¿Es viable y creíble la propulsión para el concepto de nave nuclear-termo-eléctrica Scorpion?

Recientemente me encontré con la propuesta de la nave espacial "Scorpion": originalmente la encontré en el Proyecto Rho (ctrl-F para ello), pero parece que el artículo fue publicado en la revista de la Sociedad Interplanetaria Británica.

Soy escéptico sobre la sabiduría del diseño general (que es algo no modular y va a todas partes, el autor realmente quiere hacer una nave espacial ) y esta pregunta no se trata de eso, pero el motor es bastante interesante para mí.

El motor utiliza un reactor nuclear de núcleo sólido de rendimiento moderado para calentar el propulsor y también para impulsar un motor térmico (parece que el calentamiento del propulsor de hidrógeno criogénico es parte del disipador de calor para este motor térmico), y la salida del motor térmico luego se usa para inyectar más energía en el propulsor a través de un chorro de arco.

(la imagen es la fig. 10 del artículo)ingrese la descripción de la imagen aquí

Si le crees al autor, esto te da un cohete con un rendimiento similar al de una bombilla nuclear (1200 ISP), la capacidad de usar el reactor tanto para propulsión como para energía eléctrica, y un diseño de reactor mucho menos radical que un NTR, mientras que tiene mucho mayor empuje y menos radiadores (y menos dependencia de alfa) que un cohete nuclear eléctrico típico.

La pregunta es si se debe creer al autor.

Respuestas (2)

Al igual que con cualquier diseño hipotético, uno se limita a considerar si está haciendo algunas suposiciones "irrazonables".

En primer lugar, se puede comparar el rendimiento declarado con la tecnología existente. Los cohetes nucleares se abandonaron temprano, pero los prototipos terminados dan un límite inferior de lo que es posible ( NERVA , RD-0410 ).

  • Empuje: 2000 kN (NERVA 247 kN, RD-0410 35 kN)
  • Isp: 1200s (NERVA 840s, RD-0410 910s)
  • Peso: 40 toneladas (NERVA 18 toneladas, RD-0410 2 toneladas).

Esto no está muy lejos de la capacidad demostrada y, lo que es más importante, no supone que el mayor empuje y la velocidad de escape se puedan lograr con un presupuesto de masa igual, sino que enumera el sistema como más voluminoso.

En cuanto a "mucho mayor empuje y menos radiadores (y menos dependencia de alfa) que un cohete nuclear eléctrico típico", esto es conceptualmente posible, ya que el calor residual se puede verter en el hidrógeno en lugar de requerir radiadores adicionales. El costo obvio del aumento del empuje y la reducción de los requisitos de enfriamiento es una velocidad de escape muy inferior en comparación con otros tipos de propulsión eléctrica.

La idea central, sin embargo, consta de dos partes con una preparación tecnológica muy diferente. Separación del reactor de la propulsión .

  1. El reactor, al estar separado, puede utilizar tecnología de reactor convencional, por lo que tiene unas limitaciones de diseño drásticamente menores. Esto me parece una gran ventaja de realismo.
  2. Esto hace necesario un "calentador de arco".

2.) Es problemático. Es esencialmente el "dispositivo mágico" que habilita todo el sistema, ¡ y el autor pasa un solo párrafo describiéndolo!

La energía eléctrica producida por este último se utiliza luego para alimentar calentadores de arco en el sistema de escape. Este aumento del calentamiento del hidrógeno eleva la velocidad de escape efectiva mucho más allá de los 8 km/seg que cabría esperar de un motor térmico nuclear convencional, por encima de los 12,5 km/seg.

No hay detalles en absoluto, excepto que de alguna manera es mejor que los motores térmicos nucleares.

Hasta donde yo sé, no se ha demostrado nada parecido a este tipo de calentador eléctrico a escala de gigavatios para la propulsión de cohetes. No es sorprendente, ya que la potencia actual disponible en el espacio suele ser de 5 a 6 órdenes de magnitud menor.

