Mars - pilotované lety - úvahy

Primary tabs

V časopise IEEE Spectrum bude v červnu 2009 publikován seriál úvah o pilotované expedici na Mars. Je zatím dostupný na webu

[url]http://www.spectrum.ieee.org/mars [/url]

Rusy bych nepodcenoval. Z dob Borise kazisveta zbylo uz jen sezeni v tichu. Rusko se vraci tam kam patri a napr. Zbrojni projekty zacinaji delat USA velke vrasky.

V rusku je vyhoda, ze vsechno z dob studene valky maji dobre zdokumentovane a v sejfech. Z toho plyne, ze jaderny pohon by meli mit zvladnuty. Kdyz nic, tak jen isp by Melo byt 2x-3x tolik co klasicka chemie. Nejspise se prikloni k montazi na leo, nez by zkouseli obnovit Energiji.

Rozhodne se vsak uz nemluvi do vetru, ponevadz Medvedev vydal take narizeni, vykutat v rozpoctu na projektovou dokumentaci 500 milionu usd a pokud to agentura nezproneveri, mohli by kolem roku 2012 mit realizovatelny projekt.

V kazdem pripade to dost pravdepodobne vyvola zavody v kosmu. A to je velmi dobre.

Nutno dodat, ze rusky napad zkratit americke 2 roky na cestach na nejaky pulrok mi pripada sympaticky a mene sebevrazedny pro kosmonauty. Take pro to, ze lod s jadenym pohonem nebude skorapka velikosti prerostleho apolla.

Za ty peníze (17 mld. rublů) se dá vyvinout prototyp jaderného reaktoru. Rozhodně ne loď, přistávací a startovací moduly, komunikační a recyklační systémy, vědecké vybavení atd. Podle mně chtějí Rusové vyvinout fungující a dobrý jaderný reaktor, který pak nabídnou USA jako svůj podíl na programu letů na Měsíc a snad i dál. Samotné Rusko na Mars peníze nemá a v dohledné době mít nebude, s Čínou se nedohodne, Evropa nemá zájem, takže zbývá jen NASA. Rusům bude stačit být druzí na Měsíci, po USA, před Čínou nebo Evropou. Místo v druhé US lodi je dobrá volba.

Rusove uz takovy funkcni protoyp maji - TOPAZ II, vylepsenou verzi typu kterej se pouzival tusim v satelitech pro monitorovani jadernjch testu, ci co. Dokonce ho uz NASA jednou nabizeli. Rusko s tim ma mnohem vetsi zkusenosti, provozovali neco prez 30 satelitu s jadernym reaktorem. USA pokud vim jen jeden v experimentalnim rezimu SNAP-10A , NASA pracovala na vlastni verzi, ale potom co bylo zruseny JIMO, to myslim s financnich duvodu zarizli.

Rozhodne je to podle me spravna cesta jak dal, navic by to konecne umoznilo vyuzit efektivne potencial VASIMRu, nebo jinejch typu motoru s vysokym isp, treba PITu http://en.wikipedia.org/wiki/Pulsed_inductive_thruster

O vývoji ruských jaderných pohonů jsem v r. 2003 napsal něco na:
http://www.kosmo.cz/modules.php?op=modload&name=kosmo&file=article&sid=482

Nevite nahodou nekdo, jestli existuje nejaka studie ktera by pri pouziti kombinace reaktor + VASMIR, pocitala s predehratim pracovni latky uz v reaktoru a teprve nasledny dohrati antenama VASMIRu? To by mohlo byt energeticky dost efektivni, za 1. by se vyuzilo ztratove teplo reaktoru, ktetre stejne neumime na el. proud prevezt a krom toho bude mikrovlny ohrev nejvic uciny ve chvili, kdy uz je pracovni latka dobre zionizovana. Na to by teplota reaktoru mela bohate stacit. Vlastne by ionizaci mohlo pomoct i samotne zareni z reaktoru.

Do akej miery prispeje k ionizacii tlak?
Resp. s akym tlakom media uvazujes pri prestupe tepla z reaktoru do media?

Urcite tak, ze cim vyssi tlak, tim snadneji se pracovni latka zahreje. Jinak je ale mozny latku ionizovat tepelnym zarenim i bez tlaku, jen energie fotonu musi byt tak velka, aby vyrazila elektrony z atomovych obalu a udelala z nich ionty. Bylo by to ale hodne neefektivni - takovou teplotu mit reaktor urcite nebude, to by se driv nejspis sam roztavil.

Tlak by ionizácii bránil alebo zmenšoval jej efektivitu - viď osvetlovacie žiarivky a podobné zdroje, kde je tlak vždy výrazne znížený. Tepelná ionizácia je problém, potrebné teploty sú i pre ¾ahko ioniozovate¾né plyny vysoké, ionizácia tvrdým žiarením a neutrónmi v reaktore asi tiež nejak efektívna nebude...

Ohrev - VASIMIR pracuje s pracovným médiom s nízkym tlakom, na úrovni tlaku v žiarivkách či tlejivkách (preto sa pri testoch používa ve¾ká vákuová komora). Ak by si aj ohrieval pracovné médium pri zvýšenom tlaku, pri vstupe do motoru by expandovalo a tým sa výrazne ochladilo, takže efekt ohriatia by bol prakticky nulový.
Ohrev mikrovlnami - ak bol zvolený, tak asi konštruktéri vedeli prečo a hlavným vodítkom bola najskôr práve efektivita ohrevu.
Ak nejak donútiš atómy k rýchlemu chaotickému pohybu, tak sa budú ionizova vzájomnými zrážkami...

Rychly chaoticky pohyb je prave teplo, co se tyce ionizace za nizkeho talku, tak to nemusi byt pravda. Pravda je, ze za vyskoeho tlaku bude vetsi tendence rekombinovat zpatky na neutralni atomy, protoze ionty a volne elektrony budou blizko, nicmene teplo je bude zase znovu rozbijet. Stacilo by ale umistit takto zahraty plyn do elektrickeho pole a toto nebude platit, kladne ionty budou vymeteny do VASMIRu aniz by s elektrony mohly znovu rekombinovat na neutralni atomy.

