Субсветовая астрогация

[bob]

Темы, посвящённые возможности межзвёздных полётов во всех разделах форума давно умерли. Поэтому рискну завести новую. Итак, список основных трудностей, в том числе фундаментальных.
1. Отсутствие возможности развить энергию аннигиляции. Ядерный корабль, сделанный на основе современных технологий и мыслимых технологий ближайшего будущего, может развить скорость не выше 0,01-максимум0,05с, если всё-же возможен управляемый термояд.
2. Термодинамичекий износ ходовой части, реализующей субсветовую реактивную струю, превосходит возможности любых современных материалов в тысячи раз. Даже при холодной тяге ускоритель, при попытке развить субсветовую скорость, разлетится в пыль задолго до её достижения.
3. Гравитационное приливное взаимодействие и межзвёздная среда быстро тормозят любые движения со скоростями выше пекулярных 0-500 км/с. Видимо, при межзвёздном полёте требуется постоянное ускорение.
4. Максимум излучения галактических источников и потоки ускоренных частиц от них в передней полусфере субсветового корабля за счёт эффекта Доплера уходят в жёсткое излучение огромной интенсивности. Тяжесть антирадиационной защиты нивелирует плюсы любого энергоисточника для двигательной системы.
5. Корабли, летающие в чистой зоне внутренней области солнечной системы, практически не нуждаются в противометеоритной защите. Однако, на долгом пути межзвёздного корабля хоть одна песчинка, да встретится. Результат лобового попадания песчинки на околосветовой скорости понятен - взрыв аннигиляционной бомбы массой с эту песчинку. Опять же нужна защита, как минимум способная выдержать ядерную бомбардировку корабля. Так же и с межзвёздным газом. Как он ни разрежен, корабль будет им источен.

[bob]

Я подумал и, кажется, решил проблему-5. Ввиду неразрешимости проблем 1-4, это мало чему помогает. Один автор недавно предложил разместить в носовой части корабля "мешок с камнями" Это плохо, так как весь импульс метеорита достанется кораблю вкупе с порцией радиоактивной шрапнели из "мешка", разлетающейся со скоростью в десятки км/с. Это способ для верного самоубийства. Есть другой способ - тонкий щит на кронштейне длиной в неск. сот метров, состоящий из практически незакреплённых порошковых пакетов, диаметром несколько десятков метров каждый, разделённых прочными перегородками, способными выдержать взрывную волну на большом расстоянии от эпицентра. Метеорит попадает в пакет, не передавая импульс кораблю, так как пакет почти не закреплён и сразу начинает рассыпаться, и испаряется вместе с пакетом. Взрывная волна обтекает корабль, отстоящий на безопасном расстоянии за счёт кронштейна, и щит. Перегородки щита не дают поразить соседние пакеты. Выбитую секцию можно даже не заменять, так как вероятность второго попадания в ту же воронку невелика. Как Вам такой способ?

[Denise]

А может изучение Вселенной не нуждается в перелетах?

[bob]

Возможно.

[Mase]

Взрывная волна обтекает корабль, отстоящий на безопасном расстоянии за счёт кронштейна, и щит. Перегородки щита не дают поразить соседние пакеты. Выбитую секцию можно даже не заменять, так как вероятность второго попадания в ту же воронку невелика. Как Вам такой способ?

Просто щит с попавшей частичкой будет постепенно спихиваться в сторону корабля за счет обретения импульса от космических частиц.
И его тоже нужно будет разгонять до скоростей света вместе с кораблем.

Идеально, его конечно же, нужно механически отвязать, а по мере принимания ударов, его спихивание в сторону корабля, компенсировать небольшими корректирующими импульсами со стороны корабля.
Если к нему приделать сзади свой двигатель подешевле, или, время от времени посылать к нему небольшие автономные двигатели, которые нежалко.
А вообще, вперед надо посылать штрафбат.

В целом же, надо выяснить затраты, сколько импульса надо создать, дла поддержания щита.

