Орбитальный дирижабль

Оригинальный план выглядит так:
Ascender - небольшой транспортный V-образный дирижабль для транспортировки с земли на DSS станцию. Именно прототип этого дирижабля заинтересовал Пентагон.

DSS (Dark Sky Station) - постоянно висящая на высоте 40-50 км огромная летающая станция - 2 километра в диаметре (состоит из пяти лучей). Наполнена гелием, получает энергию от солнечных батарей. Другими словами - суборбитальная космическая станция (предположительная стоимость гелия - 50 миллионов долларов, дешевле запуска одного Союза)

Наконец, собственно орбитальный корабль - два километра в длину, наполнен гелием, принципиально не может приземлиться на землю (не хватит прочности). Поднимается с высоты DSS до границы атмосферы (60 км) и затем использует ионоплазменный двигатель для разгона. Согласно расчётам требуется 5-9 дней для достижения орбитальной скорости. Столько же - на замедление.

Прелесть подхода состоит в том, что все элементы легче воздуха. Сопротивление воздуха на высоте 50-60 км ничтожное, что позволяет делать огромные непрочные газонаполненые конструкции и тихонечко разгонять их эффективными ионными движками.
Никаких безумных нагревов при снижении, никаких химических движков и микросекунд на принятие решений. Очень высокая безопасность и, если задуматься, фантастически низкая стоимость - конечно, только один гелий будет стоить около 20 миллионов долларов (труба 40 метров в диаметре*2км из расчёта $2/кубометр), но это просто крохи, по сравнению с любыми сегодняшними запусками. Тем более, что гелий нужно лишь частично пополнять от полёта к полёту. JSO Forum

Интересно возможно ли в принципе постепенным разгоном вывести тонкопленочный высотный аэростат на орбиту?

Было такое ЗАО Авиакосмические системы (сайт cruiser.ru, давно уже недоступен). Так вот у них в проектах был какой-то надувной аппарат, правда надувался он кажется водородом и его же планировал использовать для разгона, в обычных реактивных двигателях (тепловых).

Плазменно-ионные двигатели, работающие на атмосферном азоте испытывались в СССР еще 40 лет назад, Уи=12000сек
«Янтарь-1», наименование советских высотных автоматических ионосферных лабораторий, запущенных с помощью серийных отечественных геофизических ракет для исследования особенностей работы электростатических ракетных двигателей (ЭРД) в космических условиях. В процессе испытаний измерялись плотность ионного тока из ионосферы на поверхность лаборатории и её электрический потенциал, разрядный ток ЭРД, ток ионного пучка и др. В 1966—1971 запущено 4 «Я.-1». В качестве рабочего тела ЭРД применялись аргон, азот и воздух (зафиксированная скорость истечения реактивной струи 40, 120 и 140 км/сек, соответственно). -

Вполне возможно, что есть "коридор" высота-скорость позволяющий используя аэростатическую, аэродинамическую и центробежную подьемную силу постепенно разгоняться ионником на атмосферном воздухе с набором высоты так, чтоб аэродинамический нагрев не превысил сотен градусов допустимых для современных пленок. Малая удельная нагрузка за счет огромной площади девайса поможет этому.
Прототип-

Всё-таки такая древовидная конопля заслуживает отдельного топика

И уже в худ. литературу (ну, если это можно назвать как художественно, так и литературой) просочиться успела! С.Синякин, "Люди Солнечной системы" - вуаля, мимоходом подобные дирижопли упоминаются как чуть не главная надежда человечества на дешёвый вывод


Щепотка здравого смысла:

"Nobody outside JP Aerospace seems to know how the problems of high drag that are very typically found at hypersonic speeds might be overcome in such a vehiclе."


Вообще, мне кажется, это такой образцово-наказательный пример попытки сравнительно честного отъёма денеХ у венчурных инвесторов - рисуется грандиозная как по "прорывности", так и масштабам решаемых задач и грядущих прибылей (в случае осуществления, конечно) картина (заведомо невыполнимая), намечаются промежуточные этапы (заведомо выполнимые!!!), клеится из старых газет и полиэтиленовых пакетов собирается нечто вполне простенькое, но ПОХОЖЕЕ на конечный фантастический дивайс - и вуаля! Венчурный инвестор может клевать!!!
Тама у нас дирижабль-уголок должен на орбиту выходить за копейки, а вот тут, смотрите - почти такой же уже в цеху стоит!!! Видите, почти всё готово - еще каких-нибудь сорок тысяч ведёр, и золотой ключик у нас в руках! Ой, то есть мы не это хотели сказать... То есть надо на этом поле зарыть ночью пять золотых... Ой, опять, кажется, что-то не то... Ну в общем нам надо совсем немного миллионов, и космические корабли начнуть бороздить просторы Ла-Скалы, принося всем нам миллиарды! Во! Вот теперь правильно! Зовите инвестора!!!