Ionizovat plyn čistě teplotou samozřejmě jde. Teplotou a slabým elektrickým polem (->urychlování a srážky nabitých částic) taky - přesně to je elektrický oblouk. Ale i tam je stále spousta neutrálních částic (resp. drtivá většina). Pro iontový pohon jsou neutrální částice nežádoucí, ale udělat ze (skoro) všech ionty čistě tepelně (nebo za malého přispění el.pole nebo záření) by znamenalo teploty zbytečně vysoké teploty v reaktoru, bezpečně nad materiálovými limity. To je "rovnovážné" ("izotermické") plazma, kde neutrální částice, ionty a elektrony mají zhruba stejnou teplotu.

Plazma má ale kouzlo v tom, že ionty a elektrony
1) se dají na dálku ovládat elektromagnetickým polem
2) mají o 3-4 řády odlišnou hmotnost

To vede mj. k tomu, že ionty a elektrony mohou mít naprosto jinou teplotu. Ionty mohou zůstat relativně "studené" a mezi nimi můžou lítat "horké" elektrony, které zajistí vysoké procento ionizace (pro iontový pohon ideálně blízko 100%) - "nerovnovážné" ("neizotermické") plazma. Toho se ale prakticky nejsnadněji dosahuje vhodným působením elektromagnetického pole. Vysokofrekvenční a mikrovlnný ohřev využívá právě toho, že lehké elektrony dokážou snadno "sledovat" změny elektromagnetického pole (a přitom z něj nabírat energii), zatím těžké ionty ne nebo špatně. Protože elektrony jsou lehoučké, když narazí na stěnu reaktoru, prakticky se teplo nepředá a tak nevadí, když jsou elektrony "horké". Na druhou stranu ionty se dají i "za studena" urychlit "pomalým" elektromagnetickým polem a díky své hmotnosti vytvoří drtivou většinu tahu motoru.

Myslím si, že "jalové" teplo z reaktoru by věci spíš zkomplikovalo.

Bylo by vhodné nemíchat dohromady jaderný pohon a jaderný reaktor. Rusko má sice výtečné zkušenosti s oběma, ale jejich experimentální minireaktory s MHD a rtuí jako pracovním médiem se nevyšplhají nad 85% účinnosti při výkonech v řádu MW. Pro solidní VASIMR se uvažuje 10MW+. Z toho plyne, že i za ideáních podmínek musíte uchladit skoro 2MW přebytečného tepla ve vesmíru. A to je mimořádně obtížné.

To co je v aktuálním zadání je primitivní jaderný pohon. Tj. prostě klasický polootevřený JR do jehož aktivní části sypete médium a přímo jej ohříváte a tryskou ženete pryč. Je to sice neekologické, ale ve vesmíru by to snad nemělo vadit. Jedna se o věci, se kterými experimentovaly obě strany v 50tých a 60tých letech a nedotáhli do konce. Teda údajně.

Ervé:

Těch 17 miliard rublů (pul miliardy USD) je určeno na projektovou dokumentaci. Což v překladu znamená, že se vyštrachá co už máme, smíchá se to s tím co můžeme brzo mít, vyfiltruje o nesmysly a slepé cesty a vyjde kvásek co je třeba dokoumat, aby byl projekt úspešný. Na samotný projekt se samozřejmě peníze najdou až kolem roku 2012.

Můj osobní názor je, že by bylo možné zhruba 500-1000 tunovou loď pro 100 denní let s aktuálními technologiemi postavit za zhruba 10 miliard USD v Ruských podmínkách (půlka na nosiče na LEO, půlka na vlastní loď). Usuzuji z běžných cen nových ruských balistických ponorek (2,7 miliardy USD), které jsou z konstrukčního hlediska podobně náročné jako takový projekt (jsou taky modulární konstrukce, tj. skládají je v docích z prefabrikovaných hotových dílů dovezených po železnici). Takové peníze není pro autoritativní a populistické duo Medvědev-Putin problém vyštrachat.

Obávám se, že je to mimo realitu. Aby pohon zajistil 1000 tunové lodi urychlení o 10km/s za 12 dní (10na6 sec), a míò nemá smysl, potřebujete tah F=m.v/t, což obnáší 10000N. Kdyby jste dokázali vypuzovat reakční látku rychlostí 100 km/s, potřebujete její průtok pro tento tah 0,1kg/s a za 12 dní jí spotřebujete 100 tun. Na urychlení 0,1kg/s na 100km/s ovšem je potřeba ideálně výkon 500MW. To nelze dosáhnout žádným zdrojem na palubě - neuchladíte. I kdyby jste se spokojili s urychlením 1km/12dní, potřebujete 50MW. Snižování rychlosti reakční látky vede sice ke snižování příkonu kvadraticky, tahu lineárně, avšak narůstá spotřeba, takže by loď musela být prakticky samé palivo.
Je třeba si uvědomit, že fyzika je neoblomná a zázraky nečekejme. Za současného stavu - a nedovedu si představit, na jaké objevy bychom museli přijít, aby se to zvrátilo - jsou takové cesty, jako na Mars s lidskou posádkou - krajní hranicí, co se v pilotované kosmonautice dá dosáhnout, se (stěží) přijatelným rizikem.
Kromě toho jsou takovéto podniky, jakkoliv bych Vám je (i sobě) přál, strašně drahé, a z peněz pro kosmický výzkum ukrajují příliš velký koláč. Jde přece především o poznání, a toho nám v současné době nepilotované sondy mohou přinést neporovnatelně více. Chybí jen podívaná pro masy a humbuk ve sdělovacích prostředcích. Ale přece o to poznání nám především jde, ne?

Myslim ze pozadavek na urychleni za 12 dni je nesmyslny, muzete napriklad u5ychlovat celou cestu a pak brzdit o atmosferu. Ciste teoreticky, pokud vyjdeme jen z rovnice pro zachovani hybnosti pri vaze 1000 tun a potrebe dosahnout 10 kms-1 nam satci pouze 330 Kg urychlenych na 10% rychlosti svetla, coz je mozne elmag dosahnout. Prepocteno na energii pri 100% ucinnosti je to cca 15*10 na 15 Joulu. To se zda jako desivy cislo dokad si nespocitate ze je to asi 15 min nez uvolni jedna jedina 50MT vodikova bomba

myslim si ze vyuzivat plazmu je spravna cesta, vysoke Isp mame vsetci radi, ale tahat zdroj energie so sebou je nezmysel. Z hladiska hmotnosti a chladenia su tam jasne limity, a tie nechceme. Jedine vychodisko vidim v beamovani energie, potom moze byt zdroj akokolvek tazky a akokolvek velky. Bohuzial tento koncept je na pokraji zaujmu a miliardy idu do technologii, ktore maju svoje hranice jasne dane.

