Dupa o scurta introducere in teoria motoarelor racheta, continuam cu fisiunea in spatiu.
Fisiunea in spatiu
Propunerile pentru utilizarea energiei nucleare in spatiu dateaza inca din zorii erei atomice. In timpul celui de-al doilea razboi mondial, fizicienii Stanislaw Ulam, Frederick Reines si Frederic de Hoffman au inceput sa speculeze cordial asupra posibilitatii de a obtine sisteme cu propulsie nucleara. Ulam, cunoscut pentru vasta sa opera stiintifica in domeniul armelor atomice (de altfel, exista o configuratie de dispozitiv nuclear denumita Ulam-Teller) avea sa devine unul dintre marii sustinatori ai proiectului Orion. In 1946, Ulam si Cornelius Joseph „C. J.” Everett aveau sa publice o lucrare referitoare la posibilitatile de propulsie a unei nave spatiale folosind dispozitive explozive nucleare, care va deveni lucrare de referinta pentru sistemele de propulsie de acest tip. Contomitent, in 1945, Theodore von Karman and Hsue-Shen Tsien au redactat primul raport pentru USAF, in care au speculat asupra posiblitatilor oferite de combustibilii nucleari.
In mare, sistemele de propulsie nucleare se incadreaza in trei mari categorii:
- rachete nucleo-termice
- rachete nucleo-electrice
- propulsie nucleara pulsata
Exista, bineinteles, si sisteme care nu pot fi incadrate usor in categoriile de mai sus, insa de dragul celeritatii, le vom mentiona in momentul in care abordam designurile luate in considerare in fiecare dintre aceste tipuri.
Rachete nucleo-termice
Rachetele termice nucleare (pentru care vom folosi acronim englezesc NTR – nuclear thermal rocket) sunt sisteme care functioneaza intr-o maniera foarte asemanatoare cu rachetele clasice: masa de reactie este incalzita intr-un compartiment special al motorului (care la un motor chimic poarta denumirea de camera de ardere) si aceasta incalzire brusca (de ordinul a mii de grade intr-o fractiune de secunda) provoaca o dilatare violenta a fluidului de lucru.
Dilatarea aceasta violenta (o deflagratie practic) este directionata printr-o duza pentru a produce tractiune.
Motoare chimice
Asemenea unei rachete chimice, un motor NTR foloseste o expansiune violenta a unui fluid/masa de reactie, care este directionata printr-o duza pentru a produce o forta propulsiva.
Diferenta este ca in loc ca aceasta incalzire sa aibe loc datorita unei reactii chimice a fluidului de lucru, ea produsa prin trecerea fluidului printr-un miez nuclear specializat. Practic se inlocuieste camera de ardere cu un reactor nuclear.
NTR
Aici trebuie sa evidentiem a doua mare diferenta fata de o racheta chimica: la o racheta chimica, masa de reactie este si combustibilul. La un NTR, combustibilul care genereaza energie este materialul fisionabil din miez, iar masa de reactie o substanta fluid separata, inmagazinata in rezervor. Aspectele energiei chimice ale acestei mase de reactie nu sunt interesant pentru propulsia obtinuta. Nu de aici vine energia.
Fiindca exista o disociere intre sursa de energie si masa de reactie, se ridica o serie de observatii interesante:
- poate fi folosit pe post de masa de reactie orice substanta compatibila cu reactorul. De obicei se prefera hidrogenul pur, pentru ca masa sa moleculara redusa permite o viteza de evacuare foarte mare. Dar orice substanta care nu erodeaza peretii reactorului la temperaturile considerate e ok. Asadar poate fi folosit orice substanta care s-ar afla la fata locului pe o alta planeta (dioxid de carbon, monoxid de carbon, amoniac, azot, metan, etc). Acest aspect a fost explorat in detaliu in studiul NIMF asupra caruia vom reveni mai in detaliu.
- pentru ca masa de reactie trece prin reactor, ea poate suferi activare neutronica (miezul fiind o zona de radiatie neutronica foarte mare) si poate deveni usor radioactiv. Mai mult, daca vibratiile si temperaturile cresc foarte mult, peretii miezului pot suferi stricaciuni. Ca atare multe dintre studiile initiale s-au concentrat asupra combaterii acestor probleme, in final rezultatul fiind obitnerea unor aliaje si proceduri de operare care elimina aceste dzavantaje.
- masa de reactie poate schimba caracterul neutronic al reactorului. Mai pe romaneste, ea poate fi un moderator sau poate actiona ca o otrava neutronica, generand fluctuatii in functionarea motorului. Este un aspect care trebuie luat in calcul.
- aproape orice motor de acest gen produce MULTA radiatie. Ca atare, majoritatea designurilor folosesc un scut plasat intre restul navei si motor, iar in majoritatea reprezentarilor pe care le veti vedea, motorul NTR-ului este plasat in afara carenei, rezervoarele de masa de reactie fiind situate intre acest motor si incarcatura utila. Scutul nu apara zona din jurul motorului, ci numai cea din fata (din motive de greutate; sa nu uitam ca fiecare gram care trebuie adus pe orbita conteaza), ca atare orice forma de andocare trebuie sa aibe loc in zona de “umbra” a scutului. Acesta este si motivul pentru care respectivul scut poarta numele de “scut umbra” (“shadow shield” in engleza).
