可控核聚变成熟后代达罗斯如果实现那么目前提出的大部分 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 12:46:56


代达罗斯计划唯一的瓶颈就是可控核聚变,其余的可以借用离子推进的成果(就是等离子的量大了不少)........
那么提一个蛋疼问题,如果可控核聚变达到了9000秒以上的话,以此为基础设计的核聚变发动机将会踢掉目前绝大多数用来代替化学能火箭的推进方式。那么那些无工质推进、光帆的研制意义又是什么?



PS: 英国星际学会(British Interplanetary Society)在上世纪70年代重新回顾了猎户座计划,并提出代达罗斯计划,只不过以更强大而且环保效果好一些的聚变力量代替原子弹。这个计划的目标是向6光年以外的巴纳德星(Barnard's star,是距离太阳系第二近的星)发射一个探测器,并用50年的时间到达那里。这个项目不是在象猎户座那样在外部爆炸,而是内部的发动机,在一个磁场构筑的“燃烧室”中,向小燃料球照射发射电子束,产生离子。用磁场限制离子浆的办法将比猎户座计划更高效,因为猎户座计划中原子弹的大部分爆炸能量都没投射到船体上转化为动力。后来还发展出了核聚变—工质发动机和非介质核聚变发动机,后者在很多科幻小说和电影中都有涉及,还有激光帆、巴萨德冲压发动机等等都和他有千丝百屡的关系.
最后确定方案:探测飞船的质量为5.4万吨,其中推进装置重量是5万吨,预计经过持续4年的加速后,可以达到光速的1/8。可以说代达罗斯计划的理论是很有说服力的,设计上并没有什么突兀之处。有不少科学家认为我们执着于受控核聚变是没有意义的,我们完全可以用不完全受控的核聚变来作为动力,而象猎户座所需要的那些技术甚至在上世纪60年代末就已经存在了。   总的来说,核裂变发动机是相当现实的东西,而核聚变发动机则基本偏向科幻,需要很多技术突破才能变成现实。但裂变材料很稀缺,而用于核聚变的氘和氚却很多,在近处的月球上尤其丰富。此外,核聚变还有大幅度降低辐射污染的前景,其方式是利用氢核(质子)和硼-11(80%的硼是以硼-11同位素的形式存在)反应,虽然反应困难而且产生的能量小,但不产生γ射线和中子,只产生α粒子,可以说是相当干净的反应(这个也用于后来对巴萨德冲压发动机的完善上)。所以人们对核聚变发动机仍旧存在更大的期望。

代达罗斯计划唯一的瓶颈就是可控核聚变,其余的可以借用离子推进的成果(就是等离子的量大了不少)........
那么提一个蛋疼问题,如果可控核聚变达到了9000秒以上的话,以此为基础设计的核聚变发动机将会踢掉目前绝大多数用来代替化学能火箭的推进方式。那么那些无工质推进、光帆的研制意义又是什么?



