Ракета с питанием по проводам.

[Эрнесто де Сырно]

Я понимаю, что тема абсолютно нереальная, но хотелось просчитать, насколько она абсолютно нереальная. 

 

Допустим, барон Мюнхаузен решил сделать ракету с тепловым электрореактивным двигателем с питанием по проводам. 

Примерные характеристики ракеты - 

масса груза на НОО - 10 тонн. 

стартовая масса ракеты - 40 тонн. 

удельный импульс - 9 км/с

масса кабеля - 10 тонн. 

длинна кабеля - 500 км. 

плотность кабеля - 20 г/метр. 

сечение кабеля - 3 кв мм. Кабель имеет форму газонаполненной алюминиевой трубки для лучшего охлаждения и предотвращения разряда в атмосферу.

тяга на старте - 400 тонн = 4000 кН

мощность на старте - 50 ГВт 

напряжение - 100 млн В. 

ток 500 а. 

 

Еще раз напомню, что такую ракету сделать, скорее всего, невозможно. Но хотелось бы на всякий случай прикинуть основные технические проблемы и возможность их решения. Так, просто небольшая чисто гипотетическая математическая задачка. 

Edited 22 Jul 2017 by Эрнесто де Сырно

[Эрнесто де Сырно]

Вот блин, кажется, я ошибся на порядок.... 

[Нкоро_]

сечение кабеля - 3 кв мм.  напряжение - 100 млн В.  ток 500 а. 

[Будет бум!] Сечение алюминиевого кабеля на такие параметры экстраполированное вверх на основе таблицы для расчета ЛЭП - больше квадратного метра.

Edited 22 Jul 2017 by Telserg

[dragon.nur]

Корона сожжет КЁМ

[Raznij]

Ну зачем так просто ?

http://antihydrogen.livejournal.com/36333.html

Современный сверхпроводящий кабель длиной 1000 км, способный провести 30 ГВт, будет весить около 2.5 тысяч тонн¹⁾.  Пусть кабель поднимают питающиеся от него же (гипотетические) электротурбинные двигатели, возможности которых совпадают с возможностями турбореактивных двигателей: скорость до 3 мах, практический потолок 25 км. Разогнанный вверх до такой скорости кабель с такой высоты может взлететь по инерции до 70 км (если пренебречь сопротивлением воздуха), чего уже более-менее достаточно для того, чтобы сопротивление воздуха не мешало космическому кораблю разгоняться²⁾. Подъем 2500 тонн на высоту 70 км в сумме потребует полмиллиона киловатт*часов энергии.

[Граф Цеппелин]

Я бы сказал, что схема с лазерным питанием термального двигателя выглядит как-то... приятнее)

[Snafu]

Ракете не электричество нужно, а рабочее тело. Которое она сможет отбрасывать взад, согласно формуле Циолковского. Все эти электротурбины - они для атмосферы, причем для нижних слоев.

А если уж есть материал для кабеля, что не оборвется под своим весом - проще орбитальный лифт построить.

[Эрнесто де Сырно]

Корона сожжет КЁМ

Честно говоря, когда создавал тему, мне казалось, что нужно 50 МВт, а не ГВт (Потерял букву "К" в расчетах) и получился кабель с вполне подъемными характеристиками. Потом посмотрел внимательнее и понял, что накосячил. Каюсь. 

[Эрнесто де Сырно]

Я бы сказал, что схема с лазерным питанием термального двигателя выглядит как-то... приятнее)

Мне тоже так кажется. Тут действительно нет ничего сверхъестественного. Ну кроме гигаватного лазера :-). Честно говоря, эта идея кажется более правдоподобной, чем космический лифт... 

[Сонный]

Рельсотроном забрасывать на орбиту.

[maxab]

Рельсотроном забрасывать на орбиту.

А как там с перегрузками и электро-магнитным излучением?

[Эрнесто де Сырно]

Рельсотроном забрасывать на орбиту.

Нужен рельсотрон длинной 500 км (равномерный разгон с перегрузкой 10G). 

 

Собственно, хотел задать математическую задачку, на которую сам пока не знаю ответа... А на что уйдет меньше энергии, на разгон рельсотроном или электрореактивным двигателем? (если забыть про очевидные физические ограничения). На первый взгляд, у рельсы преимущество... Но насколько оно велико, и нет ли ситуации, когда реактивный двигатель выгоднее?