Technicka otazka - su nejake sposoby vyroby "studenej" plazmy (bez ohrevu na vysoke teploty)?

[quote]
Technicka otazka - su nejake sposoby vyroby "studenej" plazmy (bez ohrevu na vysoke teploty)? [/quote]

No co pokladate za vysoku teplotu?

[quote][quote]
Technicka otazka - su nejake sposoby vyroby "studenej" plazmy (bez ohrevu na vysoke teploty)? [/quote]

No co pokladate za vysoku teplotu? [/quote]

to je taka pri ktorej musim riesit tepelne namahanie motoru (pri vyssom tlaku plazmy, nie ako v halogenke...)

Naučte se, pánové, trochu počítat a používejte známé technologie, ne sci-fi.
To Yamato: při beamování takové enegie neuchladíte přijímač, nehledě k tomu, že beamovat takovou energii neumíme. Jasné ?
"studená plazma": pro vyrobení plazmy je nutno dodat ionizační energii. Ta se liší podle prvků - proto se používá xenon, který je snadno ionizovatelný, avšak velice drahý a je ho málo. ionizovat vodík lze jen energiemi, které přibližně odpovídají jeho ohřevu nad 10000°C - to je pro porovnání mnohem větší energie, než se uvolní spálením vodíku s kyslíkem.
To Ohara: v iontových motorech urychlujeme s největším vypětím ionty na rychlosti v řádu 100km/s. Neplete si urychlování elektronů s těžkými ionty, o mnoho řádů těžšími než elektron - jádro xenonu je tak cca 100000x těžší než elektron, takže k dosažení velkých výtokových rychlostí by byla potřebná nereálně velká napětí, nebo skutečný urychlovač. Urychlovat něco reálně hmotného v raketě na 10% c neumíme.
Máte pravdu, že zrychlení může být menší, ale pak doba letu bude velmi dlouhá, představte si, že bychom měli třeba zrychlovat z LEO, tak se zrychlením pouhý 1 km/s za 12 dní (50MW) se od vlivu Země odpoutáme za měsíc.
Ale vrame se k výkonu motorů, ty megawaty nijak neobejdeme, a navíc je potřebujeme, a již pro iontový, nebo plazmový pohon ve formě elektrické energie, kterou nevyrobíme bez potřeby chlazení v řádu 100MW. Takže ideje skutečného planetoletu je velmi, velmi vzdálená.
Prosím, v každém případě používejte technologie, které odpovídají fyzikální realitě.

[quote]Naučte se, pánové, trochu počítat a používejte známé technologie, ne sci-fi.
To Yamato: při beamování takové enegie neuchladíte přijímač, nehledě k tomu, že beamovat takovou energii neumíme. Jasné ?
[/quote]

A cestovat krizom cez kontinent sa neda lebo kone nam zdochnu.
Jasne ze to neumime ked sa tomu skoro nikto nevenuje! Pokial viem experimentalne sa podarilo zasiahnut satelit laserom, o laserovych zbraniach realne testovanych v protiraketovej obrane ani nehovoriac, takze prenos energie tymto sposobom je fyzikalne mozny. Chladenie prijimaca je technicky oriesok, rovnako ako chladenie motoru SSME, ale nie je to fyzikalna prekazka. Vy tvrdite ze sa to neda, ja tvrdim ze treba hladat sposoby ako sa to da. Hladanie dovodov je rovnako neproduktivne ako miliardy vyhodene na technologie z 50.tych rokov, ktore maju svoje hranice jasne fyzikalne dane a vo vesmire su tragicky pomale. Tudy cesta nevede.

Prave jsem vam spocital ze je to fyzikalne mozne a ze dokonce lidstvo umi naraz uvolnit energie radove vetsi, ale vy to tvrdosijne ignorujete. Tady mate napriklad linearni akcelerator tezkych iontu, kde vystupni rychlost je 10% c http://www.anu.edu.au/CSEM/machines/Accelerator.htm
A to jeste ani zdaleka neni nejvykonejsi linerani urychlovac a urychluje tezsi ionty nez xenon. Co se tyce opusteni LEO, muzete mit na lodi boostery klasicke konstrukce. VASIMR monetalne dela tah asi 4Newtony pri 200KW, pri planovanych 20MW (tah roste s prikonem linearne) by na vami pozadovanych 10kms pri tisici tunach potreboval pouze 25 dni.

[quote][quote][quote]
Technicka otazka - su nejake sposoby vyroby "studenej" plazmy (bez ohrevu na vysoke teploty)? [/quote]

No co pokladate za vysoku teplotu? [/quote]

to je taka pri ktorej musim riesit tepelne namahanie motoru (pri vyssom tlaku plazmy, nie ako v halogenke...) [/quote]

No tak to by slo ale s elektronmi, a ako tak citam vy tym chcete pohanat kozmicku lod, tak na to vam elektorny stacit nebudu. Potom su tu este vzacne plyny ale tie su dost drahe. Bohuzial pre vas skor by som sa priklonil k p. Nedbalovi.

K prenosu energie na dialku. No co k tomu dodat, technicky to mozne je ale si spocitajte tu vykonovu stratu na trase, to vam ta ucinnost zacne dost dramaticky klesat. Jediny realny zdroj ktory sa da na to pouzit je slnko, tam tu stratu ozeliete, respektive aj tak vas nic nestoji, len zas nemame technologiu ako ju premienat s vysokou ucinnostou.

Ked ste tu uz spomynali 50MT vodikovu bombu, tak pre upresnenie ide o sialenu energiu. Taka Bomba bola na zemskom povrchu odpalena len jeden krat a pevne dufam, ze uz sa taky magor co to bude chciet skusat znova nenajde. Uvedomte si, ze takuto energiu nedokazeme uvolnovat postupne. Vybuch tejto bomby trval necelych 40ns bol uvolneny vykon o velkosti 1,35% vykonu slnka. Ak sa vam podari uvolnovanie tejto energie previest riadene po dobu jedneho roku, produkovala by 6,7GWH. Co je ekvivalent 15tich blokov instalovanych v Jaslovskych Bohuniciach.

