Aviones en Saturno

En realidad, no necesita combustión para un motor a reacción.

La turbina integrada es un motor térmico: su energía proviene del aumento de la energía térmica por la combustión del combustible. Pero cualquier método para aumentar la energía entre el compresor y la turbina funciona. Un intercambiador de calor de una planta de energía nuclear o incluso un calentador eléctrico funcionarán sin cambiar realmente nada fundamental.

El único problema real es que quemar combustible dentro del motor es un método muy eficiente para transferir el calor al medio. Entonces, si la combustión de combustible es una opción, probablemente esa sea la que se usará. No estoy seguro de si alguna vez se ha construido algo más que esos prototipos de aviones nucleares. A menos que necesite esos días de tiempo de vuelo o el rango operativo que excede la circunferencia de la Tierra, la quema de combustible siempre ha sido simplemente mejor.

En realidad, existen otras opciones, como simplemente suministrar oxidantes (o alguna otra forma de combustible de dos componentes) o rotar los ventiladores y todo el lado de compresión con motores eléctricos sin tener la turbina integrada. La turbina no es realmente necesaria para el motor a reacción. Es simplemente el método más eficiente de alimentar el motor por masa que tenemos, por lo que es el único que realmente usamos. (La aeronave es muy sensible al exceso de masa).

Supongo que si necesita un alcance extremo, usa motores nucleares con motores eléctricos alimentados por lo que no se usa para un alcance corto. Esto se debe a que la mayoría de las centrales nucleares actuales o proyectadas tienen una masa mínima bastante grande. Aunque esto es en gran parte blindaje. El misil nuclear supersónico propuesto que fue diseñado específicamente para contaminar todo lo que sobrevuela fue bastante eficiente. Realmente todo se reduce a qué tipo de tecnología de energía tiene disponible su gente.

El avión de combate podría ser un vehículo aéreo electromagnético sin alas (WEAV) que obtiene su sustentación y propulsión ionizando el aire circundante y ganando sustentación. Detalles aquí para este tipo de vehículo que se asemeja a un platillo volador. La fuente es Scientific American .

El platillo flotará y se impulsará usando electrodos que cubren su superficie para ionizar el aire circundante en plasma. Los gases (como el aire, que tiene el mismo número de cargas positivas y negativas) se convierten en plasma cuando la energía (como el calor o la electricidad) hace que algunos de los átomos del gas pierdan sus electrones cargados negativamente, creando átomos con carga positiva o positiva. iones, rodeados por los electrones recién desprendidos. Usando una fuente de energía a bordo (como una batería, un ultracondensador, un panel solar o cualquier combinación de los mismos), los electrodos enviarán una corriente eléctrica al plasma, lo que hará que el plasma empuje contra el aire neutral (sin carga) que rodea la nave, en teoría. generando suficiente fuerza para el despegue y el movimiento en diferentes direcciones (dependiendo de en qué parte de la nave)

Los combatientes pueden resolver sus problemas de energía mediante el uso de un sistema de energía de materia-antimateria. Suponiendo que se hayan resuelto los problemas prácticos del uso de la antimateria como fuente de energía.

Un vehículo magnetohidrodinámico (MHD) similar fue descrito en un artículo "Cómo diseñar un platillo volador" por el Dr. Richard J Rosa publicado en Analog y reimpreso en The Analog Science Fact Reader (1974) editado por Ben Bova. Eso sugirió que este tipo de nave podría producir grandes volúmenes de aire ionizado a baja velocidad para viajar lentamente y flotar, pero estrechar su entrada de aire para generar volúmenes más pequeños de aire ionizado a alta velocidad para acelerar a altas velocidades. El vehículo MHD propuesto por Rosa podría aterrizar y despegar al estilo VTOL, por lo que no necesitaría una infraestructura extensa.

Los cazas podrían acelerar a través de la atmósfera de Saturno y, una vez que alcanzaron la atmósfera superior, usar un sistema de energía de materia-antimateria para ionizar la masa de reacción, como el agua almacenada en los tanques de propulsor, para alcanzar velocidades orbitales para encontrarse con las bases de la estación espacial o las naves espaciales que orbitan el planeta. Saturno.

