Flugzeuge im Saturn

Für ein Strahltriebwerk braucht man eigentlich keine Verbrennung.

Die integrierte Turbine ist eine Wärmekraftmaschine: Ihre Energie stammt aus der Erhöhung der thermischen Energie durch die Verbrennung des Brennstoffs. Aber jede Methode, die Energie zwischen Kompressor und Turbine zu erhöhen, funktioniert. Ein Wärmetauscher aus einem Kernkraftwerk oder sogar eine elektrische Heizung funktionieren, ohne wirklich etwas Grundlegendes zu ändern.

Das einzige wirkliche Problem ist, dass das Verbrennen von Kraftstoff im Motor eine sehr effiziente Methode ist, um die Wärme in das Medium zu übertragen. Wenn also die Kraftstoffverbrennung eine Option ist, wird diese wahrscheinlich verwendet. Ich bin mir nicht sicher, ob jemals etwas anderes als diese Atomjet-Prototypen gebaut wurde. Es sei denn, Sie brauchen diese Tage an Flugzeit oder Reichweite, die den Erdumfang übersteigt, das Verbrennen von Treibstoff war schon immer einfach besser.

Es gibt tatsächlich andere Optionen, wie z. B. die einfache Zufuhr von Oxidationsmitteln (oder einer anderen Form von Zweikomponentenbrennstoff) oder das Drehen der Lüfter und der gesamten Kompressionsseite mit Elektromotoren ohne die integrierte Turbine. Die Turbine wird für Strahltriebwerke nicht benötigt. Es ist einfach die effizienteste Methode, den Motor pro Masse anzutreiben, die wir haben, also ist es die einzige, die wir wirklich verwenden. (Flugzeuge reagieren sehr empfindlich auf übermäßige Masse.)

Ich vermute, dass Sie eine extreme Reichweite benötigen, wenn Sie Atommotoren mit Elektromotoren verwenden, die von Dingen angetrieben werden, die nicht für kurze Reichweiten verwendet werden. Dies liegt daran, dass die meisten aktuellen oder geplanten Kernkraftwerke eine ziemlich große Mindestmasse haben. Dies ist zwar weitgehend abschirmend. Die vorgeschlagene Überschall-Atomrakete, die speziell dafür entwickelt wurde, alles zu kontaminieren, über das sie fliegt, war ziemlich effizient. Es kommt wirklich darauf an, welche Arten von Energietechnik Ihren Leuten zur Verfügung stehen.

Das Kampfflugzeug könnte ein flügelloses elektromagnetisches Luftfahrzeug (WEAV) sein, das seinen Auftrieb und Antrieb erhält, indem es die Umgebungsluft ionisiert und Auftrieb gewinnt. Details hier für diesen Fahrzeugtyp, der einer fliegenden Untertasse ähnelt. Die Quelle ist der Scientific American .

Die Untertasse wird schweben und sich mithilfe von Elektroden antreiben, die ihre Oberfläche bedecken, um die umgebende Luft zu Plasma zu ionisieren. Gase (z. B. Luft, die eine gleiche Anzahl positiver und negativer Ladungen hat) werden zu Plasma, wenn Energie (z. B. Wärme oder Elektrizität) dazu führt, dass einige Atome des Gases ihre negativ geladenen Elektronen verlieren, wodurch Atome mit einer positiven oder positiven Ladung entstehen Ionen, umgeben von den neu abgelösten Elektronen. Unter Verwendung einer Energiequelle an Bord (wie einer Batterie, einem Ultrakondensator, einem Solarpanel oder einer Kombination davon) senden die Elektroden einen elektrischen Strom in das Plasma, wodurch das Plasma theoretisch gegen die neutrale (nicht geladene) Luft drückt, die das Fahrzeug umgibt Genügend Kraft zum Abheben und Bewegen in verschiedene Richtungen erzeugen (je nachdem, wo auf dem Fahrzeug)

Die Kämpfer können ihre Energieprobleme lösen, indem sie ein Materie-Antimaterie-Energiesystem verwenden. Vorausgesetzt, die praktischen Probleme bei der Verwendung von Antimaterie als Energiequelle sind gelöst.

Ein ähnliches magnetohydrodynamisches (MHD) Fahrzeug wurde in einem Artikel „How To Design A Flying Saucer“ von Dr. Richard J Rosa beschrieben, der in Analog veröffentlicht und in The Analog Science Fact Reader (1974), herausgegeben von Ben Bova, nachgedruckt wurde . Dies deutete darauf hin, dass diese Art von Fahrzeug große Mengen ionisierter Luft mit niedriger Geschwindigkeit für langsames Fahren und Schweben erzeugen könnte, aber seinen Lufteinlass verengen könnte, um kleinere Mengen ionisierter Luft mit hoher Geschwindigkeit zu erzeugen, um auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen. Rosas vorgeschlagenes MHD-Fahrzeug könnte im VTOL-Stil landen und starten, sodass keine umfangreiche Infrastruktur erforderlich wäre.

Die Jäger könnten durch die Saturnatmosphäre beschleunigen und, sobald sie die obere Atmosphäre erreicht haben, ein Materie-Antimaterie-Energiesystem verwenden, um Reaktionsmasse wie Wasser, das in Treibstofftanks gespeichert ist, zu ionisieren, um Umlaufgeschwindigkeiten zu erreichen, um sich mit den Raumstationsbasen oder Raumschiffen zu treffen, die den Planeten umkreisen Saturn.