NTR
Veridicitatea folosirii tehnologiei nucleare pentru aplicatii aerospatiale a fost din aspect tehnic a fost obiectul unui studiu-sondaj realizat de catre North American Aviation. In ea, s-au detaliat multe dintre obstacolele tehnologice si problemele asociate folosirii sistemelor nucleare, precum si nivelul tehnologiei la acea vreme si cat de aproape era de solutionarea acestor probleme. Studiul se referea in speta la propulsie atmosferica,dar includea si consideratii asupra rezervoarelor, turbopompelor, aerodinamica si designul reactoarelor nucleare. Odata cu desecretizarea existentei tehnologiei nucleare, o serie de lucrari referitoare la mijloace de propulsie au fost publicate de catre Val Cleaver si Leslie Shepard in ‘Journal of the British Interplanetary Society‘. Aceste lucrari au culminat cu descrierea unei rachete ce folosea un schimbator de caldura pentru a incalzi si expulza masa de reactie printr-o duza de racheta. In esenta, prima descriere a unui NTR.
Lucrarea de baza care in final a dus la creearea programului astro-nuclear american a fost studiul detaliat al faimosului fizician Robert W. Bussard (mai apoi devenit faimos prin lucrarile sale despre fizica plasmei si fuziunii nucleare; era o era a gigantilor).
Vedeti, comparativ cu aceste studii preliminare, Bussard avea la dispozitie date mult mai precise referitoare la performantele rachetelor chimice pe care a putut sa le extrapoleze unor ipotetice motoare NTR. De asemenea, avea la dispozitie si caracteristicele tehnice ale componentelor folosite in motoarele chimice, dar si o intreaga literatura de specialitate din domeniul nuclear (care la acea vreme era extrem de bine secretizat; din fericire Bussard era angajat al Oak Ridge National Laboratory si deci cunostea detaliile celor mai avansate reactoare ale vremii).
Initial publicat in circuit restrans, lucrarea, denumita Nuclear Energy for Rocket Propulsion descria nu doar sistemul, ci si potentiale configuratii ale vehiculului spatial, pentru diferite sarcini utile si delta-V-uri. Lucrarea a evidentiat faptul ca utilizarea energiei nucleare ar permite evitarea limitelor de viteza de evacuare ale vehiculelor chimice (exemplul citat era 2,500 m/sec, corespunzator rachetelor cu kerosen si oxigen lichid; comparativ, un motor nuclear putea obtine o viteza de evacuare de 6900 m/sec). De asemenea, lucrarea evidentia ca, departe de a fi o posiblitate indepartata, motoarele nucleo-termice erau realizabile folosind tehnologii actuale, cu un regim de testari de materiale realizabil.
O a doua publicare cu audienta mai larga (dar inca secretizata), in 1953, a starnit interesul unor grupuri de cercetare de la Los Alamos Scientific Laboratory si Lawrence Livermore National Laboratory, unitati-sora in domeniul nuclear al laboratorului Oak Ridge. La cererea consiliilor de administratie ale acestor laboratoare, o serie de investigatii au fost pornite in noile locatii, cu participarea directa al lui Bussard.
Participarea sa si ideile pe care le propunea a starnit de asemenea interesul lui Jon von Neumann, care a format un comitet trans-organizational ad-hoc (comitetul Mills) pentru studierea noului tip de propulsie. Daca ne uitam cine facea parte din acest comitet, vom intelege de ce raportul sau final a avut impactul necesar pentru a debloca miliarde de dolari: Jon von Neumann, Norris Bradbury (LASL), Edward Teller si Herbert York (Livermore), Abe Silverstein (directorul laboratorului de zboruri Lewis din cadrul NACA) si Allen F. Donovan (Ramo-Wooldridge).
Comitetul in final a decis ca propulsia nucleara era o optiune utilizabile in cazul unei trepte finale pentru o racheta cu focos nuclear intercontinentala. In acest scop, O noua divizie a fost creeata la Livermore si inca una la Los Alamos. Aceste doua divizii au continuat sa rafineze sistemul propus, iar in 1956, Proiectul pentru Arme Speciale al fortelor Armate (AFSWP) a recomandat alocarea oficiala a 100 milioane de dolari proiectului (echivalentul modern al 940 milioane dolari). Aceasta suma era menita a fi folosita la realizarea unor studii de fezabilitate si a instalatiilor de testare.
Ideea initiala de a folosi noua propulsie intr-o racheta balistica a fost, insa, rapid abadonata in urma dezvoltarii rachetei Atlas. Aceasta folosea combustie chimica, si a aratat ca nu este necesara utilizarea unui miez nuclear. Impreuna cu aparitia noilor focoase,nevoia pentru construirea unor motare nucleare devenea nefondata. Proiectul a intampinat primul sau mare obstacol.
