¿Hay alguna forma de obtener un mejor rendimiento de un NTR con propulsor que no sea H2?

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Los cohetes térmicos, incluidos los cohetes térmicos nucleares, funcionan mejor con gases propulsores de peso molecular mínimo. Esto se debe a que, para una temperatura constante o una cantidad constante de energía cinética termalizada por unidad de masa, el bajo peso molecular conduce a una mayor velocidad de las partículas y, por lo tanto, a una mayor velocidad de escape.

El efecto es, inconvenientemente, lo suficientemente fuerte como para que casi no tenga sentido usar nada más que hidrógeno como propulsor para un NTR de núcleo sólido, y muchos volátiles comunes, como el agua, logran la impresionante hazaña de ser peor incluso que el combustible químico de bajo rendimiento.

¿Existen métodos que puedan usarse para mejorar el problema u obtener un buen rendimiento con propulsores que no sean LH2 o para operar cohetes térmicos nucleares con un buen rendimiento con propulsores de mayor densidad?

Parece dudoso que encuentre algo que no mejore proporcionalmente el rendimiento de un H2 NTR. La solución es probablemente "no use un NTR".
¿Qué más usarías? No hay mucho más que podamos construir en el corto plazo que tenga un alto empuje e Isp por encima de 500.
¿Uso para qué, sin embargo? Un NTR no le dará un SSTO útil para usar en la Tierra, y aunque puede ser de gran empuje, todavía no es un motor de onda manual de nave antorcha, por lo que no lo llevará a través del sistema solar en un abrir y cerrar de ojos. ojo.
(Sin embargo, dicho esto, hay algunos diseños NTR modificados interesantes. Acabo de leer sobre el Scorpion , que me gusta especialmente, o para más handwavium, hay NTR pulsados ​​... ambos obtendrán el Isp más alto con el más ligero moléculas propulsoras porque así es como funciona la física)
La verdad es que probablemente sea mejor usar los mismos materiales fisionables para construir un reactor de potencia para la producción de propelente. El uso de un NTR (con hidrógeno) duplica aproximadamente su delta-v disponible... al igual que el reabastecimiento de combustible en su destino. Una de estas opciones requiere transportar una gran cantidad de protección contra la radiación y realizar periódicamente el mantenimiento de un motor altamente radiactivo. Un NTR también inmoviliza esos materiales fisionables durante su vida útil y solo hace un uso muy intermitente de ellos.
@Starfish Prime ok, eso es muy interesante. Gracias por mostrarme eso. Sin embargo, me sorprende que puedan obtener suficiente energía a través del reactor.
Hay un espacio vacío en la literatura en términos de considerar algo más que LH2 o LHe para NTR. Y este sitio no es el mejor lugar para promover las nuevas ideas frescas sin el respaldo de una investigación adecuada. Pero la pregunta es muy interesante.

Respuestas (1)

Para copiar la parte clave de esta respuesta (y esta respuesta anterior relacionada) ... una figura importante de mérito en un motor de cohete es la " velocidad característica ":

C ∗ ∝ T t METRO w

dónde T t puede tomarse como la temperatura de escape, y METRO w es el peso molecular de las especies de gas en el escape.

(La parte "proporcional" está funcionando aquí, ya que no todas las especies de escape se crean de la misma manera ... la relación de capacidad de calor es un factor importante que mencionó el autor de la respuesta anterior, y no dudo que haya otros).

La temperatura de operación del reactor pone un límite superior de T t , por encima del cual sus elementos combustibles se derriten y usted (brevemente) obtiene un NTR de núcleo líquido. Nuevamente, no todas las especies de escape serán iguales aquí, porque sus diversas químicas a ~3000 K ± 500 K requieren varias cubiertas protectoras diferentes alrededor de los elementos combustibles para evitar (o al menos limitar) la corrosión, y esas capas protectoras tendrán diferentes puntos de fusión. puntos y propiedades térmicas y así sucesivamente.

Eso solo te deja con METRO w , y de cualquier forma que lo mires, las moléculas de agua van a ser unas 10 veces más pesadas que el H 2 normal , y cuando los gases de escape estén a la misma temperatura, el agua simplemente viajará más despacio y, por lo tanto, la I sp del cohete. va a ser mas bajo.

Este documento de 1990 de Zubrin enumera algunos otros combustibles NTR potenciales y sus impulsos específicos esperados a varias temperaturas centrales, y puede ver que estos concuerdan razonablemente bien con la relación anterior.

Temperatura CO2 _ H2O _ _ Canal 4 CO Arkansas
2800K 283 370 606 253 165
3000K 310 393 625 264 172
3200K 337 418 644 274 178
3500K 381 458 671 289 187

Pero para contrarrestar su queja principal:

casi no tiene sentido usar nada más que hidrógeno como propulsor para un NTR de núcleo sólido... los volátiles comunes como el agua [son] peores incluso que el combustible químico de bajo rendimiento.

El universo en general, y el Sistema Solar exterior en particular, está absolutamente repleto de agua, simplemente tirada, lista para tomar. Más o menos. Es común, energéticamente fácil de cosechar, relativamente sencillo de almacenar, dada su densidad y la falta de necesidad de compresión o refrigeración o la preocupación de que las moléculas diminutas se escapen de su alcance (claro, debe mantenerlo líquido, pero tiene un reactor nuclear en su nave espacial). Y solo porque el I sp sea bajo, eso no significa que la potencia del motor también sea baja... la misma cantidad de vatios se vierten en el escape, y eso significa un gran empuje. Es un caso de uso diferente a un H 2NTR alimentado, sin duda, pero sigue siendo muy útil.

¿Hay alguna forma de obtener un mejor rendimiento de un NTR con propulsor que no sea H2?
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