Прецизионный одноступенчатый ядерный заряд мощностью до 1 Ктн. Новая надежда Америки?

A.s.> Этот дизайн содержит 4 основные и спорные идеи. Каждую идею рассмотрим отдельно.

Кратко, некоторые мои мысли по высказанным идеям.

A.s.> 1. Первая идея. Схема Станислава Улама. Деление-деление.
A.s.> Имеет ли смысл использовать одну бомбу деления для сжатия другой бомбы деления?

Первая идея верная, и использовалась при создании двухступенчатых ядерных зарядов, на принципе "деление-деление". Чем больше сжатие делящегося материала ядра, тем лучше, и тем больше коэффициент использования делящегося материала. Радиационная имплозия позволяет добиться гораздо большего сжатия делящегося материала, чем имплозия с помощью химических ВВ.

A.s.> 2. Вторая идея. Обратная бифилярность.
A.s.> Напомню, что прямая бифилярность или просто бифилярность – это использование двух первичных устройств (обычно деления) для сжатия одного вторичного устройства (обычно синтеза). Схема использовалась в некоторых ранних советских и британских конструкциях термоядерных бомб, в первую очередь в «Царь-бомбе». .... Однако, если людям так нравится эта идея, давайте присмотримся к бифилярности повнимательней. Попробуем оценить его потенциал. В частности. А как насчет обратной бифилярности? То есть все наоборот: одна первичная ступень сжимает два вторичных устройства. Имеет ли смысл использовать одну первичку для сжатия двух иди более вторичных устройств? Где это может быть полезно? Первое, что бросается в глаза, — продольная компоновка трех узлов (первичный узел между двумя вторичными узлами) очень хорошо вписывается в форму удлиненного баллистического снаряда.

Эта идея тоже широко разрабатывалась, в СССР в 60-х годах, и называлась она, наверно, не "обратная бифилярность", а "осесимметричные" заряды. Схема рабочая, и наверно, использовалась при создании некоторых ядерных зарядов для военных целей. Есть, где то у меня статья Валенстайна, где рассматриваются и обсуждаются формы физических пакетов и возможные схемы зарядов. Эта схема широко использовалась также в создании ядерных зарядов для мирных атомных взрывов, так как позволяет создавать достаточно тонкие и удлиненные заряды, удобные для этих целей.

A.s.> Но стоит ли ради этого все так усложнять? В случае с классическим Теллером-Уламом нет. Как дизайнер я не вижу особых преимуществ (поэтому мы не видим эту конструкцию в большинстве конструкций оружия). Меньшая термоядерная ступень сложней поджигается. Поэтому проще поджечь одну чем две эквивалентных.

Это почему, «Меньшая термоядерная ступень сложней поджигается»? Ведь меньшую термоядерную ступень легче и быстрее удается сжать, чем большую.

Атомный проект СССР, т. 3, кн. 2, Стр. 331

№ 140
Записка В.И. Ритуса «О некоторых возможностях применения малого термоядерного заряда» 8 марта 1955 г. Сов. секретно (Особая папка)
Для атомного обжатия большого количества легкого вещества, по-видимому, целесообразно использовать в качестве обжимающего изделия систему из обычного изделия и маленького термоядерного заряда, так что вся система в целом будет выглядеть, как на рис. 1. (...) [Стр. 333] После взрыва «1» происходит АО термоядерных зарядов «2» и «3». (...) Такое растущее со временем давление приводит, как известно, к значительно лучшему обжатию изделия «3», чем давление, спадающее со временем. Ниже приводятся некоторые расчеты обжатия и КПД конкретного малого термоядерного заряда. (...)

 

A.s.> Только в очень специфических случаях обратная бифилярность (полифилярность?) может оказаться полезной. На данный момент я обнаружил два таких случая. Усовершенствованная нейтронная бомба. Более 10 кт во вторичке нейтронной бомбы бессмысленна, а оптимальна до 4 кт. А если нужно в сумме больше (скажем, в космосе)? Это значит, что нам нужно сделать несколько "слабых" вторичных (даже не два, а много, скажем 32, образуя своего рода «вирус гриппа»).

Схема аналога бифилярной сборки впервые появилась в СССР в начале 50-х, в так называемой, принципиальной схеме "бритва", а аналогом нарисованной тобой схемы "вируса гриппа", являлась весьма громоздкая схема "канделябр". Но эти схемы были в принципе неправильные, так как в них предлагалось использовать не радиационную имплозию, а сжатие второй стадии разлетающимися продуктами ядерного взрыва.