 

ЗЫ

Нужен рельсотрон длинной 500 км (равномерный разгон с перегрузкой 10G). 

Реально хватит 320 км, но еще немного добавляют подъем на высоту и преодоление силы тяжести.  

Edited 23 Jul 2017 by Эрнесто де Сырно

[Сонный]

А как там с перегрузками и электро-магнитным излучением?

Ну люди врядли смогут летать, а жклезо пожалуй выдержит.

Нужен рельсотрон длинной 500 км (равномерный разгон с перегрузкой 10G)

Это если людей.

 

[sergey289121]

Это если людей.

Нет, людям надо 5G максимум.

Ну люди врядли смогут летать, а жклезо пожалуй выдержит.

Перегрузку да, а ЭМ излучение нет.

[Эрнесто де Сырно]

Нет, людям надо 5G максимум.

Перегрузку 8-10G тренированный человек выдержать может. Особенно в направлении грудь-спина. 

Хотел задать вопрос любителям математики... Все же, может ли электроракета (при одинаковом КПД) превзойти по экономичености рельсотрон? А если не может, та какой у нее оптимальный удельный импульс? 

Edited 23 Jul 2017 by Эрнесто де Сырно

[Граф Цеппелин]

Перегрузку 8-10G тренированный человек выдержать может. Особенно в направлении грудь-спина. 

В принципе может, да. Но недолго. В теории, этого должно хватить для разгона по вакуумному треку рельсотрона... 

[sergey289121]

Перегрузку 8-10G тренированный человек выдержать может.

Может, но очень кратковременно, 1-2 минуты, а это очень мало.

[Сонный]

Все же, может ли электроракета (при одинаковом КПД) превзойти по экономичености рельсотрон?

Мочь то она может, только всё упирается в питание.

[Serafim]

А насколько реально использовать рельсатрон как двигатель?

[Сонный]

А насколько реально использовать рельсатрон как двигатель?

Пока не реально.

[Нкоро_]

А насколько реально использовать рельсатрон как двигатель?

В принципе, почему нет? В современных рельсотронах разгоняемый проводник по крайней мере частично существует в виде плазменной дуги. Другой вопрос что если у тебя есть такой источник энергии, просто греть рабочее тело скорее всего в разы экономичнее.

[Crusader]

В принципе может, да. Но недолго. В теории, этого должно хватить для разгона по вакуумному треку рельсотрона... 

 Из пушки на Луну v.2.0?

[sanitareugen]

Все же, может ли электроракета (при одинаковом КПД) превзойти по экономичености рельсотрон?

Нет. Не может. Не будет у неё "одинакового К.П.Д.". Просто потому, что ракете нужно отталкиваться от газов, закон сохранения импульса. А пушка (электрическая или иная) отталкивается от Земли. Масса которой настолько превосходит выводимую массу , что изменение скорости Земли пренебрежимо мало, а затраченная на это энергия, в силу квадратичного характера зависимости от скорости, может считаться нулевой. То есль (для электрики) потери на нагрев проводов и на неупругую деформацию. У ракеты же основная энергия уходит на придание скорости газам. Поэтому К.П.Д. ракеты, считая по отношению кинетической энергии выведенного на орбиту груза к энергии топлива, составляет 8-9%.

[Эрнесто де Сырно]

Просто потому, что ракете нужно отталкиваться от газов, закон сохранения импульса. А пушка (электрическая или иная) отталкивается от Земли.

Допустим это так. Но тогда остается вопрос, насколько ракета хуже рельсотрона. По моим оценкам разница оказывается не так велика. Дело в том, что после того, как скорость ракеты оказывается выше скорости истечения газов, то мощность реактивного двигателя относительно земли оказыватся больше мощности относительно газов. То есть на такой скорости ракета экономичнее рельсотрона. Был очень удивлен, когда узнал это. Весь вопрос, окупит ли экономия при повышенной скорости избыточный расход при пониженной. И какой оптимальный удельный импульс с точки зрения экономии энергии? (ИРЛ на ракетах, по понятным причинам, энергию не экономят, это чисто гипотетическая задача). 

[sanitareugen]

мощность реактивного двигателя относительно земли оказыватся больше мощности относительно газов. То есть на такой скорости ракета экономичнее рельсотрона.

Как из первого следует второе?