Din fericire, senatorul de New Mexico, Clinton. Anderson, un apropiat al lui Ulam, Bradbury, si von Neumann, a sprijinitn proiectul si a asigurat o continuare a finantarii.
Cercetarile au fost astfel restructurate si sarcinile reimpartite intre diviziile celor doua laboratoare. Livermore a primit proiectul de cercetare a propulsiei atmosferice nucleare (in esenta, un motor ce folosea aer supraincalzit similar unui motor cu reactie aviatic), proiect denumit oficial Proiectul Pluto.
In schimb proiectul pentru propulsia spatiala nucleo-termica a revenit echipei de la Los Alamos, sub directoratul Lt. Col. Harold R. Schmidt. Acesta primi denumirea de Proiectul Rover.
Va urma.
Marian Dumitriu (Checkmate)
Surse:
1. Jungmin Kang, Frank N. von Hippel – U-232 and the Proliferation Resistance of U-233 in Spent Fuel, Science & Global Security, Volume 9 pp 1-32, 2001
2. http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq6.html#nfaq6.2
3. https://science.sciencemag.org/content/160/3831/953
4. https://www.osti.gov/servlets/purl/1132518
5. TRW Space Technology Laboratories – Mission oriented advanced nuclear system parameters study, 1965
6. https://www.osti.gov/servlets/purl/4098602
7. Bussard report, 1953
8. W.H. Robbins, H.B. Finger – An Historical Perspective of the NERVA Nuclear Rocket Engine Technology Program, 1991
9. James A Dewar – To the end of the solar system : the story of the nuclear rocket, 2015
10. Solid Core NTR ( https://beyondnerva.com/nuclear-thermal-propulsion/solid-core-ntr/ )
11. NTR Hot Fire Testing Part I: Rover and NERVA Testing ( https://beyondnerva.com/2018/06/18/ntr-hot-fire-testing-part-i-rover-and-nerva-testing/ )
12. http://www.projectrho.com/public_html/rocket/enginelist2.php#id–Nuclear_Thermal
13. David S. Portee – Think Big: A 1970 Flight Schedule for NASA’s 1969 Integrated Program Plan ( https://spaceflighthistory.blogspot.com/2016/01/thinking-big-traffic-model-for-nasa.html )
14. David S. Portee blog ( http://spaceflighthistory.blogspot.com/2016/02 )
15. Scott Lowther Nerva articles ( http://www.aerospaceprojectsreview.com/blog/?s=nerva&searchsubmit= )
16. Nuclear weapon design ( https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_weapon_design )
Propulsia atmosferica nucleara, este sistemul de propulsie cu care ne-a amenintat Putin in urma cu un an cand a anuntat ca Rusia va dezvolta o racheta de croaziera capabila sa zboare mai multe luni.
Idee, dupa cum vedem, este veche.
Referitor strict la propulsia in spatiul cosmic, chiar daca reusim sa crestem viteza actualelor rachete tot nu cred ca este suficient, daca tinem cont de distantele din sistemul solar.
Avem nevoie de altceva, de o alta fizica.
Punerea în practică a teoriei Einstein- Rosen.
a fost demonstrat matematic ca e imposibil sa treci printr-un wormhole (einstein-rosen bridge)
ai nevoie de viteza mai mare decat viteza luminii sa o poti trece.
uite lucrarea care o demonstreaza
https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.128.919
a fost o teorie a lui kip thorne ca ai putea daca o stabilizezi cu vreun element exotic dar asa ceva nu a fost vreodata descoperit, elementul adica.
teoretic unii afirma cum ca „We point out that there can be humanly traversable wormhole solutions in some previously considered theories for physics beyond the Standard Model, namely the Randall-Sundrum model”
– https://arxiv.org/abs/2008.06618?fbclid=IwAR2b0pjywwK3HMVApjmCST4bpIwkiTbMY_LyrZvicmCUhAZ9owhGsSyE-Uk
sau drone si alta biologie :https://www.youtube.com/watch?v=_MzbLQBeR9Y
Da, Burevestnik nu e deloc o idee noua. Daca oamenii ar fi cv mai destepti si ar sti istorie aeronautica (asa cum e normal, ce naiba… :)))) ) ar stii ca ideea a mai fost propusa:
https://en.wikipedia.org/wiki/Supersonic_Low_Altitude_Missile
Daaaar, Pluto a avut mari probleme de functionare. E mai nasol sa folosesti aer (care poate fi de multe feluri, multe temperaturi, plin de vapori sau praf, etc) decat un rezervor cu o substanta previzibila.
Nu ma surprinde ca motorul muscal a facut bum. Eu unul nu prea-i vad utilitatea ca arma, Pluto a disparut cand rachetele de croaziera s-au maturizat. Dar nah… piticu’ e pitic 🙂 .