A.s.> 3. Третья идея. Как эффективно взорвать реакторный плутоний без бустинга? Сильно и быстро сожмите его радиационной имплозией а не обычным ВВ, предварительно расположив в центр пита полый поглотитель нейтронов.
A.s.> Я буду честен. Это самая ненадежная идея из всего комплекса использованных здесь идей. И она является ключевой. В случае гонки за 100-150 кт мощности деления по бифилярной схеме мы хотим получить не менее 50 кт из каждого пита, где по 10 кг реакторного плутония (с очень мощным фоном нейтронов спонтанного деления). Конечно, хотелось бы получить 75, но остановимся пока на 50. Это 50/17 = 2,94 кг полностью сгоревшего плутония. Это почти 30% выгорание исходной массы.
….
A.s.> Чем может оказаться плоха идея радиационной имплозии деления по схеме Улама "деление-деление"? Нейтроны из первичного узла. Они прилетят с опозданием, но их будет много и они смогут вызвать преддетонацию вторичного деления, если сжатие не завершилось. Это проблема. Хотя если у вас есть только реакторный плутоний, то какая вам разница? В любом случае, у вас здесь проблема преддетонации. Неважно, какие это нейтроны. Их много и они так или иначе создадут преддетонацию.
…..
A.s.> Как здесь можно подстраховаться? Это третья идея. Как задержать и отсрочить неизбежную преддетонацию реакторного плутония? Сумасшедшая идея. В центр плутониевой ямы вставьте полый шар-поглотитель нейтронов (кадмий, бор-10, что-то еще, есть материалы получше - не важно). Такой «предохранитель» позволит на относительно долгое время заметно снизить критичность сборки даже тогда, когда она уже достаточно сильно сжата. Просто из-за положения в центре сферы (что больше всего влияет на критичность сборки) и большого занятого ею объема. И только когда ударная волна дойдет до поглотителя и сожмет этот полый шар в плотную точку (что произойдет очень быстро при большой скорости сжатия), ее вредное влияние на критичность резко уменьшится. Тогда сборка за считанные десятки наносекунд резко перейдет в высокую сверхкритичность (даже с учётом влияния остаточного «предохранителя»). Это идея на пальцах. Никакого расчета нет. Возможно, ничего не получится. Но если получится, мы на коне!
A.s.> То есть. Добавьте в центр каждой ямы не нейтронный инициатор как обычно (спонтанных нейтронов, которых в самом плутонии все равно будет всегда предостаточно), а поглотитель нейтронов (ингибитор), который «выключается» при коллапсе пита на пике сжатия. В сочетании с гораздо более быстрой и сильной радиационной имплозией это должно сработать и дать выход не хуже чем при бустинге.

Эта идея, автокаталитическая схема атомной бомбы, известна, и описана в статье:
Гончаров Г.А. Основные события истории создания водородной бомбы в СССР и США. — УФН, 1996, т. 166, № 10, с. 1096.

Участвуя в обсуждении возможных путей создания конструкции атомных бомб повышенной эффективности, Э. Теллер еще в 1942 году выдвинул идею автокаталитической схемы атомной бомбы. Он предложил разместить внутри активного делящегося материала бомбы поглотитель нейтронов из бора-10. Э. Теллер исходил из того, что в результате возникновения разности давлений при ионизации веществ с различным числом электронов в атомах в процессе ядерного взрыва будет происходить сильное сжатие бора- 10. Следствием сжатия будет уменьшение поглощения нейтронов, что будет способствовать увеличению критичности и повышению энерговыделения бомбы. Таким образом, был открыт принцип ионизационной имплозии. В 1944 году Д. Фон-Нейман предложил заменить в автокаталитической системе Э. Теллера бор-10 на DT- смесь, рассчитывая, что в условиях атомного взрыва в результате нагрева и ионизационного сжатия будет происходить термоядерное зажигание DT-смеси, которое приведет к увеличению числа делений в атомной бомбе. Предложение Д. Фон-Неймана было важным шагом на пути создания атомной бомбы с термоядерным усилением.

 

Не известно только, на сколько она эффективна. Остальное потом (может быть).

A.s.>>> Вы так уверены?
PSS>> И да и нет. Но в данный момент куда больше меня интересует межзвездный полет. Который Вам почему то не интересен. Пришлите пожалуйста там данные, тогда я могу и к этой ветке вернуться.
A.s.> тут

Алекс!! Вы умеете быть кратким и лаконичным! Это замечательно. И я так действительно, считаю. Это не стеб.

Но, если не трудно. Дайте еще пару ответов. Главный (без которого нельзя проверить решения) если какой нибудь способ узнать параметры начальная масса/конечная масса/ тяга. Кстати если удельная мощность постоянная это значит, что и тяга меняется в полете? Или это только для начальной (конечной) массы.


P.S Что до бомбе на оружейном плутонии. Есть информация, что Индия как раз в начале 90х подорвала такую бомбу. Получила 100 тонн эквивалента. Именно тонн, без кило. Причем как бы и получить тритий для Индии не должно было стать проблемой. Из-за чего у меня подозрение, как раз такую мощность на подобном топливе и можно получить.

P.S Также меня всегда смущал критическая масса Плутония-238 в 10 кг которая действительно порой упоминается. В других местах видел и 80 кг в которую вериться больше. Так как порой в РИТЭГИ запихивали десятки килограмм данного материала.

PSS> Но, если не трудно. Дайте еще пару ответов. Главный (без которого нельзя проверить решения) если какой нибудь способ узнать параметры начальная масса/конечная масса/ тяга. Кстати если удельная мощность постоянная это значит, что и тяга меняется в полете? Или это только для начальной (конечной) массы.

Только для КОНЕЧНОЙ массы. Удельная мощность Ватт/кг считается к ПУСТОЙ ракете. Без топлива, точней без РАКЕТНОЙ МАССЫ (которая делает общую массу переменной и если к ней считать удельную мощность то получится и переменной удельная мощность). Удельная мощность - это характеристика инженерного совершенства системы. То есть сухой конструкции (ракетная же масса - не конструкция, это обременение конструкции).
При этом точней было бы назвать это ПОЛЕЗНОЙ удельной мощностью ракеты. Показатель того, сколько полезной мощности имеет ракета (как конструкция) на килограмм своей сухой массы?
Полезная мощность для любого ракетного двигателя:

W= Fu/2 =FIg/2

то есть мощность W это произведение тяги F на скорость истечение u (или удельный импульс I умноженный на ускорение свободного падения g). Всё делим на два.
Тяга ракеты:

F= [dmu/t]=[dm/t]u

Это изменение импульса dmu за время (в секунду) или же секундный расход ракетной массы [dm/t] умноженная на скорость истечения u. Отсюда полезная мощность ракетного двигателя W, это кинетическая энергия K секундного расхода ракетной массы за эту же секунду:

W = K/t = [dmu²/2]/t = [dm/t]u²/2=([dmu/t]u)/2 = Fu/2

Всё логично?
Удельная мощность - это w= W/M₀ - полезная мощность делёная на массу пустой ракеты (без ракетной массы). Таким образом удельная мощность w и скорость истечения фактически включают в себя и секундный расход топлива, вернее удельный секундный расход к массе пустой ракеты M₀.