La literatura disponible sobre este calentador espacial mágico no parece ser grande:

El sistema de propulsión principal de Scorpion es una versión del ciclo del motor Serpent ideado por Alan Bond. El ciclo utiliza el aumento eléctrico de un cohete termodinámico nuclear; un concepto básico que se remonta al menos a Goldsmith en 1959 [23]. La tercera edición de Sutton [24] dedica un párrafo a la idea, citando a Goldsmith, y también a Berry [25] y Rester y Rott [26]. Las ediciones posteriores de Sutton eliminaron este párrafo, presumiblemente para dejar espacio para una discusión más detallada del trabajo de desarrollo de NERVA que se había llevado a cabo entre ediciones. Pero el concepto no se olvidó y en 1972 Bond esbozó una variante detallada, elegante y realizable de este principio básico [27]

  1. M. Goldsmith, “Aumento del impulso específico de un cohete nuclear a través de medios mecánicos y eléctricos”, American Rocket Society Journal, vol. 29-8, págs. 600-601, 1959.
  2. GP Sutton, Elementos de propulsión de cohetes, 3.ª edición, John Wiley, 1963.
  3. ER Berry, “Efectos del aumento eléctrico del rendimiento de vuelo de cohetes nucleares”, American Rocket Society Journal. Vol. 31-1, págs. 92-94 1961.
  4. EL Resler y N. Rott, “On Rocket Propulsion with Nuclear Power”, American Rocket Society Paper 1201-60.
  5. A. Bond, “Un cohete nuclear para el remolcador espacial”, JBIS. Vol. 25, págs. 625-641, noviembre de 1972.

Un párrafo que se eliminó en ediciones posteriores y pequeños fragmentos en 2-3 páginas no es mucho para seguir. ¿Quizás el esquema de Bond contiene algo? Porque no hay nada de sustancia en este documento sobre cómo funciona el motor, solo qué tipo de nave espacial podrías construir alrededor de dicho motor.

La pregunta es si se debe creer al autor.

¿Sobre el uso potencial aplicado del motor? Tal vez, al menos ha hecho algunas páginas al respecto.

¿Sobre el diseño del motor, el funcionamiento, la base teórica, los parámetros y el rendimiento? No tanto, ya que no se dice casi nada al respecto.

Alan Bond, el diseñador del motor, ha trabajado tanto para Rolls Royce probando un motor hidrolox como para la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido en energía de fusión. Esto, por supuesto, además de los años de trabajo para SABRE, que utiliza turbinas impulsadas por bucles de refrigeración, por lo que no es un completo aficionado. Queda por ver si alguno de sus motores no tradicionales funciona fuera del papel. (las pruebas deberían comenzar el próximo año)
No cabe duda de que un arco puede alcanzar altas temperaturas; el daño a los puntos de los electrodos es el factor limitante (tal vez estos sean consumibles). Por lo tanto, parece sensato separar la generación de energía (reactor) de la propulsión (arco) permitiendo temperaturas de reactor manejables. Quizás la energía podría enrutarse a un generador de haz de iones para un Isp más alto (pero un empuje más bajo)
Siguiendo el sitio del Proyecto Rho, el blindaje de radiación a 1 Rem/hora es un poco incompleto... el LD50 es de aproximadamente 3 semanas de tiempo de reactor. Eso necesitará alguna mejora.
¿Cuántas horas de empuje es probable que necesite una misión? @BrianDrummond

Parece que el concepto de "electrotermia nuclear" no es exclusivo del concepto Scorpion.

Esta pregunta cubre un ciclo de motor que es algo diferente, aparentemente mucho más pequeño (basado en un núcleo de cohete térmico nuclear MITEE), utiliza calentamiento inductivo en lugar de un arco para el postquemador y tiene menos circuitos de refrigeración separados.

Así que parece que otras personas serias están trabajando en una idea similar.

¿Es viable y creíble la propulsión para el concepto de nave nuclear-termo-eléctrica Scorpion?
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