M - масса корабля вместе с щитом
v - околосветовая скорость корабля
A - сечение щита/корабля в плоскости перпендикулярной движению
L - путь от звезды до звезды
V = A*L - объем встречающийся на пути
Ro - плотность межзвездного газа

m = Ro*V - масса собираемых пылинок, которую нужно разогнать до скорости корабля. Интересно, какая межзвездная плотность и какого порядка эта величина в кг, если например Сечение корабля ~ 10000 m^2, ~100m в диаметре.

Вообще-то исходя из таких соображений - космический корабль для дальних перелетов нужно делать ввиде поезда - с малым сечением

импульс, энергию требуемую для разгона попавшихся частичек - нужно рассчитать с учетом релятивизма.

Задача:
В системе отсчета корабля - это постепенное столкновение массы m всей пыли летящей со скоростью около "v" (~ с)
с неподвижной M (масса корабля вместе с щитом). Нужно эффективно продолжать ускорение по величине эквивалентное торможению.
Посчитать силу в собственной системе отсчета для поддержания нулевой скорости и умножить на "видимый сокращенный" путь в собственной системе отсчета корабля = энергия.
КПД небольшое, в общем надо посчитать.

пусть m << M, тогда

"подавленный" импульс p ~ mc*K, где m - масса всего газа, v ~ c - скорость встречного газа, К = 1/sqrt(1-v^2/c^2) - коэффициент выигрыша по времени в путешествии, если сравнивать с неподвижным наблюдателем.
Например, если за счет релятивистского замедления времени мы выигрываем в K ~ 10 раз, то и импульс придется примерно во столько же раз больший встретить на пути - это легко показать из формул.

Тогда сила торможения F ~ p/t, где t - время путешествия с т.з. космонавтов = сокращенное расстояние/скорость света:
t ~ (L/K)/с

Отсюда, требуемая "чистая" энергия (без учета плохого КПД, который сделает только хуже) будет:

E ~ F*(L/K) ~ p/t * (L/K) = p*c = mc^2 * K.

Т.е. энергии столько, сколько нужно на аннигиляцию всего встречного вещества, умноженное на коэффициент выигрыша по времени путешествия

[Тать]

bob
Итак, список основных трудностей, в том числе фундаментальных. Опубликовано: сегодня в 13:28:40
Я подумал и, кажется, решил проблему-5. Опубликовано: сегодня в
17:26:30
Быстро однако!   По два часа на проблему и к утру все ОК!

Есть другой способ - тонкий щит на кронштейне длиной в неск. сот метров, состоящий из практически незакреплённых порошковых пакетов, диаметром несколько десятков метров каждый, разделённых прочными перегородками, способными выдержать взрывную волну на большом расстоянии от эпицентра.
Первый же взорвавшийся пакет разрушит соседние - аннигиляция все таки! И этот мусор разрушит корабль.

Метеорит попадает в пакет, не передавая импульс кораблю, так как пакет почти не закреплён  если почти не закреплен - не выдержит ускорения корабля и отвалится.
И импульс будет в любом случае. Приведите цифры, массы, ускорения, макс. масса метеорита и его скорость(импульс) которые этот щит выдержит.

1. Отсутствие возможности развить энергию аннигиляции. а как ее использовать для движения? Есть способы, кроме реактивного? Которое для межзвездных не годится.

[Дрюша]

Ну, пылинка/песчинка, она скорее всего просто прошьёт навылет... Вот, если тебя (хоть сквозь сердце, хоть сквозь мозг) проткнуть насквозь иглой толщиной 1 мкм... Ты это даже не заметишь!

И всё же, имхо, не за чем летать слишком быстро, быстрее 500-1000 км/с. Гораздо проще влезть в свой генетический код, найти там, где напрсано "Stop; End.", и заменить его на GoTo куда-нибудь лет на 25. И тогда, будучи бессмертным, летать куда угодно, и не париться по поводу субсветовых скоростей...

[Mase]

Ну, пылинка/песчинка, она скорее всего просто прошьёт навылет... Вот, если тебя (хоть сквозь сердце, хоть сквозь мозг) проткнуть насквозь иглой толщиной 1 мкм... Ты это даже не заметишь!

