8МВт, электрическая - 1МВт. Так что мегаватт у нас не на срезе сопла, а на клеммах. А на срезе сопла на 1/5 меньше, и, соответственно, тяга 3.2 Кгс. А вес установки - 7 тонн.
Правда, вместе с радиаторами и даже с ионником. Так что при скорости истечения 50км/c без полезной нагрузки и при пустых баках этот буксир сможет развить ускорение в целых 5 миллиметров в секунду за секунду. А при 20 км/с даже 1.1 сантиметра в секунду за секунду (расходуя при этом целых 50 грамм рабочего тела в секунду).
This entry was originally posted at https://vitus-wagner.dreamwidth.org/2118852.html. Please comment there using OpenID. Now there are 
comments 