„Referitor strict la propulsia in spatiul cosmic, chiar daca reusim sa crestem viteza actualelor rachete tot nu cred ca este suficient, daca tinem cont de distantele din sistemul solar.”
Eh, daca vb de sistemul solar, nu-i grav. E o problema de infrastructura. Spre exemplu, un cablu orbital (tether, nu lift; liftul e o prostie 🙂 ) de tip catapulta electrodinamic poate imprima viteze de ordinul a…10 km/sec unei incarcaturi. Drumetie de trei luni pana pe Marte, comparabila cu navele de acum 5 secole.
Cu cat o sa construim mai mult pe orbita, cu atat mai usor ne va fi. Marea provocare e ajunsul pe orbita momentan.
Heinlein zicea ca daca esti pe LEO, esti la jumatatea drumului catre oriunde in Sistemul Solar. Si daca privim harta cu delta-v-uri, cam avea dreptate :
https://i.redd.it/9l22vgf5v9p41.png
Daca vb de calatorii interstelare, ei bine… de acord. E cam prematur pentru unde suntem acu’. Imi amintesc o analogie faina a lui Zubrin:
-acum 5 secole, d-abia puteam duce oameni in America cat de cat ok;
-azi, de-abia putem duce oameni pe Marte, cat de cat ok;
-raportul distantei transatlantic/Marte e acelasi cu raportul distantei Marte/Proxima Centauri.
Deeeeci, noi dandu-ne cu parerea cum sa ajungem pe Proxima Centauri e cam la fel ca oamenii din sec XV dandu-si parerea despre cum sa ajunga pe Marte 🙂 .
O analogie imperfecta, dar amuzanta.
deocamdata propulsia nucleara ar rezolva OK problema distantelor pana la Marte poate pana la satelitii lui Jupiter. Mai departe mai vedem. Propulsia cu rachete chimice ne limiteaza practic la orbita joasa, cel mult Luna.
Foarte binevenit articolul. Oricat il simpatizez pe Musk, cred ca, intr-o forma sau alta, motoarele racheta nucleare sunt cheia pt. explorarea indelungata a spatiului si calatoria spre planetele din sistemul nostru solar. Rachetele chimice sunt o fundatura tehnologica, sunt ca pirogile pt. traversarea oceanului: se poate, dar in 7 cazuri din 10 dai chix.
Sa stii ca Musk nu e strain tehnologiei nucleare. Unii dintre actualii specialisti in NTR-uri (James Bucknell spre ex) au fost consultati cand SpaceX era mai mica.
A renuntat pt ca, dupa cum urmeaza sa vezi, dezvoltarea unui astfel de motor pe Terra e… ei bine… discutabila politic/economic/social 🙂 . FOARTE discutabila.
Daaar, ocazional (ultima oara acum vreo 4 sapta) mai apare cate un tidbit despre nush ce studiu mic facut pt SpaceX….
Musk nu e prost. Stie de ce are nevoie. Dar nu vrea sa-si faca publcitate negativa (ai idee cati idioti sunt anti-energie nucleara?) sau adversari poltici. Sa iasa ONG-urile de genul Greenpeace in fata uzinelor lui ar fi nasol pt actiuni. Asa ca totul e low-key. Ajuns pe Marte, nu-i poate dicta nimeni ce sa testeze si cum 🙂 .
Mulțumesc pentru articol.
o emisiune care o recomand. cei din spatele ei sunt fizicieni
https://www.youtube.com/watch?v=EzZGPCyrpSU
Usor offtopic, dar cumva strans legat de motoare si implicatiile aparitiei unui motor de cursa lunga. Incepusem un articol avand ca punct de plecare noile motoare nucleare, dar cumva, pe drum, am realizat ca nu am pregatirea necesara… 🙂
Profit insa de contextul acestei serii excelente 🙂 , pentru a asterne cateva “cerinte” pentru un astfel de motor nuclear.
Direct din ciorna articolului ca e mai simplu:
“Problema călătoriilor spațiale pe distanțe lungi are, la modul simplist, două probleme tehnice majore: (i) lipsa unui motor capabil sa asigure un impuls mare pe o durată mai lungă de timp – si aici intra in scena seria ta de articole; si (ii) lipsa gravitației și radiațiile solare care au efecte asupra corpului uman, efecte pe care momentan mai mult le intuim decât să le cunoaștem – si care are mai putin legatura cu prezenta serie de articole, dar ar merita tratata.
Un motor rachetă chimic, soluția folosită în prezent pe scară largă, produce un impuls semnificativ, capabil să învingă gravitația Pământului. Problema principală a acestui tip de motor este că poate produce acest impuls pentru o durată de circa 300 până la 400 de secunde. Totodată, pentru producerea acestui impuls, un motor chimic necesită mari cantități de combustibil. Ori, în ciuda eforturilor inovatoare ale SpaceX, încă este foarte scump să ridici mărfuri pe orbită și, pe lângă limitările financiare, există și limitări pur fizice: mărimea și greutatea rachetei.