Если вы указали для ракеты скорость истечения u и секундный расход топлива [dm/t] (можно указать тягу F), то вам надо еще знать и массу пустой ракеты M₀ чтобы посчитать параметры для данной траектории полёта.
Но если вы задали скорость истечения u и удельную мощность w, то масса пустой ракеты на старте вам уже не важна в расчёте траектории. Полезная мощность, тяга, секундный расход топлива - всё это связанные параметры (из одного легко узнать другой) чрез скорость истечения. Но это абсолютные значения. К этому нужно знать еще и массу пустой ракеты что бы вычислить из них необходимое вам массовые числа (r, R) и все прочие параметры траектории. Удельная мощность позволяет не знать массу пустой ракеты. Достаточно знать, задать w и u.
Хотя в моём анализе сам параметр u (скорость истечения) является предметом поиска, оптимизации из w и L - дистанции перелёта. Ищется минимум времени перелёта Т при заданном w и L, для чего варируются параметры u и x. Х - доля активного участка (разгон плюс торможение) на всей дистанции перелёта L. То есть доля участка полёта по инерции 1-x. И тогда дистанция, которую ракета летит к цели по инерции

L_i=L(1-x)

Если x=1, то ракета летит без инерциального участка. То есть она всё время разгоняется или тормозит. Но это не оптимальная (как выяснилось позже) траектория. Должен быть инерциальный участок. Тогда до цели вы доберётесь быстрее при прочих равных. Ну а если вы правильно выберете и скорость истечения u (для заданной удельной мощности w) то у вас получится абсолютный оптимум. При этом массовое чисто R такой оптимальной ракеты оказывается близким к 4.

Да, конечно. Это - одноступенчатая ракета. И если использовать принцип ступенчатости то при той же удельной мощности вы сможете добраться до цели на ту же дистацнию L быстрее, расплатившись чудовищной потерей массы по пути.
Так на дистанцию в 15 световых лет, оптимизированный 8-и ступентачый ионный зонд с удельной мощностью в 100 ватт/кг (для ионной ракеты это очень показательная характеристика, фактически показатель правдоподобности) доберётся на ~1000 лет быстрее чем самая оптимальная одноствупенчатая ионная ракета с той же удельной мощность (четыре тысячи лет). При этом оптимальная скорость истечения у многоступенчатой ракеты получается в два раза меньше, время работы каждого реакторов порядка 50 лет (а у одноступенчатой почти 3000 лет). Одна проблемка. У 8-и ступенчатой ракеты к цели доберётся лишь 1/1000 часть стартовой массы. А у одноступенчатой 1/5.

Почему я всё считаю от удельной мощности? Ну помимо того что надо меньше параметров (чем тяга или секундный расход, плюс, обязательно начальная масса), удельная мощность наиболее информативный показатель совершенство конструкции. И по-сути он всецело определяет время полёта.
По-сути время T, за которое вы можете преодолеть дистанцию L для любой транспортной системы связано с w так:

w >= k L²/T³

k - специфический безразмерный коэффициент, связанный с выбранной системой межзвездной тяги. Но

w ~ L²/T³

Это легко понять просто из соображений размерности физических величин:

[Ватт/кг] = [ Дж/с/кг] = [H*м/c/кг]=[кг*м/с²*м/с/кг]=[м²/с³]

Все страдания вокруг оптимизации ракеты - это ЧАСТНЫЙ случай этого принципа (почему всё привязано к удельной мощности ибо это ключевой показатель, чем он выше тем быстрей вы можете оказаться у цели).
Самое великое препятстствие на пути к звёздам - удельная мощность наших транспортных систем (сколько ватт энергии мы можем полезно приложить к разгоняемым и тормозимым килограммам). Остальное - шашечки. Как это лучше организовать.
Вся суть межзвездного привода - в этом.
И тут выясняется что почти все известные нам машины (особенно с бортовым источником энергии) недотягивают до желаемого минимум три порядка, а то и все пять. Отсюда все реалистичные системы полёта оказываются тысячелетия в пути даже к ближайшим звёздам (600 лет к А. Центавра лучшее что можно помыслить).
Это всё настолько банально, что все "великие физики" специально постыдился прописать это в учебниках. А всё остальное баранье стадо уже десять лет или даже более осмотрит на эти мои выкладки как баран на новые ворота и не верит что реальность настолько к нам сурова.
Кстати, в биологии, удельная мощность организма (поток энергии через килограмм массы) является по Чейсону надёжным показателем уровня организации, сложности живой материи. 1 ватт/кг тут по-сути пик.

PSS> P.S Что до бомбе на оружейном плутонии. Есть информация, что Индия как раз в начале 90х подорвала такую бомбу. Получила 100 тонн эквивалента. Именно тонн, без кило. Причем как бы и получить тритий для Индии не должно было стать проблемой. Из-за чего у меня подозрение, как раз такую мощность на подобном топливе и можно получить.