PS: 英国星际学会(British Interplanetary Society)在上世纪70年代重新回顾了猎户座计划,并提出代达罗斯计划,只不过以更强大而且环保效果好一些的聚变力量代替原子弹。这个计划的目标是向6光年以外的巴纳德星(Barnard's star,是距离太阳系第二近的星)发射一个探测器,并用50年的时间到达那里。这个项目不是在象猎户座那样在外部爆炸,而是内部的发动机,在一个磁场构筑的“燃烧室”中,向小燃料球照射发射电子束,产生离子。用磁场限制离子浆的办法将比猎户座计划更高效,因为猎户座计划中原子弹的大部分爆炸能量都没投射到船体上转化为动力。后来还发展出了核聚变—工质发动机和非介质核聚变发动机,后者在很多科幻小说和电影中都有涉及,还有激光帆、巴萨德冲压发动机等等都和他有千丝百屡的关系.
最后确定方案:探测飞船的质量为5.4万吨,其中推进装置重量是5万吨,预计经过持续4年的加速后,可以达到光速的1/8。可以说代达罗斯计划的理论是很有说服力的,设计上并没有什么突兀之处。有不少科学家认为我们执着于受控核聚变是没有意义的,我们完全可以用不完全受控的核聚变来作为动力,而象猎户座所需要的那些技术甚至在上世纪60年代末就已经存在了。   总的来说,核裂变发动机是相当现实的东西,而核聚变发动机则基本偏向科幻,需要很多技术突破才能变成现实。但裂变材料很稀缺,而用于核聚变的氘和氚却很多,在近处的月球上尤其丰富。此外,核聚变还有大幅度降低辐射污染的前景,其方式是利用氢核(质子)和硼-11(80%的硼是以硼-11同位素的形式存在)反应,虽然反应困难而且产生的能量小,但不产生γ射线和中子,只产生α粒子,可以说是相当干净的反应(这个也用于后来对巴萨德冲压发动机的完善上)。所以人们对核聚变发动机仍旧存在更大的期望。
可控核聚变成熟还有很长很长很长的路
另外代达罗斯需要的5万吨氦3可不是容易搞到的

SSN19 发表于 2012-5-13 14:07
可控核聚变成熟还有很长很长很长的路


不需要完全成熟,9000秒足够........以5G的加速度9000秒便可以达到450公里/秒的速度(1000天文单位续航力需要的速度)..........
SSN19 发表于 2012-5-13 14:07
可控核聚变成熟还有很长很长很长的路


不需要完全成熟,9000秒足够........以5G的加速度9000秒便可以达到450公里/秒的速度(1000天文单位续航力需要的速度)..........
楠宫萧vn 发表于 2012-5-13 14:09
不需要完全成熟,9000秒足够........以5G的加速度9000秒便可以达到核聚变推进方式的速度极限(八分之一光 ...
现实是1秒都困难
原来是离子发动机啊,先把离子发动机技术搞成熟一点吧原料以后可以去木星取
汉武大地 发表于 2012-5-13 14:12
原来是离子发动机啊,先把离子发动机技术搞成熟一点吧原料以后可以去木星取
不是离子发动机,是可控核聚变发动机,他的工质(也就是聚变产生的离子态的氦)喷射以及控制方式可以借用离子发动机的成果.........
SSN19 发表于 2012-5-13 14:11
现实是1秒都困难
不是实现了6秒吗?
SSN19 发表于 2012-5-13 14:07
另外代达罗斯需要的5万吨氦3可不是容易搞到的
又没要完成态的代达罗斯,我说的是利用它推进方式的探测器..........那个1000AU级的只需要不到3吨氘.............
八分之一光速)..........

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miaomiaomiao 发表于 2012-5-13 14:33
俺算术没学好,算了半天也算不出正确答案啊!

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确实是错了,记混了,刚要编辑...........
悲观一下,我们这代人是看不见可控核聚变成熟了
楠宫萧vn 发表于 2012-5-13 14:09
不需要完全成熟,9000秒足够........以5G的加速度9000秒便可以达到450公里/秒的速度(1000天文单位续航 ...
9000秒其实比商用要求还高
这个质量达到1/8光速,动质量已经更大了,到了目的地怎么刹车都是问题。 看来看去,还是光帆有实际意义
现在托卡马克实验的约束时间多在几十秒,不过关键不是时间,而是时间*等离子密度,如果等离子密度很小,可以维持非常长的时间,但是没有经济意义。
长期星际旅行,聚变堆的材料将受到非常严重的辐射,五十年不换壁材料,这个要求比聚变发电要高得多。如果不用氘氚反应,那么可能要容易一点。
代达罗斯,伊卡洛斯,那么泥姆芙/卡奥斯/阿斯特蕾亚在哪?