Despre efectul lipsei gravitației asupra corpului uman știm chiar mai puține în ciuda eforturilor principalelor agenții spațiale. În ultimii ani astronauții au locuit din ce în ce mai mult în spațiu, rușii și americanii doborând recorduri după recorduri iar pentru asta trebuie să-i mulțumim singurului nostru avanpost spațial: Stația Spațială Internațională.
În ultima vreme se vorbește din ce în ce mai mult despre călătorii spațiale cu echipaj la bord, ținta principală fiind planeta Marte. Sunt avansate termene peste termene, entuziasmul produs de Elon Musk este la cote maxime cuprinzând chiar și NASA. Vremea Războiului Rece a trecut astfel încât nu vom avea o nouă cursă spațială către Marte, Rusia anunțand destul de sec că trimiterea unui echipaj pe planeta roșie nu face parte din planurile ei. Păcat, erau singurii în stare să facă concurență SUA.
În ciuda entuziasmului, problemele rămân. Un zbor spre Marte ar putea dura undeva în jurul a 7 luni, doar dus. O misiune ar putea dura până la doi ani. Aproape 1,5 ani în imponderabilitate, la cheremul radiațiilor din spațiu, nu pare a fi genul meu de călătorie. Imaginați-vă numai cum e să mergi la buda cosmică în toată perioada asta… Parcă-ți mai piere din romantism și idealism…
Soluția acestor probleme presupune un motor cu impuls specific semnificativ, menținut constant pe o durată mare de timp, ceea ce ar putea conduce la apariția unei gravitații artificiale la bordul navei. La asta se adaugă și găsirea unor soluții tehnice pentru protejarea echipajului de radiațiile cosmice. Un soi de scut.”
Sper ca pana la sfarsitul seriei sa se prefigureze urmatorul sistem de propulsie capabil sa cucereasca sistemul nostru solar! 🙂
Cand spui „impuls” banuiesc ca te referi la tractiune…
Strict vorbind, tractiunea nu e teribil de importanta atat timp cat raportul dintre ea si masa navei nu e ridicol de mic. Chiar daca un VASIMR de 250 kw pare slabut in tractiune, realitatea e alta….
Daaaar, daca doresti un sistem care sa aibe si impuls specific si tractiune (un „Torchdrive”) … sunt cateva teoretice 🙂 . Le voi mentiona.
Problema e cine te lasa sa le construiesti….
Sa stii, insa, ca poti genera gravitatie pe drum. Spre ex majoritatea misiunilor martiene specificau arhitecturi cu brate rotative. Mars Direct si Semi-Direct propunea atasarea unui cablu intre ultima treapta si habitatul orbital si urmata de imprimarea unei miscari de rotatie ansamblului.
Pe o plaja de valori, solutii de genul acesta sunt perfect realizabile (la urma urmei e mai usor sa faci structuri usoare rezistente la tractiune decat la comprimare sau forfecare).
De asemenea, as mentiona ca au fost propuse unele sisteme mult mai rapide decat ce descrii mai sus. 7 luni e un Hohman marginal cu propulsie chimica.
Spune… cum suna… 2 luni? 🙂
2 luni suna mult mai decent.
De ce sa nu te lase sa le construiesti? 🙂
Ma refer la asigurarea unei propulsii constante, nu doar 400 s, totodata suficient de puternice cat sa asigure si gravitatie artificiala constanta.
Nu stiu de ce solutia cu brate rotative nu mi se pare foarte eficienta. Cat de lungi trebuie sa fie si cat de repede trebuie sa se roteasca pentru a crea o gravitatie cat mai apropiata de cea de pe Pamant? Pe cand atat acceleratia cat si decelaratia ar putea crea constant gravitatie, mai putin pe orbita. Asta fara a necesita mecanisme suplimentare, care costa dpdv greutate, care se pot strica samd. Zic si eu ca nu ma pricep prea bine.
2 luni incepe sa fie suportabil, mai ales daca reusesc sa protejeze echipajul de radiatii, poate si pe modelul despre care scrie TGeorge mai jos.
Excelenta serie, astept cu nerabdare continuarea! 🙂
Din pacate, acceleratia constanta (sa zicem de aprox. 1g) costa f. mult combustibil / masa de reactie, chiar si pentru un motor nuclear-termic. Plus ca intram repejor in regimuri relativiste.
Rog corectati socotelile daca e cazul:
1g = 9.81 m/s^2;
Viteza finala dupa o zi de acceleratie constanta la 1g, plecand de la viteza „0” intr-un sistem de referinta oarecare:
1g * 1 zi = 9.81 * (1zi * 24h * 3600s) = 847584 m/s, adica 847.584 km/s, adica 3051302.4 km/h, aproape 3% din viteza luminii; incep sa se faca simtite cresterea relativista a masei navei, etc…
De-asta pentru gravitatie artificiala nu suntem capabili momentan decat de chestii centrifuge.