Я не думаю, что 100 тонн были из-за низкого качества материала. Я думаю что индусы специально поставили эксперимент со сверхмалым выделением энергии. Мол, мы управляем процессом и нам этой мощности было достаточно чтобы понять что наши модели верны.
Дело в том, что Индия - единственная в своём роде ядерная страна. Она не ПИДЛОБУЗНЫК США (как Израиль и Пакистан), которым разрешили иметь ЯО потому что Шерхан дал с плеча. И Индия не страна-изгой (против нее нет ядерных санкций) как Северная Корея. Индия в каком-то особом промежутке. И они стараются и нашим и вашим. Не сильно дразнить гусей. Поэтому все их тесты- низенько-низенько... Без лишнего шума.
Я так думаю.
Еще и еще раз. БУСТИНГУ пофиг качество материала. Если вы помните, в схеме деление-синтез-деление термоядерные нейтроны делят даже такую "неделящуюся" дрянь как U-238.

PSS> P.S Также меня всегда смущал критическая масса Плутония-238 в 10 кг которая действительно порой упоминается. В других местах видел и 80 кг в которую вериться больше. Так как порой в РИТЭГИ запихивали десятки килограмм данного материала.

Не уточнял. Но не вижу проблемы. 10 кг - это голый ШАР в альфа-фазе (в дельта-фазе 13 или 15 кг). Если в ритегах используется КАРБИД или оксид плутония то тут критическая масса еще больше возрастёт.
Ну и еще- форма (в ритегах стержни с максимальной поверхностью теплоотдачи) плюс окружение (окружающий материал-ингибитор-поглатитель нейтронов).
В общем, не вижу тут большой проблемы запихнуть в ритэг 25-30 кг плутония 238.
Но да, надо уточнять какая реально критическая масса у 238-го плутония.

PSS> Так как порой в РИТЭГИ запихивали десятки килограмм данного материала.

При всём при том не будем забывать, что в РИТЭГах он не только не сферой, но вообще не одним куском. А в виде сборки из порядка десятков или более тепловыделяющих элементов, в к-х собственно Pu (еще в чистом ли виде!) помещён в оболочку из... фиг помнит чего. Может тупо стальную?
И собственных нейтронов почти не имеет, можно считать - только фон.

PSS>> Так как порой в РИТЭГИ запихивали десятки килограмм данного материала.
Fakir> При всём при том не будем забывать, что в РИТЭГах он не только не сферой, но вообще не одним куском. А в виде сборки из порядка десятков или более тепловыделяющих элементов, в к-х собственно Pu (еще в чистом ли виде!) помещён в оболочку из... фиг помнит чего. Может тупо стальную?
Fakir> И собственных нейтронов почти не имеет, можно считать - только фон.

В тему пару часов назад попалось вот это видео

Всё-таки Бояршин хоть и сказочник-злодей, но в силу того что вращался в правильных кругах знает массу замечательных внутрисистемных баек, которые в учебниках особо не вычитаешь. А байки - часть образования как ни крути.
Первую половину этого видео (про огненный шар) я опускаю. Мне кажется он там невнятен.
Но куда интересней вторая половина видео.

Две вещи, которые меня тут впечатлили. Обе про "красную ртуть"

Первая. Байка звучит так. Что, ЯКОБЫ, красная ртуть - идеальный отражатель нейтронов и поэтому накрыв ЛЮБОЕ количество делящегося материала этой волшебной красной ртутью, вы можете это мизерное количество ДМ взорвать. Так вы можете сделать атомную бомбу в наручных часах.
Что меня впечатлило?
Именно такую идея я допетрил сам, читая "Лос Аломосский букварь". Там в разделе "влияние темпера" рассматривается диффузионная теория отражателя и укатывается что если бы нашёлся очень плотный отражатель, то ... и действительно. Вспомним всякую фантастику. То же "мезонное вещество", которое отражает любое излучение (в том числе и нейтроны) покрывая фотонное зеркало "Хиуса". Если бы такое волшебное вещество нашлось (как-то можно было получить), то критичной можно было бы сделать ЛЮБУЮ массу делящегося вещества и да, "атомная бомба в часах" была бы возможна.
Так вот, оказывается, одна из баек про волшебную красную ртуть эксплуатировала эту ПРАВИЛЬНУЮ идею.
Байки обычно пределно тупы. Но эта байка очень умна. Что как бы заставляет задуматься... Гм... а может ли быть такой дым без огня? Гм...

Второе. Бояршин объясняет вполне себе правдоподобную гипотезу, что же такое красная ртуть на самом деле? Это технический термин, профессиональный жазгонизм советских атомщиков (уверяет он) обозначающий... выделенный в большом объеме Pu-238. Ясно что если порция его большая (сколько, килограмм? надо посчитать, наверняка не более 10 кг) то такая порция разогрееся сама (никогда не остынет) до малинового каления, а так как температура плавления плутония почти как у свинца, то ясно что такая порция металла всегда будет оставаться жидкой, расплавленной. Как ртуть. Только еще будет и красноватым светиться. Красная ртуть.
Стройна байка?
По-моему очень убедительная! Можно считать тема сисек раскрыта!


Возвращаясь к РИТЕГАМ. Я думаю, поэтому в них используется не металлический Pu-238, а какой-нибудь карбид или оксид, который плавится при > 1000 C и поэтому остаётся твёрдым даже когда светится отчётливо-красным.