Unabhängig davon, welche Art von Brennstoff für die Reaktionsmasse verwendet wird, ist das Verfahren das gleiche. Unter Verwendung der Ausgangsleistung seines Materie-Antimaterie-Systems wird die Reaktionsmasse vollständig ionisiert und über leistungsstarke magnetohydrodynamische Beschleuniger beschleunigt. Anstelle einer Abgasgeschwindigkeit von 4 km/s aus dem chemischen Raketenantrieb könnte die MHD beschleunigte ionisierte Reaktionsmasse eine Abgasgeschwindigkeit von 100 km/s haben. Das bedeutet, dass das Fahrzeug viel weniger Reaktionsmasse verbraucht als ein chemisches Raketensystem.

Der einfachste Weg, ein Strahltriebwerk (oder irgendeinen anderen Verbrennungsmotor) zu bauen, das für Saturns hauptsächlich aus Wasserstoff bestehende Atmosphäre (~75 % H2, 25 % He, mit einigen Spurengasen) ausgelegt ist, besteht einfach darin, Sauerstoff als Brennstoff zu verwenden.

Würde mich nicht überraschen, wenn Sie nur die Kraftstoffdurchflussmessung an einem Standardstrahltriebwerk ändern und isolierte Flüssigsauerstofftanks installieren müssten.

PS: Was eine weitere Frage aufwirft, zu deren Beantwortung meine Chemiekenntnisse nicht ausreichen. Wir verwenden Kohlenwasserstoffe als Brennstoff in unserer sauerstoffreichen Atmosphäre, weil sie (teilweise) bei Umgebungstemperatur bequem flüssig sind. Gibt es gleichwertige sauerstoffreiche Flüssigkeiten, die wir in einer Wasserstoffatmosphäre verbrennen könnten?

Während ein realistisches Szenario die von a4android referenzierten WEAV-Designs wären, hofft das OP eindeutig auf eine Art aerodynamische Fahrzeuge.

Das Problem ist tatsächlich vielschichtig. Die Atmosphäre hat keinen freien Sauerstoff, um den Einsatz herkömmlicher Strahltriebwerke zu ermöglichen, die zurückzulegenden Entfernungen sind um Größenordnungen länger als die der Erde (stellen Sie sich vor, Sie fliegen von einem Luftwaffenstützpunkt in Minnesota zu einem Punkt über dem Indischen Ozean, bevor Sie überhaupt auf den Ersten treffen feindliches Fahrzeug, dann Luftkampf, dann Rückflug.Ohne Luft-zu-Luft-Betankung hätte Ihr "Jäger" die Größe einer A-380

A-380 im Flug

Schließlich ist die Atmosphäre des Saturn selbst sehr heftig, mit einigen der schnellsten Winde, die im Sonnensystem aufgezeichnet wurden. Flugzeuge, die in einem Abwind gefangen sind, könnten möglicherweise in eine Schicht der Atmosphäre gesaugt werden, in der der Druck die "Eindringtiefe" des Flugzeugs übersteigt. Anstelle eines Luftkriegs sehen wir uns also eine seltsame Mischung aus Luft- und U-Boot-Krieg an ... ..

Es kann jedoch einige Möglichkeiten geben, dies per Hand zu winken. Wenn Sie überhaupt zum Saturn gelangen können, gibt es wahrscheinlich eine kompakte Energiequelle wie Fusion, sodass eine entsprechend große Flugzeugzelle, die mit einem entsprechend kleinen Fusionsreaktor gekoppelt ist, eine Art Raketen- oder Staustrahlfahrzeug ergeben würde (der Fusionsreaktor kann heizen atmosphärische Gase, zum Beispiel). Dies ähnelt den vorgeschlagenen nuklearbetriebenen Flugzeugentwürfen der 1950er Jahre.

Kernstrahltriebwerk

Ich würde erwarten, dass das Flugzeug mindestens die Größe einer F-15 "Strike Eagle" hat, um die Fusionsanlage und alle zugehörigen Geräte aufzunehmen.

Da Sie in einer sehr komplexen fluiddynamischen Umgebung arbeiten, muss die Flugzeugzelle in der Lage sein, sich angemessen zu „verwandeln“. Wenn Sie sich in den unteren, dichteren Schichten der Atmosphäre befinden, benötigen Sie weniger Auftriebsfläche, während Sie in den oberen Schichten viel mehr Auftriebsflächen benötigen. Außerdem benötigen Sie eine starke Form, um "Eindrücktiefen" zu widerstehen, falls Sie aus irgendeinem Grund nach unten gezwungen werden. Ein großer "Blended Wing"-Auftriebskörper ist wahrscheinlich ein guter Ausgangspunkt:

Boeing X-48 Blended Wing-Design

Aufgrund der zusätzlichen Komplikationen durch atmosphärischen Druck und Turbulenzen hätten normale Waffen wie Luft-Luft-Raketen oder SFnal-Waffen wie Laser einen begrenzten Nutzen (sie hätten beispielsweise keine ausreichende Reichweite). Dies kann umgangen werden, indem das Fahrzeug mit einer starken Schiene oder einer Coilgun bewaffnet wird. Das Projektil könnte eine begrenzte Fähigkeit haben, auf das Ziel geführt zu werden, aber wenn die Reichweite zunimmt, würden die Auswirkungen des atmosphärischen Widerstands und der Turbulenzen schließlich die Zielsperre brechen und die Runde würde in die Tiefen des Saturn fallen. Explosive Sprengköpfe wären nicht wirklich nötig.

Ein Thema, das Sie nicht angesprochen haben, ist, wo diese Raumschiffe stationiert werden oder warum sie überhaupt in der Atmosphäre fliegen und kämpfen müssen? Das Design, das ich mit der Hand geschwenkt habe , könnte als SSTO dienen und zu und aus dem Weltraum zu Trägern fliegen, die den Saturn umkreisen, aber das „Warum“ ist ziemlich offen.