To ze dokazeme jednorazovo uvolnit aj radovo vacsiu energiu je pekne, akurat ze to je vsetko co s nou dokazeme, uvolnit ju.

Ano, souhlasim s tim, ze je treba zvladnout fuzi. Bez ni neni sance se dostat dal nez k nekolika nejblizsim telesum ve slunecni soustave. Na VASMIRu a PIT je zajivavy, ze k vyrobe plazmy pouziva stejnou techniku jako tokamaky k zapaleni fuze a i metoda vymeteni plazmy je obdobna drzeni. Takze pokrok tady pomuze zvladnuti fuze a naopak je to vlastne motor na pul cesty k fuznimu motoru nekdy v budoucnosti.

Myslím, že to moc kombinujete. Je opravdu aktuální problém, jak provozovat elektrické pohonné systémy. Ve vesmíru lze chladit jen 2ma způsoby.

1) Předáváním tepla chladícímů médiu a zbavování se takového média
2) Sáláním podle přibližného vzorce W = δ . ε . T^4 (W/m^2)

Jednička je v podstatě nepoužitelná pro dlouhodobé chlazení, jediné užití by bylo možné pro předehřev paliva, jinak je jakákoliv látka užitá jen pro chlazení ve vesmíru nesmírný luxus.
U dvojky pak narážíme na problém, že sálání začíná být opravdu účinné při vysokých teplotách (nejméně 365K pro 1kW/m^2 ovšem 2050K pro 1MW/m^2!). Největší problém pak je nikoliv materiál chladiče (Wolfram ve vakuu dlouhodobě vydrží 3500K) ale na materiály tepelné pumpy/čerpadla, která musí z chladiče reaktoru "přečerpat" relativně nízké teploty (do 1000K) do mnohem vyšších teplot radiačního (ve smyslu sálání) chladiče (tedy uvažujme 2000K).

Ovšem to není celý problém. Další potíž v kombinaci jaderný zdroj elektřiny(JZE) - elektrický pohonný systém (EPS) je v zbytečné hmotnosti. Elektrický pohon nemá smyslu, pokud by uvažované rychlosti výtoku byly v řádech stovek km/s, tedy energetického ekvivalentu 5GJ/kg pohonného média. Problém je, že zvyšováním dodané měrné energie, zvyšujeme v konstantním objemu i teplotu média a tím i tlak. Teplotu lze částečně regulovat pomocí ochranných magnetických polí, alá tokamak, ale s tlakem je potíž. Veliké tlaky udrží pod kontroulou jen hodně mohutné pláště motoru či velmi těžké supravodivé cívky tvořící svým elmag polem prstence - tedy takové primitivní pole strukturální integrity jak ze scifi(pravdou je, že limity pevnosti aktuální dosažitelné takovými polí leží cca o 4 řády dále než u ocelí a to se počítá).

A tím se dostáváme k bludnému kruhu. Pro kombinaci JZE - EPS se dostáváme k 3 težkým váhám:
a) Samotný JZE, který musí být opravdu výkonný (desítky až stovky MWe)
b) chladicí soustava (látky odolné vysokým teplotám jsou shodou okolností i notně husté)
c) Samotný EPS, který musí být masivní

Podtrženo sečteno - systém je sice realizovatelný, ale byl by mnohem těžší než lze pro loď do 1000 tun uvažovat. Pokud bych to přiblížil opět k ponorkám, je to jako byste se snažili nacpat jaderný pohon do pobřežní diesel elektrické ponorky - realizovat to jde, ale užitná hodnota takové lodi by byla silně diskutabilní.

Proto znovu opakuji, rusové ani nesní o tom, že by pro tuto loď byl použit tak pokrokový systém, jako je JZE - EPS kombinace, ze které i američané mají jen tu třetí část, VASIMR, a to ještě v relativně neúčinné podobě (motor nemá zvýšenou odolnost proti tlaků média a tím má nízkou účinnost a ISP v tažném režimu). Rusové prostě mudrlují o něčem, co by u američanů za normálních okolností neprošlo - neekologický jaderný pohon.

Ač se to nezdá, jedná se o koncepci samospasnou.

I. Polootevřený jaderný reaktor musí být už z principu masivní (aby ochránil posádku od radiace). Nemá tak problémy s tlaky a tedy výtokovými rychlostmi.
II. Při jeho provozu je možné a zároveò nutné použít jako chladící médium samotné palivo a tím zajistit, že jeho konstrukce může být vcelku konvenční.
III. Jeho tah je už z principu obrovský a umožòuje tak doslova přímé letové trajektorie na Mars.
IV. Odpadá zbytečná zátěž ve smyslu komplikovaného chlazení a EPS.
V. Zcela automaticky je jedna strana kopkitu chráněna proti všem vesmírným formám radiace a ušetří se tak na hmotnosti ochranných pl᚝ů.

Velkou nevýhodou je neekologičnost. Při častějších letech by došlo k zaneřádění LEO radioaktivním materiálem, který by začal ohrožovat bezpečí posádek na LEO.

Nicméně z pohledu Ruského - chceme být na Marsu první a alespoò cestu tam přežít, je to jediné reálné řešení.

Bude zajímavé sledovat (pokud Rusoé roku 2012 začnou takový pohon testovat a vyvíjet), jak zareagují USA. Je zcela jasné, že jejich Orionovská koncepce nemá proti koncepci s pokročilým pohonným systémeme založeným na nekonvenčním reaktivním pohonu žádnou šanci obstát. Je klidně možné, že tvaří tvář porážce sáhnou hlouběji do kapes a opráší projekty NERVA či se pořádně obují do projektu VASIMR a z iontového prdítka udělají řádný motor s adekvátními zdroji a technologiemi. [Upraveno 03.11.2009 cernakus]

Presne to jsem v podstate myslel mym puvodnim dotazem k hybridnimu systemu, pouzit predehrivani plzmy jako chlazeni reaktoru. Kez by toto soupereni nastalo. Co se tyce ekologicnosti, z LEO se mohou odlepit boostery treba na TPH a motor zazehnout az budou dal.

ohara:

to není tak jednoduché. Koukni jak prudce klesá nosnost chemických raket s rostoucí výškou orbity u země. Pokud se bavíme o bezpečné vzdálenosti od běžných orbit LEO, tedy GTO, tak jsme polovině až třetině nosnosti z rampy (z energetického hlediska je úplně jedno jestli smontuješ loď na LEO a pak ji klasickým pohonem posuneš na GTO či zdali ji rovnou smontuješ na GTO).
Tím tedy automaticky zdvojnásobuješ počet potřebných startů ze Země a to už si myslím, že mých předpokládaných 20-40 Protonů je limit.

