Gibt es eine Möglichkeit, eine bessere Leistung von einem NTR mit Nicht-H2-Treibmittel zu erzielen?

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Thermalraketen, einschließlich nuklearer Thermalraketen, funktionieren am besten mit Treibgasen mit minimalem Molekulargewicht. Denn bei konstanter Temperatur bzw. konstanter thermalisierter kinetischer Energie pro Masseneinheit führt ein niedriges Molekulargewicht zu einer höheren Geschwindigkeit der Partikel und damit zu einer höheren Abgasgeschwindigkeit.

Der Effekt ist unpraktischerweise stark genug, dass es fast keinen Sinn macht, etwas anderes als Wasserstoff als Treibmittel für einen Festkern-NTR zu verwenden , und viele gängige flüchtige Stoffe wie Wasser schaffen die beeindruckende Leistung, schlechter zu sein als selbst leistungsschwacher Chemtreibstoff.

Gibt es Methoden, die verwendet werden können, um das Problem zu verbessern oder eine gute Leistung aus Nicht-LH2-Treibmitteln zu erzielen oder nukleare thermische Raketen mit guter Leistung mit Treibmitteln höherer Dichte zu betreiben?

Scheint zweifelhaft, dass Sie etwas finden würden, das die Leistung eines H2 NTR nicht auch proportional besser machen würde. Die Lösung lautet wahrscheinlich "kein NTR verwenden".
Was würden Sie sonst verwenden? Es gibt nicht viel anderes, was wir in naher Zukunft bauen können, das sowohl einen hohen Schub als auch einen Isp von über 500 hat.
Aber wofür verwenden? Ein NTR wird Ihnen kein nützliches SSTO für den Einsatz auf der Erde geben, und obwohl es einen hohen Schub haben mag, ist es immer noch kein Handwellenmotor für Fackelschiffe, sodass es Sie nicht im Handumdrehen durch das Sonnensystem bringen wird Auge.
(Trotzdem gibt es einige interessante modifizierte NTR-Designs. Ich habe gerade über den Scorpion gelesen , den ich besonders mag, oder für mehr Handwavium gibt es gepulste NTRs ... beide erhalten den höchsten Isp mit dem leichtesten Treibmittelmoleküle, weil die Physik einfach so läuft)
Die Wahrheit ist, dass Sie wahrscheinlich besser dran sind, die gleichen spaltbaren Stoffe zu verwenden, um einen Leistungsreaktor für die Treibmittelproduktion zu bauen. Die Verwendung eines NTR (mit Wasserstoff) verdoppelt ungefähr Ihr verfügbares Delta-V ... ebenso wie das Auftanken an Ihrem Ziel. Eine dieser Optionen erfordert das Herumschleppen einer Menge Strahlungsabschirmung und die regelmäßige Wartung eines hochradioaktiven Triebwerks. Ein NTR bindet diese spaltbaren Stoffe auch während seiner Arbeitslebensdauer, während er sie nur sehr zeitweise nutzt.
@Starfish Prime ok, das ist super interessant. Danke, dass du mir das gezeigt hast. Ich bin jedoch überrascht, dass sie durch den Reaktor genug Energie bekommen.
In der Literatur gibt es einen leeren Raum in Bezug auf die Betrachtung von etwas anderem als LH2 oder LHe für NTR. Und diese Seite ist nicht der beste Ort, um die frischen neuen Ideen ohne angemessene Forschungsunterstützung zu fördern. Aber die Frage ist sehr interessant.

Antworten (1)

Um den Schlüsselteil dieser Antwort (und dieser verwandten früheren Antwort) zu kopieren ... eine wichtige Gütezahl in einem Raketentriebwerk ist die " charakteristische Geschwindigkeit ":

C ∗ ∝ T T M w

Wo T T kann als Abgastemperatur genommen werden, und M w das Molekulargewicht der Gasspezies im Abgas ist.

(Das "proportionale" Bit leistet hier einige Arbeit, da nicht alle Abgasarten gleich sind ... das Wärmekapazitätsverhältnis ist ein wichtiger Faktor, den der Autor der älteren Antwort erwähnt hat, und ich bezweifle nicht, dass es andere gibt).

Die Betriebstemperatur des Reaktors setzt eine obere Grenze von T T , oberhalb dessen Ihre Brennelemente schmelzen und Sie (kurz) einen flüssigen Kern NTR erhalten. Auch hier werden nicht alle Abgasarten gleich sein, da ihre verschiedenen chemischen Zusammensetzungen bei ~3000 K ± 500 K verschiedene unterschiedliche Schutzabdeckungen um die Brennelemente herum erfordern, um Korrosion zu verhindern (oder zumindest zu begrenzen), und diese Schutzschichten werden unterschiedlich schmelzen Punkte und thermische Eigenschaften und so weiter.

Das lässt Sie nur mit M w , und wie auch immer Sie es schneiden, Wassermoleküle werden etwa 10-mal schwerer sein als einfaches altes H 2 , und wenn Ihre Abgase die gleiche Temperatur haben, wird sich das Wasser nur langsamer bewegen und daher der I sp der Rakete wird niedriger sein.

Dieses Papier von Zubrin aus dem Jahr 1990 listet einige andere potenzielle NTR-Brennstoffe und ihre erwarteten spezifischen Impulse bei verschiedenen Kerntemperaturen auf, und Sie können diese ziemlich gut mit der obigen Beziehung vergleichen.

Temperatur CO2 _ H2O _ _ CH4 _ CO Ar
2800K 283 370 606 253 165
3000K 310 393 625 264 172
3200K 337 418 644 274 178
3500K 381 458 671 289 187

Aber um Ihrer Hauptbeschwerde entgegenzuwirken:

Es macht fast keinen Sinn, etwas anderes als Wasserstoff als Treibmittel für ein NTR mit festem Kern zu verwenden ... übliche flüchtige Stoffe wie Wasser [sind] schlimmer als selbst leistungsschwache Chemtreibstoffe.

Das Universum im Allgemeinen und das äußere Sonnensystem im Besonderen ist absolut randvoll mit Wasser, das nur herumliegt und bereit ist, aufgenommen zu werden. Mehr oder weniger. Es ist alltäglich, energetisch einfach zu ernten, relativ einfach zu lagern, angesichts seiner Dichte und des fehlenden Bedarfs an Kompression oder Kühlung oder der Sorge, dass winzige Moleküle Ihrem Zugriff entgehen (sicher, Sie müssen es flüssig halten, aber Sie müssen es tun ein Kernreaktor auf Ihrem Raumschiff). Und nur weil der I sp niedrig ist, bedeutet das nicht, dass die Motorleistung auch niedrig ist ... die gleiche Anzahl von Watt geht in den Auspuff, und das bedeutet viel Schub. Es ist ein anderer Anwendungsfall als ein H 2-betriebenes NTR, um sicher zu sein, aber es ist immer noch ein sehr praktisches.

Gibt es eine Möglichkeit, eine bessere Leistung von einem NTR mit Nicht-H2-Treibmittel zu erzielen?
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