Ceva mai exotic-naiv, daca o luam pe taramuri SF: in „podeaua” navei accelerezi la viteze apropiate de c cantitati copioase de protoni care datorita dilatarii masei nasc un camp gravitational. Dar concepte d-astea-s pentru cunoscatori in ale relativitatii, sa nu apara si alte efecte de genu frame-dragging, etc.
Pardon, „aproape 0.3%”, nu „aproape 3%”
Thrust gravity se cheama ce descrii mai sus. Este… uhm… cam departe de ce putem face in clipa asta. Practic vb de motoare cu viteze de evacuare relativiste.
Hmmm… am sa dedic o pagina gravitatie prin rotatie la un mom dat (da, Checkmate, ca si cand nu ai avea deja obiceiul sa scrii prea mult… :))) ). Plaja de viteze de rotatie e limitata de efectul Coriolis asupra senzorilor proprioceptivi din urechea interna. Depinde ce te astepti sa faca oamenii si cat de obisnuiti sunt cu ea.
Treb sa te intrebi daca vrei 1G. Daca vrei sa impiedici pierderi musculare si osoase, poate e suficient 0.38 G ca pe Marte. Sau chiar daca e, poate schimbarile imunitare si optice au alt prag.. Sunt printre cei care deplang lipsa cercetarilor pe ISS in acest sens, imi par cruciale.
Nu cred ca e nevoie de 1G. Chiar nu ma supar daca dedici o pagina gravitatiei prin rotatie… 🙂
Pentru protejarea de radiatiile cosmice cumva tot o sursa de o oarecare mare putere ar ajuta, in cazul particulelor incarcate electric.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576514003798
Pt o mini-magnetosfera ei estimeaza acolo un necesar de 15 kw, care mai aproape de Soare sa zicem ca merge cu panouri solare, mai departe de Marte un reactor parca e mai convenabil.
Sunt studii si pentru o magnetosfera artificiala pentru toata planeta Marte cu un electromagnet in punctul L1 a lu Marte.
Ai grija ca cercetarile cu privire la minimag-ul lui Robert Winglee nu au iesit ok in testari. Pierdeau prea multa masa.
De asemenea, opresti radiatia solara (protoni) dar radiatia cosmica adevarata (adica extrasolara; ele sunt chestii diferite) e formata din fotoni. Nu simt magnetism.
De asemenea ai grija cu redirectionarea particulelor incarcate. Cand le obligi sa urmeze traiecte pe linii magnetice circulare, emana radiatie de franare (brehmstrahlung). Adica iti transformi nava intr-o pompa de raze X.
Nu-i asa simplu sa inlocuiesti cateva kile bune de otel prost 😛
Razele cosmice sunt formate inclusiv din particule incarcate electric, de la protoni pana la nuclee / ioni de fier.
Da, se emite radiatie de franare dar daca respectivele particule intra in materialu navei atunci emit si particule secundare la impact cu peretii navei. Iar daca particula de radiatie cosmica, incarcata electric (pozitiv – proton, particula Alpha, nucleu de nushce…), nu depaseste bariera Coulomb a nucleelor din invelisu navei atunci tot bremsstrahlung iese ca e deviata de campu electric al nucleului din invelisu navei. Tb pe urma tot felu de gimnastici cu ce materiale sa-ti alegi si cum sa jonglezi cu ele, ca sa tii la exterior provizii, apa, deseuri, etc…
Foarte bun articol
Am reusit sa citesc articolul, cu mare intarziere ce-i drept.
Vad ca s-au discutat avantaje ale acestei propuslii. Hai sa fiu eu avocatul diavolului (rol in care vad ca sunt predispus sa ma erijez in ultima vreme) si sa spun si cateva dezavantaje:
– Cost mare. Chiar si costul tehnologiei chimice este foarte mare si greu de suportat acum ducand la regrese ale explorarii spatiale de mai multe ori. Poate ca vor fi realizate astfel de rachete dar din cauza costului nu sunt sustenabile in timp si nu vor aduce un progres general si consecvent al explorarii, Eu le vad mai degraba ca potrivite unor misiuni de nisa care necesita caracteristici in afara rachelor „clasice”.
– Cost mare. Am mai zis? In acest moment, progresul explorarii pare a-si pune sperantele in reducerea costului prin implicarea companiilor private. Aceste companii sunt interesate de rachete chimice accesibile si eficiente si din cauza asta exclud tehnologia nucleara, unde pur si simplu nu pot dezvolta sau achizitiona un volum de resursa umana si cunostinte suficient pentru productia de masa. Si daca ar face asta, nu ar gasi clienti suficienti pentru un numar mare de rachete, aferent unei productii de masa. Prototipurile sau rachetele realizate in 2-3 unitati sunt apanajul agentiilor de stat sau militarilor. Deci nema privati, cost si mai mare decat la punctul 1. Nema productie de masa, cost increase once again. Vedeti spirala mortala?