Myslím, že tak v roce 2004 či 2005 jsme se tu hádali o alternativních pohonech pro případ, že bychom na lodi měli výkonný zdroj třeba jaderné energie. Já tehdy patřil k vyznavačům "létání na pavučině". Geometricky velikánskou mnohakilometrovou sí vodičů - tetherů, které by jednak mohly pokračovat v urychlování iontů vyvržených z vlastního iontového motoru, ale hlavně by sloužily jako plazmomet, co se snaží odvrhovat všudypřítomnou plazmu slunečního větru, která kromě toho nese značnou kinetickou energii, jež se tak částečně využije, a dále představuje vítaný přítok hnací látky - navíc zadarmo Sluncem zionizované, kterou není nutno s sebou vozit. Nic by při tom nemuselo dosahovat technologicky nedostižných sci-fi parametrů.

Argumentovat tady 50MT pumou je naprostý nesmysl. Uvědomte si, že takto uvolněná energie je mimo destrukce nepoužitelná, jde o chaotickou termalizaci.
Nukleární raketový motor není nic jiného, než kotel, v němž se topí jiným palivem a efekt většího Isp se dosahuje použitím látky s nižší molekulární hmotností a tedy vyšší výtokovou rychlostí, než by měly klasické chemické spaliny. tedy vlastně reakční látka musí uchladit reaktor pracující na nejvyšší ještě přijatelné teplotě, případně se i tepelně degradující (a štěpné produkty a část paliva odchází s reakční látkou). Takže, souhrnem, dostaneme jen o něco lepší raketu než klasickou spalovací, ale žádné řádové vylepšení.
Jestli by se mohlo létat v Adolfových pavučinách metodou interakce se slunečním větrem, nevím. Ale vím zcela určitě, že transformace energií, a již z laserového paprsku, nebo z reaktoru ña el. energii v dostatečném výkonu nelze právě kvůli problémům s chlazením. A i vlastní motor - třeba i Vasimr by se upekl.
Prostě, tady pánové nejde o ochotu či neochotu, či nadšení, ale bohužel, i k mé vlastní lítosti o přírodní principy.

Pavel Nedbal:

Jestli 3x až 6x vyšší ISP při srovnatelném tahu chemických motorů nepovažujete za řádové vylepšení, tak je to s Vámi těžké. Vysoké teploty nejsou problém a limit je pouze odolnost jaderného paliva. Samozřejmě u pevných palivových článcích nemá navýšení ten správný efekt.

Nicméně jak Jste sám poznamenal, velká výhoda oproti LOH motorům je, že vodík má podstatně nižší molekulární hmotnost než voda a tudíž už jen zde se nabírá na efektivitě, kterou lze snadno přetavit do výkonu.

Ještě jednou se vrátím k té Vaší začarované teplotě. Když je podle vás problém zvládnout teploty nad materiálovou soudržnost (3000K+), neuvažoval jste, jak vůbec jaderní inženýři zvládnou teploty termojaderné reakce po dobu desítek sekund, přece jenom milióny Kelvinů, to je jiné kafe...

Ještě připomenu, že existují konstrukce, které dokáží vyzářit/odrazit teplo dodané konvekcí a ochránit tak i citlivé kovy jako hliník před roztátím (tepelná ochrana raketoplánu).

Bežný tokamak pak zabraòuje předávání tepla konvekcí elmag polem (plazma) a předávání tepla radiací neutronovými a fotonovými odrážeči. [Upraveno 03.11.2009 cernakus]

[quote]Jestli by se mohlo létat v Adolfových pavučinách metodou interakce se slunečním větrem, nevím. Ale vím zcela určitě, že transformace energií, a již z laserového paprsku, nebo z reaktoru ña el. energii v dostatečném výkonu nelze právě kvůli problémům s chlazením. A i vlastní motor - třeba i Vasimr by se upekl.
Prostě, tady pánové nejde o ochotu či neochotu, či nadšení, ale bohužel, i k mé vlastní lítosti o přírodní principy. [/quote]

Tehdy jsem tyhle diskuse vyprovokoval smutný z následujícího faktu. Kdyby došlo v energetice ke vzniku průlomového programu, jako třeba v elektronice, kde naše mobily mají vyšší výpočetní propustnost než sálový počítač, co počítal v 60. letech program Apollo, dosáhlo by se toho, že bychom mohli mit výkon Temelína v krabičce velikosti mobilu. Létání vesmírem by to ale zas tak moc nevytrhlo, protože to je založeno na vyvrhování hnací látky a ani raketa hnaná Temelínem o velikosti mobilu by zas takovým zázrakem nebyla.

Bavili jsme se ale pak spíš o raketách s klasickou nebo skoro klasickou nukleární elektrárnou na palubě. Vyšlo mi z toho létání na pavučině a raketa s ušima. (Uši jsou pro naše tělo mj. vyzařovač tepla.) Limitní pro raketu se stálým zrychlením pro dálkové lety Sluneční soustavou by byly ty "uši" - vyzařovače tepla z chlazení.

Jinak klasická raketa je asi to nejzažší, co zvládneme na hraně mezi chaotickou termizací a motorem. Nic, co má obdobnou hustotu výkonu není to pouze ničivý pyrotechnický proces není. Když jsme se hádali o napájení rakety kabelem vyšlo mi, že při stejných hustotách výkonů, jaké jsou přípustné u našich kabelů, by musel mít napájecí kabel pro raketoplán průřez 200 m2. Supravodivé kabely toho také moc víc nezvládnou kvůli magnetickému přesycení. Trvale udržitelné hustotě výkonu v hořáku nemůže nic pozemsky technologického konkurovat a určitě nic, co je na rozdíl od plamenů v kondenzované fázi.