Так же, как и типа-термодерные-инженеры-по-принтерам, в ихнем гараже - а чо, железка есть, вполне железная и блестящая, картинки красивые есть, на кантупере нарисованные, даже анимацию забацать можно для особо привередливо эстетствующих инвесторов - что еще читателю от матроса требуется? И вить не много и просят... каких-то несчастных пару десятков килобасов.
Бабла может много и не срубишь так, но на хлеб и поиграться годик хватит - ненапряжно и весело

Ну... есть вариантик.

1. Двигатели - ионные, работающие на принципе лИфтера. Т.е. без расхода рабочего тела ВААЩЕ - расход начинается только когда атмосфера кончается настолько, что даже УИ лИфтера в 20 км/С не может обеспечить нужную тягу. Тогда - да, начинаем использовать бортовое рабочее тело.

2. Энергия - с СБ, накачиваемых лазером с поверхности. Если правильно подобрать длину луча, то КПД будет более 90%, т.е. можно обеспечить нужную плотность мощности.

3. Спуск с орбиты - 'глиссированием' по поверхности атмосферы, опять же с управляемым обтеканием.

Да причём тут ваще спуск?! "Чтобы продать что-нибудь ненужное, нужно сначала купить что-нибудь ненужное. А у нас денег нет" © кот Матроскин

А лифтер-хрелифтер... возьми да прикинь аэродинамическое сопротивление (гиперзвук!!!), и потребную тягу... мощность...

Ну... вопрос на самом деле. Аэродинамическое сопротивление берется от того, что мы приложенной снаружи (от двигателей) силой 'продавливаем' аэростат через атмосферу. А если у него вся поверхность утыкана электродами и представляет собой единую поверхностную пропульсивную систему, то у него понятие сопротивления будет отсутствовать как класс. Нужна будет только поперечная жесткость конструкции, но и тут можно что-то наоптимизировать, наверное. Например, сделать баллон-крыло, переменного сечения, и его по мере набора скорости 'сдувать'.

Да... чувствую, некоторых уже торкает

Люди! Древовидную коноплю курить следует с большой осторожностью!! Ни в коем случае не взатяг!!!

Почему плохая конопля? Дирижбобль интересен не только в плане попила- Из-за огоромных габаритов это неплохая модель для системы с внешним подводом энергии (старт по лучу), за счет аэростатики сам поднимается в те слои атмосферы, где ионные двигатели могут быть безкорпусными ( нет проблем с вакуумированием). А по поводу лобового сопротивления- ту думать нужно. Самый оптимальный вариант- предионизация атмосферы перед передней кромкой СВЧ излучением и магнитодинамическая отклонялка потока от корпуса. Скорее всего в виде сверпроводящей магнитной системы в виде стрежневой конструкции из углепластика, внутри стержня криообьем с обмоткой на замороженном потоке. Ну и по законам куба- квадрата желательноь иметь пепелац по-больше, и в плане снабжения ЭМ энергией тоже. Притом масса километрового пепелаца будет не такой уж несусветной.
Хуже, что пока по прикидкам получается что разгон до орбитальной скорости у такой штуки займет с четверть витка, а это требует несколько энергоподстанций по траектории разгона (каждая со своей АЭС и антенным полем передатчика энергии миллионов на 10 квт каждая). Вот строительство этих подстанций и есть самая затратная часть проекта. Это если не закладываться на бортовой реактор, термояд и гравицапу,т.е рисовать проект исключительно на существующих технологиях.

Не, погоди Давай разберемся, откуда берется ударная волна. Вот у нас есть неподвижный воздух, и на него налетает движущийся объект. Молекулы воздуха сталкиваются с объектои и отскакивают, врезаясь в другие молекулы воздуха, еще не налетевшие на объект. Их взаимодействие дает ударную волну и нагрев воздуха и корпуса.

Далее, вот у нас есть лИфтер, т.е. ионный двигатель с коронной ионизацией. Он ускоряет воздух НЕМЕХАНИЧЕСКИМ способом, и поэтому нагрев не является для него обязательным атрибутом ускорения молекул. Да, старика Ньютона никто не отменял, и УСИЛИЕ для ускорения воздуха должно наличествовать. Но имея нужную конфигурацию и напряженность электростатического поля, можно налетающий воздух завернуть в обход корпуса так, что поток воздуха ВЕЗДЕ будет строго параллелен корпусу. Более того, хитрой конфигурацией градиента поля можно даже 'отсасывать' воздух от корпуса, по сути дела создав вокруг него местное разряжение.

Да, есть уйма вопросов, начиная с сопротивления, которое собственно создают все эти ионизирующие сетки и кончая гигаваттами мощности, которые надо на этот дирижопель закачивать. Но это - технические проблемы, а не принципиально-теоретические.

А на пальцах можно это пояснить? Чтобы ускорить молекулу кислорода до 10 км/с нужно всего лишь

m*v²/2 = e*U
V = sqrt(2*U*e/m)

Для воздуха, m=32*1800 me, т.е.