不歪了,可控聚变感觉还是很遥远的说。太阳帆啥的至少目前看起来比较靠谱。

木卫零 发表于 2012-5-13 14:37
悲观一下,我们这代人是看不见可控核聚变成熟了


可以想象一下器官克隆或者其他医学飞跃啊....干嘛就认准军事了,要是健康和延寿上有进展不就看到了?
其实老实说我倒是比较期待后者O(∩_∩)O哈!
木卫零 发表于 2012-5-13 14:37
悲观一下,我们这代人是看不见可控核聚变成熟了


可以想象一下器官克隆或者其他医学飞跃啊....干嘛就认准军事了,要是健康和延寿上有进展不就看到了?
其实老实说我倒是比较期待后者O(∩_∩)O哈!
xpatrickc 发表于 2012-5-14 14:09
代达罗斯,伊卡洛斯,那么泥姆芙/卡奥斯/阿斯特蕾亚在哪?

不歪了,可控聚变感觉还是很遥远的说。太阳帆 ...
这哪跟哪呀?代达罗斯、伊卡洛斯、巴萨德都是已提出者命名的...........

SSN19 发表于 2012-5-13 14:11
现实是1秒都困难


虽然不是反应,但这个受控点火时间早就超过1min了,你从来不看简报的吧???
SSN19 发表于 2012-5-13 14:11
现实是1秒都困难


虽然不是反应,但这个受控点火时间早就超过1min了,你从来不看简报的吧???
cccc 发表于 2012-5-13 15:02
这个质量达到1/8光速,动质量已经更大了,到了目的地怎么刹车都是问题。 看来看去,还是光帆有实际意义
如果同样速度下,你的光帆难道不需要刹车?????
多几条腿走路也很好呀。现在海上漂的船除了烧油的,核动力的,也还是有用帆的,以后那些富二代泡MM不就用光帆吗?
安啦,100年之内是看不到这个东西的。
xpatrickc 发表于 2012-5-14 14:09
代达罗斯,伊卡洛斯,那么泥姆芙/卡奥斯/阿斯特蕾亚在哪?

不歪了,可控聚变感觉还是很遥远的说。太阳帆 ...
继续歪,Saber也有了
标题就废话,有了可控核聚变就有了巨量的安全能源,想干什么不行
miaomiaomiao 发表于 2012-5-13 14:33
俺算术没学好,算了半天也算不出正确答案啊!

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火箭速度可接近光速时,对于基于牛顿力学的齐奥尔科夫斯基火箭方程v=u ln(m/m0)或m/m0=exp(v/u),必须考虑相对论效应的修正,相对论性的火箭运动方程即阿克莱火箭方程m/m0=【(1+v/c)/(1-v/c)】^(c/2u)。这里,v为火箭末速度,c为光速,u为喷气速度。m为火箭初始总质量,m0为除燃料外,火箭其余部分的质量,包括发动机、载荷、壳体等等的总质量。

齐奥尔科夫斯基火箭方程可由动量守恒定律的微分形式很容易导出,牛顿力学框架下,物体质量与速度无关,阿克莱方程则因为有动质量与静质量的差别,需要联立能量守恒定律的微分形式求解,当然,在推导阿克莱方程时,这两个守恒律的表达式都是相对论性的。

齐奥尔科夫斯基方程是阿克莱方程的低速近似。钱老的《星际航行概论》一书第28页以幂级数展开的方法论证了这一点,这是完全正确的,当然还有取极限的较为简单的方法:阿克莱火箭方程即ln (m/m0)=(c/2u) [ln(1+v/c)-ln(1-v/c)],根据高等数学中一个基本的极限lim(x趋向于0)【ln(1+x)/x】=1,在v/c趋向于0时,有ln(1+v/c)趋向于v/c,ln(1-v/c)趋向于-v/c,所以ln (m/m0)~(u/2c)[v/c-(-v/c)]=(c/2u)(2v/c)=v/u,这即齐奥尔科夫斯基方程。
核聚变就算以后实现了,那个东西搞不好有上万吨的东西,光核装置,什么上太空也是一个不小的问题
cccc 发表于 2012-5-13 15:02
这个质量达到1/8光速,动质量已经更大了,到了目的地怎么刹车都是问题。 看来看去,还是光帆有实际意义
任何航线规划不可能不考虑减速问题。都是加速-巡航-减速三段。减速阶段很简单,飞船调头,发动机反向推进即可。