[quote]
Technicka otazka - su nejake sposoby vyroby "studenej" plazmy (bez ohrevu na vysoke teploty)? [/quote]

Tak, jak plazmu definujeme, jako ionizovaný plyn, kde ionizace se může udržet jen díky vysoké energii srážek (teplotě) to vlastně nejde. Existují ale látky, které reagují na magnetické pole stejně jako plazma a lze je stejně magnetickými plazmomety vrhat i stlačovat magnetickými pastmi jako plazmu. Jsou to třeba směsi čpavku z alkalickým kovem.

Adolf:

supravodiče bych nepodceòoval. Rozhodně neplatí, že kvůli magnetickému přesycení jsou jen o málo výkonější než klasické vodiče. Každý provozovatel cyklotronu či MRI by Vás velmi rychle vyvedl z omylu. Jen si musíte umět představit obezličky. Stejně jako v vědecky reálných nadsvětelných pohonech nepřekonává objekt fyzicky rychlost světla, tak i vhodným geometrickým uspořádáním elmag pole kolem supravodiče dosáhnete podstatně vyšší proudové hustoty, které v samotném vodiči nevyvovalá magnetickou intenzitu přes hranici supravodivosti.

Právě jen na bázi supravodičů lze uvažovat reálný koncept jaderného zdroje energie a elektrického pohonného systému. S klasickými vodiči si lidstvo neškrtne. Teď jen nalézt takový supravodič, který není z křehké keramiky a nepotřebuje chladírnu jak v továrně od Algidy :-) Za necelých 100 miliónů USD ročně to bude asi těžké.

[quote]
Právě jen na bázi supravodičů lze uvažovat reálný koncept jaderného zdroje energie a elektrického pohonného systému. S klasickými vodiči si lidstvo neškrtne. Teď jen nalézt takový supravodič, který není z křehké keramiky a nepotřebuje chladírnu jak v továrně od Algidy :-) Za necelých 100 miliónů USD ročně to bude asi těžké. [/quote]

Vidím to tak, že nejlepším supravodičem je zase plazma.

[quote]Bude zajímavé sledovat (pokud Rusoé roku 2012 začnou takový pohon testovat a vyvíjet), jak zareagují USA. Je zcela jasné, že jejich Orionovská koncepce nemá proti koncepci s pokročilým pohonným systémeme založeným na nekonvenčním reaktivním pohonu žádnou šanci obstát. Je klidně možné, že tvaří tvář porážce sáhnou hlouběji do kapes a opráší projekty NERVA či se pořádně obují do projektu VASIMR a z iontového prdítka udělají řádný motor s adekvátními zdroji a technologiemi. [Upraveno 03.11.2009 cernakus] [/quote]
Ze by se KONECNE rozjel druhy vesmirny zavod ;) .

K tematu reaktoru, jelikoz je to muj obor (ve Skodovce me ucili jak vyrabet atomove elektrarny), tak v ramci ucebniho procesu jsme videli ruzne veci (exkurze, staze). V Rusku napriklad nanoreaktor o velikosti dodavky a vaze cca 65tun, elektrickej vykon 35MW, tepelnej 86MW, transportni medium - olovo. Pridavne zarizeni v druhe ochrane obalce (ta "dodavka" je v "maringotce") je zarizeni (urcity druh turbiny na tekuty olovo) co vyrabi elektriku. Takovej nanoreaktor co se pouzival na lodich a ponorkach na Uran co ma obohaceni 48%.
Cele se to chladilo tekutym sodikem (kombinace sodiku s "necim"), takze se to chladilo cele samo, soucasne sodik slouzi pro ohrati olova, ktere "ztvrdne" po ochlazeni v "turbine" generatoru, a tim znova rozchodi celej proces (dvoustupnovy system media). Soucasne ta "maringotka" slouzi pro sekundarni radioaktivni ochranu. Je to v podstate 3.5+ generace reaktoru a jestli se nemejlim, tak nektere licence soudruzi (pak jsme uz nebyli Skoda Praha Energo, ale Atomstrojexport) prodali Toshibe...hledejte Toshiba 4S v Google.
Celkova vaha s "maringotkou" tusim (uz je to dlouho) nepresahla 150tun. Elektriku a teplo (bylo tam potrubi 200mm pro ohrev vody v "teplarne" pro "mesto") to umi vyrabet 32let bez vymeny paliva.

"neuvažoval jste, jak vůbec jaderní inženýři zvládnou teploty termojaderné reakce po dobu desítek sekund, přece jenom milióny Kelvinů, to je jiné kafe... "
Nevim zdali to neni uplne laicka odpoved - tam je plazma uzavreno magnetickym polem - a vubec se tedy nedotyka sten te nadoby - odolnost materialu se bude testovat samozrejme + mohutne chlazeni vodou v trubkach ve stenach te nadoby - je to zase zkratka jen a pouze "kotel".

Pekne sa o tom ruskom vyhlásení píše na

http://danielmarin.blogspot.com/search?updated-max=2009-11-01T01%3A35%3A...

Je tam i nejaká história pozbieraná vrátane pekných obrázkov a nieko¾kých odkazov...Je to ale v španielčine.

Vážený pane cernakusi,
ono to s řádově lepším Isp není tak horké - nejde jen o vlastní Isp, ale je to v kombinaci s celkovou hmotností, která je existencí reaktoru značně navýšena. Kromě toho se ten vodík prakticky fungujícím reaktorem nedá ohřát na až tak vysokou teplotu, zvláště, nemá -li být reaktor "na jedno použití". Takže, lepší to samozřejmě je, systém je však značně náročný. Nezapomeòte na jednu drobnou věc - má -li být reaktor použit opakovaně (cesta tam, cesta zpátky), musí být schopen, poté, co je odstaven a přestane přes něj proudit pracovní látka, přestát vývin tepla, který je po "zaseknutí" reakce pořád dost vysoký a nemá ho co, kromě tepelné radiace, co ochlazovat. Takže se zase musí dělat kompromis mezi pracovní teplotou a Isp, což vždy vede ke zhoršení parametrů.
Ještě k Vaší ochraně před vysokou teplotou a radiací: plazmu v magnetickém poli udržet dovedeme, ale nedovedeme se dostatečně ochránit před částicemi neutrálními, a již atomy, nebo neutrony, zejména pak velmi špatně proti fotonům. Pro viditelné světlo dokážeme udělat nejlepší zrcadlo tak 99%, to se ale se zkracující vlnovou délkou podstatně zhoršuje, takže odraz měkkého RTG záření je možný jen prakticky tečný (viz dalekohled Chandra), zde naprosto nemožný. Pořád se potýkáme s množstvím ztrátového tepla.
K systémům s konverzí nějaký kotel (jaderný, termojaderný, laserbeam) na el. energii - kosmické aplikace používají buď termočlánky, které pracují na poměrně nízkých teplotách, nebo termoionizační. Oboje účinnost nic moc. Pokud bychom chtěli slušnou účinnost a současně poměrně vysokou teplotu na straně vyzařování do prostoru (Adolfovy "uši"), museli bychom jít k oběhové látce například helium, a systému s turbínou, tedy v podstatě skoro klasickou elektrárnu. A to je už dost nepředstavitelné monstrum.