– Nu e nevoie. Suna urat? Impertinent din partea mea? Pai pana acum cele mai temerare planuri pentru explorari umane sunt cislunare sau spre Marte. Pentru asta e ok chimicul. Din nou, ma refer la explorarea spatiului, nu la misiuni militare. Pentru explorari ale sistemului solar exterior sunt nave robotice mai mici , avem solutii. Pentru explorari indepartate din tot ce am citit viitorul este rezervat micronavelor, caci nimeni nu se planuieste sa trimita oameni in necunoscut. Atentie ca e o diferenta intre a planui si a te gandi la ceva.
– Nu e nevoie. Tehnologia chimica are o problema ca ajunsul cu LEO asa cum spuneau si restul. Pentru asta nu trebuie o alta varianta sa ajungi acolo, ci pur si simplu sa nu mai fie nevoie de asta. Uitati-va va rog la o racheta si vedeti cat din ea e folosit sa ajungi la LEO. Si din ce ajunge acolo, de fapt majoritatea masei este combustibil (si oxidant) pentru restul calatoriei. O solutie ar fi sa procuri combustibil si oxidant din afara LEO (ergo motoare cu metan si hidrogen pe la majoritatea rachetelor imaginate pentru explorare).
– intretinere – in explorarea spatiala istoricul ne arata ca problemele neasteptate apar tot timpul. O problema are sanse mai mari sa fie rezolvata pentru o tehnologie mai bine stapanita, si usor de invatat , cunostintele fiind disponibile in cadrul echipajului (pentru nucleara o parte din pretios de redusul echipaj ar trebui sa fie specialisti dedicati). Ca sa nu mai zic ce sanse sunt sa rezolvi o problema fara echipament dedicat si piese de schimb (nu cred ca vom printa 3d reactoare prea curand). Rachetele nucleare ar trebui sa care o buna parte din infrastructura necesara intretinerii doar pentru propria intretinere. Spirala din nou? Daca nu credeti ca e asa mare bai, va rog sa va uitati ce % din timpul celor de pe SSI este dedicat exclusiv mentenantei. |Veti fi tare suprinsi. Altfel, daca e vorba de o misiune oarecare, fara reutilizare, nuclear rulz.
– nuclearele vor fi reutilizabile? adica aterizeaza in Florida? Nu prea stiu ce sa zic.
– costul riscului. Avem F9, e bun, merge, dovedit, utilizat pe scara larga. Ati vazut de ce sume a fost nevoie in plus pentru a valida zborul uman? Cine va fi dispus sa piarda atatea rachete si atatia bani inainte de a avea primul om imbarcat?
– perceptia publicului. Stiu ca e un subiect enervant, dar in explorare am vazut atatea progrese urmate apoi de un regres al interesului public si al finantarii. Daca lumea inchide acum reactoare pentru un incident la mii de kilometri distanta cum va reactiona la primul incident in atmosfera? Daca lumea a schimbat planul de lansari jumatate de secol pentru o vaca moarta, ce credeti ca se va intampla daca un reactor pica in mare langa Irlanda?
Exista o capcana a utilizarii termenului de „eficient”. Probabil energia nucleara este mai eficienta (si sigur mai eficace, caci permite tinte inaccesibile chimicului) pentru anumite misiuni punctuale. Dar la modul general energia chimica este mai eficienta pentru progresul explorarii caci permite democratizarea domeniului, si in opinia mea permite transportul mai eficient si de masa in afara Terrei. Eficienta nu este cat poti spera sa cari cu o racheta ci cat poti spera sa cari intr-un an. Stiti pe cineva care se gandeste sa faca vreo mie de nave nucleare in timpul vietii noastre? Eu nu.
Marian, te rog sa nu fii dezamagit ca nu imbratisez perspectivele de utilizare larga, caci asta nu inseamna ca nu sunt interesat sau fascinat de aceasta tehnologie. Pana la urma SShuttle aproape a monopolizat interesul meu si a contribuit mult la fascinatia fata de domeniu, dar asta nu inseamna ca exotismul ei si tehnologia extraordinara ma impiedica sa vad deficientele si limitarile de fond pe care le-a avut.
Abia astept continuarea.
Wow…. esti primul om de aici care ma striga cu numele meu adevarat. Recunosc ca sunt… flata, emotionat, si multe altele…
In primul rand:
1) Ce ai patit la poza? Ca am citit primul paragraf fara sa-mi dau seama cine esti? 😀
2) Eu doar… prezint o tehnologie. Cu pros and cons. Eu vad un mare potential pentru tehnologie nucleara cu fisiune pe Pamant pentru rezolvarea problemelor noastre (grave!) legate de clima. Si mi-i se pare ca e bine sa stim ce mai poate sa faca in afara de topit orase si incalzit cani de ceai.
Ce face si cine face si cat efort… ei bine depinde ce vrea poporul si ce politicieni alege. In opinia mea umila, e o prostie sa trimitem numa’ robotei. Toata ideea e sa nu mai traim pe o singura planeta. Asta este the end-goal. Altfel, daca nu asta vrei, de ce sa te mai chinui? Poti face ca si China dinastiei Ming si sa te inchizi exteriorului.