光帆的话,如果是自然恒星光帆,比如太阳帆,减速倒不是太大问题,目的地恒星光辐射减速即可,只不过恒星之间的距离也太远了,所以恒星际航行绝大阶段航程推进的推力实在太小太小太小了,几乎可以忽略不计,速度根本无法上去。如果是强激光帆,地球附近发射超强激光加速飞船,加速阶段不成问题,然而到目的地的减速就成大问题了。因为目的地恒星附近没有可供减速的强激光器,必须要首先使用别的推进原理的恒星际飞船首先将供减速的强激光器送到目的地附近,并确保正常工作。所以光帆根本无法做开路先锋的


所以各位热衷宇宙航行的同学,考察核火箭能力时,别忘了相对论性的火箭运动方程即阿克莱火箭方程m/m0=【(1+v/c)/(1-v/c)】^(c/2u)。有了定量计算,什么都一清二楚。{:soso_e113:}



所以各位热衷宇宙航行的同学,考察核火箭能力时,别忘了相对论性的火箭运动方程即阿克莱火箭方程m/m0=【(1+v/c)/(1-v/c)】^(c/2u)。有了定量计算,什么都一清二楚。{:soso_e113:}

     英国星际学会(British Interplanetary Society)在上世纪70年代重新回顾了猎户座计划,并提出代达罗斯计划,只不过以更强大而且环保效果好一些的聚变力量代替原子弹。这个计划的目标是向6光年以外的巴纳德星(Barnard's star,是距离太阳系第二近的星)发射一个探测器,并用50年的时间到达那里。

      代达罗斯恒星际探测器的运转场景

  这个项目不是在象猎户座那样在外部爆炸,而是内部的发动机,在一个磁场构筑的“燃烧室”中,向小燃料球照射发射电子束,产生离子。用磁场限制离子浆的办法将比猎户座计划更高效,因为猎户座计划中原子弹的大部分爆炸能量都没投射到船体上转化为动力。

      代达罗斯探测器的外形

  探测飞船的质量为5.4万吨,其中推进装置重量是5万吨,预计经过持续4年的加速后,可以达到光速的1/8。可以说代达罗斯计划的理论是很有说服力的,设计上并没有什么突兀之处。有不少科学家认为我们执着于受控核聚变是没有意义的,我们完全可以用不完全受控的核聚变来作为动力,而象猎户座所需要的那些技术甚至在上世纪60年代末就已经存在了。
  总的来说,核裂变发动机是相当现实的东西,而核聚变发动机则基本偏向科幻,需要很多技术突破才能变成现实。但裂变材料很稀缺,而用于核聚变的氘和氚却很多,在近处的月球上尤其丰富。此外,核聚变还有大幅度降低辐射污染的前景,其方式是利用氢核(质子)和硼-11(80%的硼是以硼-11同位素的形式存在)反应,虽然反应困难而且产生的能量小,但不产生γ射线和中子,只产生α粒子,可以说是相当干净的反应。所以人们对核聚变发动机仍旧存在更大的期望。
可控核聚完成日,家祭无忘告乃翁
SSN19 发表于 2012-5-13 14:07
另外代达罗斯需要的5万吨氦3可不是容易搞到的
呵呵,是的,目前可控核聚变技术的难度还非常大。