[quote]

No tak to by slo ale s elektronmi, a ako tak citam vy tym chcete pohanat kozmicku lod, tak na to vam elektorny stacit nebudu. Potom su tu este vzacne plyny ale tie su dost drahe. Bohuzial pre vas skor by som sa priklonil k p. Nedbalovi.

K prenosu energie na dialku. No co k tomu dodat, technicky to mozne je ale si spocitajte tu vykonovu stratu na trase, to vam ta ucinnost zacne dost dramaticky klesat. Jediny realny zdroj ktory sa da na to pouzit je slnko, tam tu stratu ozeliete, respektive aj tak vas nic nestoji, len zas nemame technologiu ako ju premienat s vysokou ucinnostou.

[/quote]

http://www.kosmo.cz/modules.php?op=modload&name=kosmo&file=index&fil=/m/...

tak potom bud ste tu vsetci pesimisti, alebo sa tomuto webu neda verit. V clanku sa pise jak o studenej plazme, tak o pohone laserom. Co sa tyka strat energie, myslim ze mikrovlnny prenos vykazal pri skuskach vysoku ucinnost. Ja sice nie som fyzik, ale dost ma zaraza, ked na jednej strane mi vsetci vysvetluju ako to nejde a na druhej strane citam o realnych projektoch a funkcnych prototypoch.

Víte, pane Yamato,
to není skepse, ale prostě popis reality. Ty iontové a plazmové pohony s malým výkonem jsou samozřejmě dobře použitelné na bezpilotních sondách, kdy nehrajeme tolik o čas. U nich je podstatné, jaký potenciál jejich pohonpředstavuje, jaké delta v jsou schopné do vyčerpání reakční látky schopny poskytnout. Na přiklad, pro průzkum Jupiterovských měsíců, kdy chcete postupně přecházet na oběžné dráhy okolo jejich měsíců, potřebujete velké delta v, jak se můžete přesvědčit podle sondy Messenger, k návštěvě Merkuru také, jinak jste odkázáni na složité a dlouhé gravitační manévry.
Zpět ale ke skutečně výkonným pohonům: všechny ty termální zdroje jsou bohužel limitovány chlazením kvůli termodynamice převodu energie z tepla. Jaké jsou naděje? Kdyby se podařilo realizovat termojadernou reakci bez neutronů (He3 ?), což je ještě dost daleko, snad by se dalo uvažovat, kdyby se ji podařilo provádět i v lineární nádobě s magnetickými zátkami, že by bylo možné využít kinetické energie iontů na jednom, poněkud otevřeném konci (a nějak uchladit vnější pl᚝, s výhodou na poměrně vysoké teplotě).
Otevřená otázka je i využití slunečního větru, resp. magnetických polí ve sluneční soustavě, viz pan Adolf. Samozřejmě jsou také reálné různé formy slunečních plachetnic. Oboje ale spíše pro sondy
Myslím, že klíčem je výzkum hmoty, především mikrosvěta. Zde bychom mohli nalézt dosud neznámé formy hmoty, které by umožnily realizaci například dokonalých zrcadel, nevídané tepelné odolnosti, nebo reakce, které bude možné vhodným způsobem využít.
Současná fyzika nám bohužel mnoho nenabízí.

Je třeba dát vývoji nových pohonů čas, může to být otázka století, nebo se jedná o kvalitativní skok.
Stejně fantastické a " nikdy " neuskutečnitelné se zdály našim pradědům jakékoli lety do Vesmíru, zejména pilotované na Měsíc. Raketa byla u nich trubka napěchovaná střelným prachem, čili absolutně nespolehlivá a nebezpečná " věc".K uskutečnění příslušného vývojového skoku bohužel přispěla Druhá světová a Studená válka.
Uplynulo 100-150 let a kosmické rakety dokážou vyrobit i indové a dokonce arabové.
Takže není nutné ztrácet naději že se budou realizovány nové tytpy pohonů i pro mezihvězdné lety.

A co říkáte, pane Davide,
"trubce napěchované prachem" v Aresu?
To teda za krok kupředu rozhodně nepovažuji.
Myslím, že Saturn 5 byla něco onačejšího. Jsem pamětník - v době jejího startu s Armstrongem na palubě jsem si na jeho úspěch mohl regulérně připít - no ale co to zkoušejí dnes - to mě vomeje.

A co tak kombinacia?
1/ postavit 100 ton autobus so zasobami, urychlovat ho iontovymi motormi 1,5 roka po drahe tak, aby preletel okolo Zeme pozadovanou cestovnou rychlostou smerom k Marsu
2/ dobehnut a pripojit sa niecim malym ala sojuz
3/ vystupit na Marse, pobyt na Marse,
4/ nastupit na druhy autobus, ktory sa bude prave vracat od Marsu k Zemi

takze zasoby, palivo a obytne priestory , pristavacie a zachranne moduly by si cestovali vesmirom "lacno" urychlene a "draho" by sa urychlovali len osoby.

Ale potrebujem dva autobusy.