Cualquiera que sea el tipo de combustible para la masa de reacción, el procedimiento es el mismo. utilizando la potencia de salida de su sistema de materia-antimateria, la masa de reacción se ioniza y acelera por completo a través de potentes aceleradores magnetohidrodinámicos. En lugar de una velocidad de escape de 4 km/s de la masa de reacción ionizada acelerada de propulsión de cohetes químicos MHD podría tener un escape de 100 km/s. Esto significa que el vehículo consumirá mucha menos masa de reacción que un sistema de cohete químico.

La forma más sencilla de construir un motor a reacción (o cualquier otro motor de combustión) diseñado para la atmósfera mayoritariamente de hidrógeno de Saturno (~75% H2, 25% He, con algunos gases traza) es simplemente usar oxígeno como combustible.

No me sorprendería si todo lo que tuviera que hacer fuera cambiar la medición del flujo de combustible en un motor a reacción estándar e instalar tanques de oxígeno líquido aislados.

PD: Lo que trae a colación otra pregunta que mi conocimiento de la química es insuficiente para responder. Usamos hidrocarburos como combustible en nuestra atmósfera rica en oxígeno porque (en parte) son convenientemente líquidos a temperatura ambiente. ¿Hay líquidos ricos en oxígeno equivalentes que podríamos quemar en una atmósfera de hidrógeno?

Si bien un escenario realista serían los diseños WEAV a los que hace referencia a4android, el OP claramente espera algún tipo de vehículos aerodinámicos.

El problema es en realidad múltiple. La atmósfera no tiene oxígeno libre para permitir el uso de motores a reacción convencionales, las distancias a cubrir son órdenes de magnitud más largas que las de la Tierra (imagínese volar desde una base aérea en Minnesota a un lugar sobre el Océano Índico incluso antes de encontrar el primer nave enemiga, luego tener que pelear, luego volar de regreso. Sin el reabastecimiento de combustible aire-aire, su "caza" sería del tamaño de un A-380

A-380 en vuelo

Finalmente, la atmósfera de Saturno en sí es muy violenta, con algunos de los vientos más rápidos registrados en el Sistema Solar. Los aviones atrapados en una corriente descendente podrían tener una posibilidad real de ser absorbidos por una capa de la atmósfera donde la presión supera la "profundidad de aplastamiento" del avión, por lo que en lugar de una guerra aérea estamos viendo un extraño híbrido de guerra aérea y submarina... ..

Sin embargo, puede haber algunas formas de agitar esto manualmente. Si puede llegar a Saturno en primer lugar, es probable que haya alguna fuente de energía compacta como la fusión, por lo que una estructura de avión adecuadamente grande acoplada a un reactor de fusión adecuadamente pequeño haría una especie de nave propulsada por cohetes o estatorreactores (el reactor de fusión puede estar calentando gases atmosféricos, por ejemplo). Esto es similar a los diseños propuestos de aviones de propulsión nuclear de la década de 1950.

Motor a reacción nuclear

Esperaría que la aeronave tuviera al menos el tamaño de un F-15 "Strike Eagle" para albergar la planta de fusión y cualquier equipo asociado.

Debido a que está trabajando en un entorno dinámico de fluidos muy complejo, la estructura del avión debería poder "transformarse" adecuadamente. Si se encuentra en las capas bajas y más densas de la atmósfera, necesitará menos superficie de sustentación, mientras que en las capas superiores necesitará muchas más superficies de sustentación. Además, necesitará una forma fuerte para resistir las "profundidades de aplastamiento" en caso de que se vea obligado a bajar por cualquier motivo. Un gran diseño de cuerpo de elevación de "alas combinadas" es probablemente un buen punto de partida:

Diseño de ala combinada Boeing X-48

Debido a las complicaciones añadidas de la presión atmosférica y la turbulencia, las armas regulares como los misiles aire-aire o las armas SFnal como los láseres tendrían una utilidad limitada (por ejemplo, no tendrían suficiente alcance). Esto podría solucionarse armando la nave con un potente riel o un cañón de bobina. El proyectil podría tener una capacidad limitada para ser guiado hacia el objetivo, pero a medida que aumenta el alcance, los efectos del arrastre atmosférico y la turbulencia eventualmente romperían el bloqueo del objetivo y la ronda caería en las profundidades de Saturno. Las ojivas explosivas no serían realmente necesarias.

Un problema que no ha mencionado es dónde se basarán estas naves, o por qué necesitan volar y luchar en la atmósfera de todos modos. El diseño que agité a mano podría servir como un SSTO y volar hacia y desde el espacio a los portaaviones que orbitan Saturno, pero el "por qué" es bastante abierto.