此外我们可以根据阿克莱公式对代达罗斯的核聚变火箭的能力做一个估计。相对论性火箭运动方程,即阿克莱方程的有关情况,请看25楼。

使用氘聚变,即6D->2He+2p+2n,6个氘原子核聚变时释放出大约26.6MeV的能量,设此能量的70%转换为对于推进有效的喷气动能,那么喷气速度约15000公里/秒,比冲高达150万秒。看上去非常强力,然而该喷气速度也不过光速的5%。如果想得到0.8C的速度,代入阿克莱公式得

m/m0=(1+0.8/1-0.8)^[c/(2*0.05c)]=(1.8/0.2)^10=34.8亿,可以看出,以目前最强的能源,要达到0.8倍光速,所需的总质量比依然高达34.8亿!!!!这是不可设想的超大质量比,这是根本无法做到的。

(如果使用齐奥尔科夫斯基方程,则m/m0=exp(0.8/0.05)=exp(16)=889万。这计算说明了,火箭速度很高时,不考虑相对论效应的齐奥尔科夫斯基方程是很不准确的,准确的阿克莱公式计算出的质量比要高的多,这不难理解,很显然相对论性的质量增加效应使得加速更加困难)

代达罗斯计划最高速度达到光速的1/8,即0.125c,代入阿克莱公式即得

m/m0=(1+0.125/1-0.125)^[c/(2*0.05c)]=(9/7)^10=12.34。这与29楼介绍的探测飞船的质量为5.4万吨,其中推进装置重量(包括燃料)是5万吨情况基本一致。这是工程上可以实现的。这也达到了核聚变推进的极限——大约0.1C级别的速度。


楠宫萧vn 发表于 2012-5-13 14:09
不需要完全成熟,9000秒足够........以5G的加速度9000秒便可以达到450公里/秒的速度(1000天文单位续航 ...
有不少科学家任务可控核聚变根本就不可能实现!
这可能关系到一些基本的科学原理,要实现核聚变所需要的能量比核聚变所释放的能量还要大
导弹武库核潜艇 发表于 2012-5-16 14:44
呵呵,是的,目前可控核聚变技术的难度还非常大。

此外我们可以根据阿克莱公式对代达罗斯的核聚变火箭 ...
看来还得靠反物质推进发动机或者建立虫洞!
全面撤网,总能捞上 几条
好像5年前,合肥那里就已经实现了稳定导出1500毫秒。。。。
楠宫萧vn 发表于 2012-5-13 14:09
不需要完全成熟,9000秒足够........以5G的加速度9000秒便可以达到450公里/秒的速度(1000天文单位续航 ...
可控核聚变成熟以后,极限速度大约在0.1C级别,当然对于到最近的恒星,都需要起码几十年,对于恒星际的常态化航行依然力有未逮。但是完全可以可以全面开发太阳系,可以远航到柯伊柏带,可触及到内奥尔特云,不过到外奥尔特云外边缘以最快极限速度,光单程依然需要10年以上。不过这已经是非常大的胜利了,比化学火箭跳蚤的一跃扩展了几个数量级的活动范围!可以开发那里海量彗星的资源。

这种情况在于宇宙不成比例的浩瀚造成的,如果把地球到太阳的距离1.5亿公里,缩小为电脑键盘按键大小的1.5厘米,那么按此比例,地月距离不过3.8微米(大约最小细菌的尺度,不到一张薄纸厚度的1/15),地球直径不过0.12微米(比感冒病毒还要小得多,不到一张薄纸厚度的1/500!!!),海王星到太阳距离大约40厘米,而奥尔特云最外缘则高达1公里以外!最近的恒星更是在4公里远的地方!!!

d823163592 发表于 2012-5-16 15:12
看来还得靠反物质推进发动机或者建立虫洞!