[quote]A co tak kombinacia?
1/ postavit 100 ton autobus so zasobami, urychlovat ho iontovymi motormi 1,5 roka po drahe tak, aby preletel okolo Zeme pozadovanou cestovnou rychlostou smerom k Marsu
2/ dobehnut a pripojit sa niecim malym ala sojuz
3/ vystupit na Marse, pobyt na Marse,
4/ nastupit na druhy autobus, ktory sa bude prave vracat od Marsu k Zemi

takze zasoby, palivo a obytne priestory , pristavacie a zachranne moduly by si cestovali vesmirom "lacno" urychlene a "draho" by sa urychlovali len osoby.

Ale potrebujem dva autobusy.
[/quote]

a co takto zaparkovat ten prvy autobus na kvaziorbitalnej drahe okolo marsu a potom ho len trochu stuchnut smerom k zemi?

M : nevím, zda vás zklamu nebo potěším - myšlenka realizazovat dopravu na Mars pomocí "autobusu" a "taxi" není vůbec nová - je s ní hlavně spojován Buzz Aldrin. Heslo pro pana Googla zní : MARS CYCLER nebo také Aldrin cycler.

http://en.wikipedia.org/wiki/Mars_cycler

http://buzzaldrin.com/cycler

http://adsabs.harvard.edu/abs/2004cosp.meet.1977M

[quote]Pekne sa o tom ruskom vyhlásení píše na

http://danielmarin.blogspot.com/search?updated-max=2009-11-01T01%3A35%3A...

Je tam i nejaká história pozbieraná vrátane pekných obrázkov a nieko¾kých odkazov...Je to ale v španielčine. [/quote]

Cestina:
[url]http://translate.google.cz/translate?prev=hp&hl=cs&js=y&u=http%3A%2F%2Fd...

To je opravdu moc peknej clanek, asi nejlepsi shrnuti jadernejch zdroju, co jsem kde cetl. Mozna konecne nastal cas aby jaderna energie zazila renesanci.

[quote]...Heslo pro pana Googla zní : MARS CYCLER nebo také Aldrin cycler... [/quote] Dik je to super.

[quote]To je opravdu moc peknej clanek, asi nejlepsi shrnuti jadernejch zdroju...[/quote] ... a taky o tom , jak se bohužel nechaly rusové oškubat o technologie za krásný voči. Chápu že v té době pádu CCCP prostě nebylo "ničevo" Xetal

O sile jadrového reaktora sa vyjadril Lopota takto:

В зависимости от миссии буксиру потребуется энергоустановка мощностью от 500 кВт до 6 МВт. Для реализации полетов дальше орбиты Марса — энергоустановка мощностью 24 МВт. При этом реально достижимо создание в ближайшее десятилетие энергоустановок мощностью 150 кВт — 1МВт, уверен Лопота.

http://infox.ru/science/universe/2009/10/28/Roskosmos_obyeshcaye.phtml

Podle mě se význam jaderné energie při letu k Marsu přeceòuje. Kromě bezpočtu problémů, které souvisí s bezpečností jak pozemní při startu, tak i palubní/letovou/provozní, je tu ještě problém radiačního chlazení (jiné v kosmu není možné): hmotnost konstrukce a rozměry potřebného radiačního chladiče se docela blíží rozměrům potřebných solárních panelů o obdobném výkonu. Takže i když je možné, že hlavně Rusko na jadernou energii vsadí (při startu z nového kosmodromu Vostočnyj si to zřejmě budou moci dovolit - v libovolné fázi letu by zřejmě reaktor spadl do mezinárodních vod - a ne pastevcům žijícím v kazašské stepi na hlavu...), tak nevěřím, že se ve stejném časovém horizontu někdo nepokusí předehnat je pomocí nějakého daleko úspornějšího schématu.

Jedna věc, která se při letech na Mars často podceòuje, a počítá se kvůli ním se zbytečně vysokým celkovým delta-V pro příliš vysokou hmotnost, je ta, že dostat *náklad* na povrch Marsu je v podstatě energeticky méně náročné, než měkké přistání téhož nákladu na Měsíci: protože brždění v atmosféře, ne pomocí paliva. Bezpilotní sondy na Mars dnes nestartují pomocí o nic silnějších nosičů, než kdysi sondy na Měsíc: ale nesou na palubě daleko méně paliva.

Jediné, co potřebujeme "ubrzdit" na oběžnou dráhu Marsu, je v podstatě urychlovací stupeò pro odlet zpět k Zemi - a možná nějaké ty zásoby a obytný modul. Vše ostatní může při příletu mířit přímo na povrch Marsu - posádka, vzletový stupeò, a hlavně zásoby.

A co se zásob týče, tak opět: nemusí letět současně s lidmi po nejrychlejší trajektorii. Mohou letět klidně o rok dříve a nabírat rychlost pomocí iontového motoru.

Další věc je cesta zpátky: u Země není potřeba brzdit, ale prostě jen oddělit návratový modul schopný vstupu do atmosféry podobnou rychlostí, jako při letu od Měsíce. S tímto scénářem počítal už projekt Apollo, který byl mimochodem dimenzovaný i na návrat od Marsu.

Když se celá mise k Marsu rozdělí na zhruba tři přelety, z nichž některé budou optimalizované pro pomalejší bezpilotní přelet nákladu, tak to celé zdaleka nevyjde tak megalomanské, jak se nám to jeví dnes.

"A co se zásob týče, tak opět: nemusí letět současně s lidmi po nejrychlejší trajektorii. Mohou letět klidně o rok dříve a nabírat rychlost pomocí iontového motoru."

Predpokladam, ze jste to zrejme vzal v uvahu, ale presto to radeji napisu - tento samosatne letici modul muze proste nedoletet k Marsu a tak posadka musi mit alespon "havarijni" zasoby pro co nejrychlejsi navrat zpet - pro celou dobu letu az na Zem a stejne i veskere alespon opet "nouzove" vybaveni pro cestu zpet az na Zem.
Nepredpokladam, ze dalsi zasoby by se tam dostali vcas nehlede na riziko - i oni nahradni mohou proste nedoletet.

Stejne bude muset byt lod tak zkonstruhovana,aby posadka mohla v pripade zjistenych zavaznych problemu treba se stupnem pro odlet z povrchu Marsu ho jen proste odhodit a vratit se zpet k Zemi bez nutnosti pristani na nem (o mozne nutnosti manevrovani - zmen rychlosti se nerozepisuji - me znalosti nedokazi odvodit, zdali i v tomto pripade - navrat zpet bez pristani budou nutne).

Pages