Кстати, интересно, как Pu-238 (самый дорогой в мире плутоний) выделяют из реакторного плутония?
Наверняка старыми-добрыми калютронами (магнитной сепарацией)?
Вряд ли есть лучший способ.

A.s.> Возвращаясь к РИТЕГАМ. Я думаю, поэтому в них используется не металлический Pu-238, а какой-нибудь карбид или оксид, который плавится при > 1000 C и поэтому остаётся твёрдым даже когда светится отчётливо-красным.

Двуокись плутония, Tплав. ~ 2250 C.



В одном элементе полкило плутония.

A.s.> Кстати, интересно, как Pu-238 (самый дорогой в мире плутоний) выделяют из реакторного плутония?
A.s.> Наверняка старыми-добрыми калютронами (магнитной сепарацией)?

Никак. Золотой будет.
Его иначе получают - в реакторах нейтронами облучают мишени (опр. изотопы нептуния, кюрия, америция).

Только похвалил за лаконичность

PSS>> Но, если не трудно. Дайте еще пару ответов. Главный (без которого нельзя проверить решения) если какой нибудь способ узнать параметры начальная масса/конечная масса/ тяга. Кстати если удельная мощность постоянная это значит, что и тяга меняется в полете? Или это только для начальной (конечной) массы.
A.s.> Только для КОНЕЧНОЙ массы. Удельная мощность Ватт/кг считается к ПУСТОЙ ракете. Без топлива, точней без РАКЕТНОЙ МАССЫ (которая делает общую массу переменной и если к ней считать удельную мощность то получится и переменной удельная мощность). Удельная мощность - это характеристика инженерного совершенства системы. То есть сухой конструкции (ракетная же масса - не конструкция, это обременение конструкции).

Значит сухая масса. Замечательно!

Вы ее как-то ограничиваете? Я брал 1 кг. Чтобы М начальное не сильно задирать.


A.s.> Если вы указали для ракеты скорость истечения u и секундный расход топлива [dm/t] (можно указать тягу F), то вам надо еще знать и массу пустой ракеты M₀ чтобы посчитать параметры для данной траектории полёта.
Да!


A.s.> Но если вы задали скорость истечения u и удельную мощность w, то масса пустой ракеты на старте вам уже не важна в расчёте траектории. Полезная мощность, тяга, секундный расход топлива - всё это связанные параметры (из одного легко узнать другой) чрез скорость истечения. Но это абсолютные значения. К этому нужно знать еще и массу пустой ракеты что бы вычислить из них необходимое вам массовые числа (r, R) и все прочие параметры траектории. Удельная мощность позволяет не знать массу пустой ракеты. Достаточно знать, задать w и u.

Ладно. Здесь понял.

A.s.> Хотя в моём анализе сам параметр u (скорость истечения) является предметом поиска, оптимизации из w и L - дистанции перелёта. Ищется минимум времени перелёта Т при заданном w и L, для чего варируются параметры u и x. Х - доля активного участка (разгон плюс торможение) на всей дистанции перелёта L. То есть доля участка полёта по инерции 1-x. И тогда дистанция, которую ракета летит к цели по инерции

Это понятно. У вас явно что-то не то, с расчетом полностью активного полета. Что совсем странно, для некоторых значений совпадения есть. При относительно небольших значений импульса

Немного разобрался. См ниже.


A.s.> L_i=L(1-x)
A.s.> Если x=1, то ракета летит без инерциального участка. То есть она всё время разгоняется или тормозит. Но это не оптимальная (как выяснилось позже) траектория. Должен быть инерциальный участок. Тогда до цели вы доберётесь быстрее при прочих равных.

И зачем я эти расчеты приводил... Ну те на которые Факир мне заявил, что я банальные вещи доказываю. Так именно это я и доказал

A.s.> Ну а если вы правильно выберете и скорость истечения u (для заданной удельной мощности w) то у вас получится абсолютный оптимум. При этом массовое чисто R такой оптимальной ракеты оказывается близким к 4.

Этот коэффициент я понял. И пока он не нужен. Но погодите. Массовое число это Z? Число Циолковского? Его где-то показывают в программе? Точнее я вижу его сверху? Но где нибудь показывают конкретное R для выбранной ячейки? Или у Вас совершенно для любой ракеты, с любой тягой и импульсом одно конкретное массовое число?

A.s.> Так на дистанцию в 15 световых лет, оптимизированный 8-и ступентачый ионный зонд с удельной мощностью в 100 ватт/кг (для ионной ракеты это очень показательная характеристика, фактически показатель правдоподобности) доберётся на ~1000 лет быстрее чем самая оптимальная одноствупенчатая ионная ракета с той же удельной мощность (четыре тысячи лет). При этом оптимальная скорость истечения у многоступенчатой ракеты получается в два раза меньше, время работы каждого реакторов порядка 50 лет (а у одноступенчатой почти 3000 лет). Одна проблемка. У 8-и ступенчатой ракеты к цели доберётся лишь 1/1000 часть стартовой массы. А у одноступенчатой 1/5.

Хорошо. Попробую оценить по своей программе. Дальность 15 св. лет. Для удельной мощности 100 Вт/кг Ваша программа выдала при импульсе 2 000 000 м/с время полета 4636 лет (время полета без пассивного участка)

Поставляем в свою. У меня он выдал для 15 св.лет и 2000 000 секунд всего 2256 лет. Аж на 2 400 лет меньше. Правда у меня масса 1 кг и тяга 9.81 Н. У вас 100 Вт/ кг. То есть 100 Вт

Если взять формулу W=FU/2 то F=2W/U и тяга выходит 0.0001 Н Как то мало. Но что выдаст моя программа на это T- 3156 лет. Хотя для такого маленького расхода может начинать глючить. Пойдем от обратного.