V = sqrt(2U*3*10⁸), т.е. 1 ЭВ ускоряющего напряжения даст скорость молекулы в 2.5 км/с. Допустим, нам надо 'завернуть' поток на 10 км/с с полнотой ионизации 10%. Т.е. напряжение на сетке - 1600 в, КПД по мощности - 1%.

НА 1 м2 - 10000 м3 в секунду, масса - 1.2*10⁴ кг, т.е. 1.2 тонны. Требуемая мощность - 1.2 тонны умножить на 10 км/c2 в квадрате - 60 ГВт. Плюс КПД - 6 ТВт (тераватт). Ну, допустим нам достаточно отклонить поток с использованием всего 1 км/с скорости - обратно 60 ГВт. На 1 м2 Боковое усилие - соответственно 120 кг. На метр Это, правда, на уровне моря. Допустим, мы забрались на высоту с давлением 0.01 атмосферы. Там будет 0.6 ГВт, 600 МВт на м2 площади.

Опять же допустим, что у нас длина ЛА в 10 раз больше ширины и у нас есть 20 м2 площади фотоприемников. Это дает мощность в 30 МВт на 1 м2. С КПД в 95% (подсветка СБ лазером, сверхпроводящая сетка сбора тока) это получается 1.5 МВт на 1 м2. Для сравнения, у обычного бытового чайника мощность составляет 0.1-0.2 МВт на 1 м2 дна ;-D. Если даже мы берем 100% КПД движителя, все равно у нас выделяется 15 КВт на 1 м2, что в 15 раз превышает плотность излучения Солнца. Хотя тут уже можно некую неплазменную равновесную температуру посчитать .

Мышки, не мешайте, я формирую стратегию (с)

Упростим задачу. Берем несимметричный лИфтер - ну, так, чтобы у него електрическое поле имело 'поперекпоточную' составлющую. Грубо говоря, это достигается использованием наклонной решетки.

Выставляем лИфтер в поток, включаем. Допустим, наша решатка нанофрактальная и обеспечивает 50% ионизацию при 1% сопротивлении потоку. Поток нечинает отклоняться, правильно я понимаю? Его тянет электростатическое поле, побуждая ускориться в боковом направлении, принимая за продольное ориентацию передней кромки электродов лИфтера? Собственно, электрод может быть вообще нематериальным - скажем, ионная пушка, пробивающая тонкий ионизированный канал-проводник. Вопрос в принципе - отклоняется ли поток?

Если да, то следующий вопрос - нагревается ли при этом поток? Т.е. как меняется температура потока после прохождения лИфтера? Что скорость увеличивается, мне понятно. А вот увеличивается ли температура?

> Если ты разогнал поток воздуха - значит, нагрел.

Не совсем так. Когда он разогнан, он не нагрет. Собственно, в ЖРД поток газа даже ОХЛАЖДАЕТСЯ. Нагретым поток газа становится когда он встречается с препятствием и вся его кинетическая энергия переходит в давление и тепловую энергию. Но у нас-то постановка задачи такова, что поток газа с корпусом не встречается, а наоборот, оный корпус обтекает.

> У тебя есть сверх- или даже гипер- звуковой объект. Он называется так потому, что движется гораздо быстрее, чем передаётся возмущение в воздухе.

Ну, что решетка ионизатора высовывается в поток, это понятно. Но одно дело шип с зеркалом для ионизирующего лазера и электродом, и совсем другое - весь корпус .

Т.е. система электростатического ускорения воздуха - это по сути эрзац силового поля. Если бы у нас было настоящее силовое поле, например гравитационное, то ВООБЩЕ никакого нагрева бы не было - воздух-то можно раздвигать не только в непосредственной близости от аппарата, но и подальше. И если совсем рядом с аппаратом его надо 'пнуть' на импульс порядка 1 км/c, то в километре от корпуса скорость составит какие-то метры в секунду - грубо говоря, скорость обратно пропорциональна квадрату радиуса, а там где она падает до величин порядка 50 м/c можно уже вообще ничего не делать, поскольку это естественная скорость движения атмосферы на большой высоте. Вопрос, правда, в потребной мощности - при характерном размере дирижабля в 100 м, скорости 10 км/c, зона управляемого возмущения должна составить порядка километра - в 10 раз больше чем сам аппарат. Но при этом во ВСЕЙ этой зоне будет ламинарное ДОЗВУКОВОЕ течение потока.

Так вот, о чем я бишь - ионный вентилятор ускоряет ВЕСЬ объем воздуха внутри. ВЕСЬ и СРАЗУ, потому что ускорение происходит так - сначала воздух 'прошивается' ионами, инжектированными коронным разрядом на стартовом электроде, а затем уже ионизированный воздух увлекается электростатическим полем. Ионы при этом движутся с СУЩЕСТВЕННО сверхзвуковой скоростью - собственно, более 100 км/с. И как раз их движение и создает поляризацию и увлечение потока воздуха, так что можно сказать, что лИфтер создает в своем объеме именно что силовое поле.