La urma urmei, intr-o democratie cetateanul era dreptul sa fie cat de prost, ignorant sau ticalos doreste sa fie. Si sa voteze in consecinta 🙂
Eu doar prezint posibilitati si ce s-a facut pana acum (ca sa intelegem tehnologia; altfel, nu m-ar interesa istorie, si-as trece direct la concepte avansate).
Asa cateva idei:
1) lumea pe care o stiu ca lucreaza cu sateliti (si stiu cativa) tot timpul se plang de energie. Sondele trimise catre alte lumi au ajuns la punctul in care nici macar nu e o problema de masa (instrumentele stiintifice au ajuns remarcabil de mici) ci una de energie. D-aia NASA a fost fortata sa foloseasca RTG-uri pt navele trimise in misiuni dincolo de centura de asteroizi (Cassini, New Horizons, Pioneer-ii, Voyager-ii, etc) si pentru roverele mari. Si tot e cam putin: lumea deplange, spre ex, transmisia limitata de informatii (ai nevoie de energie serioasa ca sa transmiti de la asemenea distante) sau incapacitatea de a instala un radar puternic la bord (ca sa penetrezi, spre ex, gheata de pe satelitii palnetelor gazoase). Ar prinde bine un reactor propriu-zis…si ele au existat.
Vreau ca lumea sa inteleaga ca motivul pentru care nu se fac aceste misiuni nu este tehnologia. Ci vointa politica. Daca NASA ar avea 5-10 % din bugetul DOD-ului… ai putea fac JWST, si interferometrul spatial, si JIMO si spaceflight ca lumea. Si nu stiu cum gandesti, dar pt mine, vointa politicienilor (niste oameni cu ego mare si viziune mica in 90% din cazuri) este egal cu zero. Il ignor 🙂 .
2) Ce propune Musk este sa dea o forma viitorului aratand posibilitati. De ce nu foloseste motoare nucleare? Pt ca Greenpeace, pt ca arme, pt ca intr-o luna de bad press poate sa ajunga la sapa de lemn (SpaceX e inca departe de companiile traditionale).
Daca F9 e asa bun, de ce mai face Starship? 🙂 .
Dar eu nu am cv cu tehnologia rachetelor chimice. Dimpotriva. Eu le vad viitorul (bine, pe termen rezonabil) pt lansari pana in spatiu. Problema e ca ele limiteaza ce poti cara pana acolo. Daca ma costa sute de dolari per kilogram (si mai jos de 300-400 nu cred ca scade… momentan e pe la 2500 mi-i se pare), ce as prefera sa duc? Un kilogram de hidrogen (te rog, TGeorge, stiu ce limitari are, doar il folosesc ca si exemplu :))) ) cu o entalpie chimica de nush cati megajouli…. sau 1 kg de uraniu, din care pot scoate gigawati vreme de ore, sau megawati vreme de ani? Si care e foarte flexibil ca utilizare (racheta/reactor), independent de conditii externe flexibil si ca putere (spre deosebire de un panou solar, spre ex). E o chestie de densitate de energie. Pt ca, stii si tu, spatiul e al naibii de energofag. Efectiv, nu avem sistem de propulsie care sa nu fie asa (cu exceptia celor chimice, dar care, stii si tu, au limite). VASIMR are nevoie de 200-250 kw, DS4G la fel, HiPEP la fel, o colonie la fel, etc….
Cam avem nevoie de asta pe Marte. Si dincolo. Daca fuziunea ar fi posibila, poate as fi inclinat catre ea, dar nu este (si reputatia nu e favorabila).
Si sincer, Luna e mai ostila decat Marte, iar costul de delta-V pt a ajunge pe Luna e cam acelasi (vezi harta de mai sus). E mai greu sa construiesti o noua ramura a umanitatii pe Luna decat pe Marte (nu inseamna ca Luna e inutila, doar ca e mai buna de santier decat de condominium).
In final, daca ti-e teama ca populatia nu va fi interesata… ei bine, who cares? In ciuda mithosului, nu multi europeni erau interesati de america, si nu multi erau tentati sa plece. Vasta majoritate au ramas.
Dar cei plecati au dat nastere unei societati cruciale pt istoria omenirii. Au schimbat fata lumii, asa putini si vai de mama lor cum erau cand au plecat. Pt ca vechiul continent a decazut, in final, iar noul i-a luat locul. Si populatiile non-plecate au devenit brusc interesate de ei cand au venit si le-au salvat fundul de doua ori in doua razboaie mondiale 🙂 .
Nu au nevoie decat de un means to get there si know-how. Restul se rezolva. Stii si tu ca multi ar pleca si maine daca ar putea 😀 . So… no pessimism.
Eeee, stiu ca stii…. Eu doar am vrut sa intaresc cele spuse de d-ta cu boiloff-u si impregnarea peretilor si sa aduc si alte argumente legate de reutilizare, tot in detrimentu H-ului. Si nu numai reutilizare, long-term storage pentru franarea la destinatie de ex.