Тяга у нас 9.81 Н, масса 1 кг, импульс 2 000 000 но дальность 4.36
Время полета 658 лет
Удельная мощность выходит (из-за импульса) 9 810 000 Вт/кг

Время полета 658 лет без пассивного участка. Уф. Хоть что-то.

Минимальное время полета при таких начальных данных - 177 лет с пассивным полетом. У вас стоит 179 лет. Не принципиально. Для 0.1 - 194(194), 0.3- 287(287), 0.5- 389(390), 0.7-496(496).

Все совпадает. Уф. Это радует. То есть математически скорей всего все верно. И проблемы могут быть только с работой математики экселя при очень малых значениях расходы.
Хотя больше проблема была в том, что отталкивались от ракеты со стороны физики, а не ракетной техники.


A.s.> Почему я всё считаю от удельной мощности? Ну помимо того что надо меньше параметров (чем тяга или секундный расход, плюс, обязательно начальная масса), удельная мощность наиболее информативный показатель совершенство конструкции. И по-сути он всецело определяет время полёта.

Если честно не думаю. Это очевидно если посмотреть на ЖРД и РН с РБ


A.s.> По-сути время T, за которое вы можете преодолеть дистанцию L для любой транспортной системы связано с w так:

Да. Но у меня вышло еще проще. Время полностью активного полета зависит только от L и удельного импульса. Если есть пассивный участок оно еще меньше, причем в разы.

A.s.> Самое великое препятстствие на пути к звёздам - удельная мощность наших транспортных систем (сколько ватт энергии мы можем полезно приложить к разгоняемым и тормозимым килограммам). Остальное - шашечки. Как это лучше организовать.

С точки зрения физики так. Но только со стороны общей физики. Так как оно негласно подразумевает, что мы можем менять соотношение тяга/импульс.

В частности ваша программа получает достаточно небольшое время перелета только потому, что достаточно оперативно задирает удельный импульс. А как я уже сказал, верхняя граница времени перелета линейно связанна с удельным импульсом.

В реальных конструкция обычно величина удельного импульса определяется форматом выбранного двигателя. При этом тяга уже легко маштабируется.

При желании не сможете увеличить импульс РД-171 до 500 секунд, пусть даже путем снижения тяги. При этом тяга легко изменяется просто увеличением числа двигателей.

Ну или Орион. Там есть способы быстрого увеличения импульса системы, конечно со снижением тяги?

Плюс во всех этих вариантах энергия содержится не в двигателей входящем в сухую массу, а в топливе.


A.s.> Вся суть межзвездного привода - в этом.
A.s.> И тут выясняется что почти все известные нам машины (особенно с бортовым источником энергии) недотягивают до желаемого минимум три порядка, а то и все пять. Отсюда все реалистичные системы полёта оказываются тысячелетия в пути даже к ближайшим звёздам (600 лет к А. Центавра лучшее что можно помыслить).

Я бы сказал, что главное это все таки попробовать оценить какую импульс мы можем получить.
Это важнее
Подставляю 300 000 м/с и уже выдает 838 лет с пассивным участком. Я уже спрашивал про уи Ориона?

A.s.> Второе. Бояршин объясняет вполне себе правдоподобную гипотезу, что же такое красная ртуть на самом деле? Это технический термин, профессиональный жазгонизм советских атомщиков (уверяет он) обозначающий... выделенный в большом объеме Pu-238.

Вот только у советских физиков/инженеров тех лет плутоний-238 особо не рассматривался. Для космоса у нас бились за Полоний-210 и реакторы. Осмыслили американский опыт только в 70х-80х с реализацией в 90х.

А американские данные см вложение

Ну и та таблица 2.2

PSS> В реальных конструкция обычно величина удельного импульса определяется форматом выбранного двигателя. При этом тяга уже легко маштабируется.
PSS> При желании не сможете увеличить импульс РД-171 до 500 секунд, пусть даже путем снижения тяги. При этом тяга легко изменяется просто увеличением числа двигателей.

Охохо... Забудьте про ЖРД. Вот вообще забудьте, попробуйте выкинуть из головы напрочь, как будто никогда не слышали о них ничего. В любых "межзвёздных" рассуждениях эта парадигма вредна, она не туда ум отклоняет.
Постигайте дао ЭРД!
Впрямую тоже толку немного, но хотя бы шор таких не будет.

Fakir> Никак. Золотой будет.
Да он же по-любому "золотой".

Цена одного килограмма плутония-238 составляет примерно 2,5 млн долларов США.

 

Fakir> Его иначе получают - в реакторах нейтронами облучают мишени (опр. изотопы нептуния, кюрия, америция).

А в чём сложность разделить реакторный плутоний по изотопам на калютронах?
Это же не тонны перегонять а килограммы. Не уж то получится дороже?
Я слышал, что калютронам в общем то пофиг, то что масса отличается всего на единицу. Магнитные сепараторы очень неплохо с этим справляются. И 238 от 239-го разделяют не хуже чем 238 от 235. Другое дело, что большие массы (тонны) вы через калютрон быстро не пропустите. Закон тока в электронных лампах ограничивает ток вещества. Да и вообще морока с глубоким вакуумом...
Но как случилось, что к концу 1945-го в США оружейного урана оказалось куда больше (избыток по плану) чем оружейного плутония (дефицит по планам). С плутонием возник затор. Йодная яма и прочие проблемы в реакторах. Пришлось останавливать. А вот на калютроны (на конечной стадии разделения)в Ок-Ридже, совмещённые с газовой диффузией (на ранней стадии разделения) дали куда больше чем планировалось в самом начале и оружейного урана нацежено через магнитную сепарацию было хоть попой кушай (как говориться) поэтому возник вопрос о композитных питах (частично плутоний, частично уран-235).