呵呵,是的,不过还有一个巴斯德,星际冲压的构想,这个构想打破了无法补充燃料的桎梏,技术上更进一步。巴斯德能够随时随地获取燃料,当然不受火箭方程限制,理论上可以逼近光速,这个想法很好,不过有两个严重的问题:一、星际氢原子收集漏斗,其直径与地球直径相当,如果使用常规固体材料,制造和地球一样大的漏斗,对于现代制造业而言这是不可能完成的上帝工程,而且该漏斗还要经受超超高能的粒子风暴——相对它做近光速运动的大量氢原子和离子、粒子的轰击,并且收集它们,这个和现代航天防辐射材料的防辐射能力根本不是一个数量级的,这在当前技术根本无法实现,而近光速运动的地球一样大的漏斗,一旦RP不好,撞上一粒尘埃爆炸威力不下于一颗氢弹;而其他推进设想下,飞船大小依然是常规大小,远恒星的星际条件下,撞击尘埃的概率还是可以忽略不计的,如果使用力场收集,则除了电磁场外,没有其他的物理原理,而电磁场在这个要求下,人类根本无法实现这个超级能量要求和设计。

二、巴斯德依然需要初始加速,如果是固体材料方式——地球一样大的漏斗,光载荷重量就大的惊人,这个超大的重量,核聚变无能为力,就是反物质推进也很困难,况且反物质火箭直接可以达到接近光速,比如0.7C到0.8C,这样就根本不需要巴斯德了,如果使用力场,则除非是未来物理学的某种力场,这无疑需要物理学基础理论的突破才能实现
d823163592 发表于 2012-5-16 15:12
看来还得靠反物质推进发动机或者建立虫洞!


呵呵,是的,不过还有一个巴斯德,星际冲压的构想,这个构想打破了无法补充燃料的桎梏,技术上更进一步。巴斯德能够随时随地获取燃料,当然不受火箭方程限制,理论上可以逼近光速,这个想法很好,不过有两个严重的问题:一、星际氢原子收集漏斗,其直径与地球直径相当,如果使用常规固体材料,制造和地球一样大的漏斗,对于现代制造业而言这是不可能完成的上帝工程,而且该漏斗还要经受超超高能的粒子风暴——相对它做近光速运动的大量氢原子和离子、粒子的轰击,并且收集它们,这个和现代航天防辐射材料的防辐射能力根本不是一个数量级的,这在当前技术根本无法实现,而近光速运动的地球一样大的漏斗,一旦RP不好,撞上一粒尘埃爆炸威力不下于一颗氢弹;而其他推进设想下,飞船大小依然是常规大小,远恒星的星际条件下,撞击尘埃的概率还是可以忽略不计的,如果使用力场收集,则除了电磁场外,没有其他的物理原理,而电磁场在这个要求下,人类根本无法实现这个超级能量要求和设计。

二、巴斯德依然需要初始加速,如果是固体材料方式——地球一样大的漏斗,光载荷重量就大的惊人,这个超大的重量,核聚变无能为力,就是反物质推进也很困难,况且反物质火箭直接可以达到接近光速,比如0.7C到0.8C,这样就根本不需要巴斯德了,如果使用力场,则除非是未来物理学的某种力场,这无疑需要物理学基础理论的突破才能实现
导弹武库核潜艇 发表于 2012-5-16 15:59
呵呵,是的,不过还有一个巴斯德,星际冲压的构想,这个构想打破了无法补充燃料的桎梏,技术上更进一步 ...
巴萨德的收集漏斗可以用磁场替代(不过还得装一个高能激光器将前方星际物质离子化)..........
cccc 发表于 2012-5-13 15:02
这个质量达到1/8光速,动质量已经更大了,到了目的地怎么刹车都是问题。 看来看去,还是光帆有实际意义
这个本来就是双份燃料........不过没必要这么麻烦,速度达到6%光速后直接转成巴萨德冲压发动机得了............
导弹武库核潜艇 发表于 2012-5-16 15:59
呵呵,是的,不过还有一个巴斯德,星际冲压的构想,这个构想打破了无法补充燃料的桎梏,技术上更进一步 ...
反物质是二次能源...........现有的反物质火箭(或说光子火箭)都是巴萨德的改型..........有的是收集反物质(不大可能),还有就是自带反物质,其他同经典巴萨德......