Fusionsantrieb mit niedrigem Wirkungsgrad?

Das klingt in der Tat plausibel.

Jeder Motor kann so abstrahiert werden, dass er zwei Dinge erzeugt: Schub und Abwärme. Als Zwischenschritt kann es interne Energie erzeugen, aber diese Energie wird entweder direkt oder indirekt zur Schubunterstützung verwendet oder aufgrund anderer Ineffizienzen als Abwärme enden. (Ich ignoriere große Energieabflüsse von Drittanbietern wie beispielsweise riesige Laserwaffen.)

Hier wird der größte Teil der Leistung zum Zuführen des Laser-/Partikelstrahls/Plasmas verwendet, der die Reaktion am Laufen hält. Aber diese Energie geht nirgendwo hin: Sie wird entweder verwendet, um Teilchen schneller zu bewegen, oder um Dinge aufzuheizen (aufgrund unvermeidbarer Ineffizienzen, als Abwärme). Sie können Ihren Motor also einfach als 50 % oder 90 % effizient beschreiben. Das bedeutet, dass die verbleibenden 50 % oder 10 % Restleistung behandelt werden müssen. Bei einem Raumschiff, das die Atmosphäre, das Wasser oder den Boden nicht zum Abführen von Wärme nutzen kann (wie es ein Flugzeug, ein Schiff oder ein Bodenkraftwerk tun würde), bedeutet dies riesige rot leuchtende Heizkörper. Was gut so ist! Radiatoren sehen knallhart aus, sie vermitteln gut das Gefühl von Macht, sie sind ein guter visueller Hinweis darauf, was passiert (kalte Radiatoren bedeuten zum Beispiel, dass das Triebwerk gestoppt wird), sie sind eine großartige Quelle für Handlung und Komplikationen und harte SF-Fans wird darüber sprechen, wie realistisch Ihre Arbeit ist. Tatsächlich besteht der größte Fehler von The Expanse (sowohl Buch als auch Show) wahrscheinlich darin, sie nicht verwendet zu haben.

Nun erfolgt der Antrieb, indem Partikel so schnell wie möglich in die andere Richtung geschleudert werden. Je schneller Sie die Partikel werfen können, desto länger hält die gleiche Masse Kraftstoff. Dafür eignen sich Fusionsantriebe hervorragend: Mit ihrer enormen Leistung können sie Teilchen mit enormer Geschwindigkeit ausstoßen und sind damit sehr effizient. Leider haben sie auch einen sehr geringen Schub, denn ein Fusionsantrieb wird vergleichsweise wenig Masse an Teilchen pro Sekunde emittieren – stell dir bessere Ionenantriebe vor. Im Gegensatz zu chemischen Motoren, die einen schrecklichen Wirkungsgrad haben (man braucht einen ganzen Saturn V, um eine winzige Kapsel zum Mond und zurück zu schicken), aber einen enormen Schub haben.

Beachten Sie, dass der Epstein-Antrieb aufgrund des Fehlens von Kühlern (was einen Wirkungsgrad von mindestens 99,99% impliziert) deshalb unplausibel ist (wenn auch nicht physikalisch unmöglich).

Sie können den Schub tatsächlich mit der gleichen Leistung erhöhen, indem Sie mehr Treibmittel verwenden, aber als solches wird jedes Partikel mit einer niedrigeren Geschwindigkeit emittiert (die gleiche Leistung wird auf mehr Partikel aufgeteilt). Sie haben also mehr Schub, aber weniger Effizienz. Sie können Ihren Motor sogar im maximalen Triebwerksmodus verwenden und die Energie zum Erhitzen von inertem Treibmittel verwenden (, wodurch Sie den Schub eines chemischen Motors für eine etwas bessere Effizienz haben. Tatsächlich können Sie in der Atmosphäre sogar Luft verwenden und Verwandeln Sie es in ein Strahltriebwerk. Denken Sie daran, dass sogar die Proton-Bor-Fusion etwas radioaktiv und aufgrund von Sekundärreaktionen nicht ganz aneutronisch ist.

Für interplanetare Reisen möchten Sie also maximale Effizienz mit längeren, sanfteren Verbrennungen. Für das Manövrieren in Gravitationsbrunnen benötigen Sie einen besseren Schub, da kurze, härtere Verbrennungen wichtiger sind. Spielen Sie Children of a Dead Earth, wenn Sie damit experimentieren möchten.

Ihr Reaktor kann sogar direkt mit dieser Ineffizienz konstruiert werden: Wenn er zu kompliziert ist, um eine 100% ige Fusionsrate zu haben, verbraucht er möglicherweise viel mehr Wasserstoff und / oder Bor, als letztendlich geschmolzen wird, und der Rest wird durch die Reaktion erhitzt und verwendet für Schub zusammen mit den Fusionsergebnissen. Während also der theoretische maximale spezifische Impuls sehr hoch ist , hat Ihr Motor möglicherweise tatsächlich einen niedrigeren.

Das Wechseln der Laserköpfe alle paar Stunden hätte keinen allzu großen Einfluss auf die Effizienz des Motors als solches, da es einem etwas weniger effizienten entspricht (der Masse der Ersatzlaserköpfe). Es ist jedoch eine gute Möglichkeit, es sich wie ein hochtechnologisches, wartungsintensives Gerät anfühlen zu lassen und die Dinge für Handlungspunkte und Komplikationen zu öffnen – wiederum eine gute Sache. Schließlich kennen wir die genauen Designkompromisse nicht, die bei einem Raumfahrzeug-Fusionslaser eingegangen werden müssen, also gibt es keinen Grund, sich nicht glaubwürdig anzufühlen.

Und natürlich ist Atomic Rocket die richtige Website, wenn man an Hard-SF arbeitet.

Nennen wir es - eine Mole-Fusion schlagen. Sie geben die Idee der Prozesskontrolle auf. Und schlagen Sie einfach auf Plasmaspitzen, die sich dem Rand der Eindämmung nähern.

Wie wird das gemacht?

Sie verwenden eine Reihe von Blitzstablasern ( https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/news/fet-open-laser-lightning-rod ), um eine Spulenform in 3D auf das Plasma von zu drucken die entstehende Spitze.

Sobald diese Nebelspirale auf das Inferno gedruckt ist, schicken Sie Strom durch und erzeugen einen Gegenwirbel, der das Plasma zurück in die Eindämmungsregion komprimiert. Es braucht großartige Sensoren, schnelle Reaktionszeiten und ist definitiv verschwenderisch und langsam, mit ständig schwankendem Output. Außerdem kann man das Ganze nicht kontrollieren und es könnte in Regionen mit ständigen magnetischen Schwankungen heiß werden.

Außerdem ist es fehleranfällig, was bedeutet, dass ein Bruchteil einer Sekunde zu spät ist und die gedruckte Spule möglicherweise bereits verzerrt ist und das Plasma in eine unerwartete Richtung schiebt.