То есть. Если исходного материала десятки килограмм, то какая сложность разделить его на калютроне по изотопам?

A.s.> Но как случилось, что к концу 1945-го в США оружейного урана оказалось куда больше (избыток по плану) чем оружейного плутония (децифит по пранам).

А можно в цифрах? Так как когда на "Малыша" пришлось потратить все десятки килограмм наработанного Урана. Остались какие то милиграммы. Вряд ли за полгода удалось наработать на еще одну бомбу.

Нашел такие данные по производительности

Американская программа по сооружению и эксплуатации установок для электромагнитного обогащения стоила ~ 478 млн. долларов (по курсу 1945 года, в ценах 2012 года - 7.6 млрд. долл.). Это 25 % всех затрат на манхэттенский проект.

Общая максимальная производительность всех американских установок ("racetracks") первой ступени электромагнитного обогащения (а это 5 Alpha-I и 4 Alpha-II) составляла ~ 250 г в сутки (обогащение урана до ~ 10 . Обогащение до ~ 80 % осуществлялось на Beta-racetracks (~ 200 г в сутки).

 

То есть даже если взять 80% Уран (кажется мало, но возможно). За полгода можно наработать до 36 кг. Ладно еще на бомбу хватит.

A.s.>> Но как случилось, что к концу 1945-го в США оружейного урана оказалось куда больше (избыток по плану) чем оружейного плутония (децифит по пранам).
PSS> А можно в цифрах?

машинный перевод:

Производство той осенью от Ок-Риджа и Хэнфорда подтвердило пределы, которые оценил Совет Spaatz. Ок-Ридж отделял 1,063 килограмма U235 в день при ежедневных затратах в 158 300 долларов. Урановая пушка Little Boy использовала шестьдесят четыре килограмма, что было произведено за два месяца (шесть маленьких мальчиков в год), и с использованием композитных ядер для взрывной бомбы, Гроувс решил накапливать U235, а не превращать его в расточительный. и устаревшее оружие. Hanford производила от четырех до шести килограммов плутония в месяц, что достаточно для примерно десяти-двенадцати бомб "Толстяк" в год (с чуть более 6 кг плутония на ядро), но для составных ядер потребуется всего 3,2 кг плутония на каждый (плюс 6,5 кг). U235). Таким образом, единственными бомбовыми сборками Лос-Аламос, произведенными для остальной части года и в течение 1946 года, были конструкции Толстяка, теперь называемые Марком Иллсом, которые могли вместить твердое ядро ??Кристи или новый композит. Композит, однако, не может быть сертифицирован для использования в военных целях, пока проект не будет испытан в полном объеме, и в ближайшее время такого испытания не было. Таким образом, по сути, производство в США U235 - гораздо большего количества расщепляющегося материала - было долгосрочным резервом без краткосрочного военного применения.

РИЧАРД РОДОС
ТЕМНОЕ СОЛНЦЕ: ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВОДОРОДНОЙ БОМБЫ

 

То есть по Родсу производство оружейного урана было более 1 кг в сутки. Но даже если 200 грамм в сутки, это всё равно сравнимо с производством плутония по 4-6 кг в месяц это 130-200 грамм в день. При этом плутоний всё равно оказывался дороже (на кг). И это при том, что "путь плутония" изначально был признан как более короткий путь к бомбе.

PSS>То есть даже если взять 80% Уран (кажется мало, но возможно). За полгода можно наработать до 36 кг. Ладно еще на бомбу хватит.
Из цитаты выше ясно что никто не собирался после успеха Тринити тратить уран-235 в расточительных пушечных схемах. Поэтому первейшее усовершенствование - композитное ядро для имплозивной схемы с целью уменьшить количество используемого плутония за счёт использования урана-235.

PSS> Ну и та таблица 2.2

Ага..

Хотя все логично

The only isotopic mix of plutonium which cannot realistically be used for nuclear weapons is nearly pure plutonium-238, which generates so much heat that the weapon would not be stable. (International rules require equal levels of safeguards for all grades of plutonium except plutonium containing more than 80 percent plutonium-238, which need not be safeguarded.)"

 

Единственная изотопная смесь плутония, которую реально невозможно использовать для ядерного оружия, — это почти чистый плутоний-238, который выделяет столько тепла, что оружие не будет стабильным». ( Международные правила требуют равных уровней гарантий для всех сортов плутония, за исключением плутония, содержащего более 80 процентов плутония-238, который не требует гарантий.)»

 

Fakir> Охохо... Забудьте про ЖРД. Вот вообще забудьте, попробуйте выкинуть из головы напрочь, как будто никогда не слышали о них ничего. В любых "межзвёздных" рассуждениях эта парадигма вредна, она не туда ум отклоняет.
Fakir> Постигайте дао ЭРД!
Fakir> Впрямую тоже толку немного, но хотя бы шор таких не будет.

Вот я как раз уверен. что в любых "межзвездных" рассуждениях как раз парадигма ЭРД вредна. То есть концепция двигателя в котором, с одной стороны есть балластное рабочее тело которое необходимо разгонять в двигателе до очень больших скоростей, с другой стороны некое топливо для реактора которое будет вырабатывать энергию для этого ЭРД в течении сотен лет. Причем очень много энергии. А еще больше просто сбрасывать в качестве тепла.

Чтобы хоть как-то подобный корабль заиграл нужно чтобы рабочее тело объединяло в себе и энергоноситель и рабочее тело. Ежу ясно, что ЖРД бесполезен. Это скорей некий ТЯРД. Там вьивверн-джет, который, впрочем, тоже ТЯРД.

PSS> Чтобы хоть как-то подобный корабль заиграл нужно чтобы рабочее тело объединяло в себе и энергоноситель и рабочее тело. Ежу ясно, что ЖРД бесполезен. Это скорей некий ТЯРД. Там вьивверн-джет, который, впрочем, тоже ТЯРД.

Вот за что нужно сказать Wyvern спасибо (где он сейчас?) , это что расчеты параметров двигателя в совершенно привычных значениях.

Значит импульс 3 958 500 м/с
Тяга:7 360 Н
Масса: 60 тонн

Минимальное время полета получилось порядка 200 лет. Пусть будет 240 лет. 15 лет активного полета. Масса топлива 879 тонн. Как круто...

P.S Даже если импульс завышен и реальный, скажем, 1 958 500 м/с то минимальное время полета 316 лет. 70 лет разгона, масса топлива 8 177 тонн.

Fakir>> Охохо... Забудьте про ЖРД. Вот вообще забудьте, попробуйте выкинуть из головы напрочь, как будто никогда не слышали о них ничего. В любых "межзвёздных" рассуждениях эта парадигма вредна, она не туда ум отклоняет.
Fakir>> Постигайте дао ЭРД!
Fakir>> Впрямую тоже толку немного, но хотя бы шор таких не будет.
PSS> Вот я как раз уверен. что в любых "межзвездных" рассуждениях как раз парадигма ЭРД вредна.

Охххх... ну как же с вами тяжело бывает. Неужели недостаточно "идеи доказательства", всё нужно до конца...?
Никто не говорил о применении ЭРД для этой задачи (хотя в Оорта, кстати, можно думать). Речь шла о парадигме - стиле и направлении мышления. При наличии к-й не возник бы даже вопрос "а можно ли вообще в принципе разменивать УИ на тягу", потому что ответ был бы очевиден.

PSS> Чтобы хоть как-то подобный корабль заиграл нужно чтобы рабочее тело объединяло в себе и энергоноситель и рабочее тело.

Ширше мыслите! Например, сразу, просто сходу возникает концепция ЭРД, в качестве рабочего тела использующего отработанное ядерное топливо - почти мечта Цандера
Это, конечно, совершенно бесполезная вещь, но для расширения сознания подойдёт, чтобы уйти с круга.
"Можно вот и как-то так".

PSS> ... другой стороны некое топливо для реактора которое будет вырабатывать энергию для этого ЭРД в течении сотен лет. Причем очень много энергии. А еще больше просто сбрасывать в качестве тепла.

Грабли в том, что современный реактор — это объект, по массе не регулируемый. Сколько заложено топлива, столько в нём и работает до самого конца.
Поэтому его материал невозможно использовать в качестве рабочего тела.

Незамкнутый открытый реактор? А где найти изотопы со сверхбольшим сечением захвата, чтобы оно всё выгорало за доли секунды? Как обеспечить нужное нейтронное поле?
Это бомба по физпараметрам, а не реактор.

Sandro> Незамкнутый открытый реактор? А где найти изотопы со сверхбольшим сечением захвата, чтобы оно всё выгорало за доли секунды? Как обеспечить нужное нейтронное поле?
Sandro> Это бомба по физпараметрам, а не реактор.

Логично. Собственно исходя из подобных данных и возник первый проект ТЯРД - взрыволет "Орион".

Но здесь моя вина. Я упомянул проект, но не дал ссылку. Здесь его уже обсуждали, но очень давно.

Вот та статья

В ней Wyvern по сути оценивает параметры ТЯРД на базе открытой ловушки (здесь во всех смыслах) и магнитного сопла.

Причем проект я знал, но из-за того что только параметры двигателя очень плохо оценивал его возможности. Но теперь, когда у меня есть мат модель перелета к звездам и посмотрел на нее совсем другими глазами

Sandro> Грабли в том, что современный реактор — это объект, по массе не регулируемый. Сколько заложено топлива, столько в нём и работает до самого конца.
Sandro> Поэтому его материал невозможно использовать в качестве рабочего тела.
Sandro> Незамкнутый открытый реактор?

Напр., газофазный замкнутый. Проекты были.

Fakir> Напр., газофазный замкнутый. Проекты были.

Я читал про них. Но, в контексте беседы подразумевался выброс уже ненужной массы в качестве рабочего тела — и тут вот у нас грабли. Нужен либо реактор, работающий в очень широком диапазне параметров, либо проточный (хотелось бы, но ...) либо импульсный, т.е. да, пресловутый Орион, не к ночи будь помянут.
А иначе весь вес установки так и придётся переть на горбу до самого конца.

Sandro> А иначе весь вес установки так и придётся переть на горбу до самого конца.

Газофазный реактор даёт принципиальную возможность использовать продукты деления (осколки) в качестве рабочего тела. Отделять и использовать в том же ЭРД.

Практического смысла ноль, просто направление мысли.