И всё же, имхо, не за чем летать слишком быстро, быстрее 500-1000 км/с. Гораздо проще влезть в свой генетический код, найти там, где напрсано "Stop; End.", и заменить его на GoTo куда-нибудь лет на 25. И тогда, будучи бессмертным, летать куда угодно, и не париться по поводу субсветовых скоростей...

Это самое идеальное, если песчинка пройдет навылет, не провзаимодействовав, тогда можно считать что ее и не было.
А искать нужно во всех направлениях и оптимизировать как генетику так и механику.

[AlAn]

И всё же, имхо, не за чем летать слишком быстро, быстрее 500-1000 км/с. Гораздо проще влезть в свой генетический код, найти там, где напрсано "Stop; End.", и заменить его на GoTo куда-нибудь лет на 25. И тогда, будучи бессмертным, летать куда угодно, и не париться по поводу субсветовых скоростей...

Да! Такому бессмертному космонавту придется изрядно поскучать во время перелета.

[Markab]

Да! Такому бессмертному космонавту придется изрядно поскучать во время перелета.

Вы не учитываете о возможность анабиоза.
Например, медведи в спячку впадают, но нам это не годится - у них хитрый метаболизм. Одна из пород лягушек(забыл название) замерзает вместе с водой, а потом отмерзает и живет как ни в чем не бывало. Правда у нее глюкозы в крови много. Но наиболее значимое состоит в том, что мозг после подобной заморозки/спячки нормально работает, т.е. сохраняются все рефлексы.
Может и для людей что то придумают?

[bob]

1. Просто щит с попавшей частичкой будет постепенно спихиваться в сторону корабля за счет обретения импульса от космических частиц.
И его тоже нужно будет разгонять до скоростей света вместе с кораблем.

2. Идеально, его конечно же, нужно механически отвязать, а по мере принимания ударов, его спихивание в сторону корабля, компенсировать небольшими корректирующими импульсами со стороны корабля.
Если к нему приделать сзади свой двигатель подешевле, или, время от времени посылать к нему небольшие автономные двигатели, которые нежалко.
А вообще, вперед надо посылать штрафбат.

В целом же, надо выяснить затраты, сколько импульса надо создать, дла поддержания щита.

Для отражения газа эта штука не годится. Над газом ещё надо подумать. Она задумана именно для периодических (довольно редких) встреч с твёрдыми частичками.
1. Секцию щита должно разнести сразу. Чтобы она приближалась медленно, её нужно оторвать и бомардировать пылью диаметром порядка миллимикрон.
2. Идея независимого движка для щита мне тоже приходила в голову. Так сказать проходческий щит впереди поезда роет туннель Минус - движок щита будет плохо защищён и погибнет быстро. Поэтому я и предложил кронштейн, который просто устроен и его труднее повредить.
3. Толщина щита должна быть порядка максимального размера частицы, которую Вы намереваетесь отразить. Таким образом, на пути частицы будет эквивалентная ей масса. Напомню, что идея щита не в защите от пробоя, а именно в успешном пробое, который заменит удар точечной частицы потоком сильно замедленной плазмы. Направленный импульс частицы рассеется в почти полном сферическом угле.

[bob]

Первый же взорвавшийся пакет разрушит соседние - аннигиляция все таки! И этот мусор разрушит корабль.

Крупного мусора в щите допускать нельзя. Например - полиэтиленовый пакет, наполненный микронным мелкодисперсным порошком (типа чернил для принтера) с высокой теплоёмкостью, который при столкновении полностью превратится в пар.

[bob]

Вот, если тебя (хоть сквозь сердце, хоть сквозь мозг) проткнуть насквозь иглой толщиной 1 мкм... Ты это даже не заметишь!

Если эта игла будет иметь температуру порядка миллиарда градусов - тогда точно не успею заметить То есть допускать касания иглы и механизмов корабля нельзя. Её надо сначала преобразовать в рассеянное газовое облако.

[bob]

Чтобы не допустить повреждения соседних секций, можно сделать экран сменным - взорвался один, ему на смену из-за носовой брони достают другой

[bob]

1. если почти не закреплен - не выдержит ускорения корабля и отвалится.
2.И импульс будет в любом случае.
3.Приведите цифры, массы, ускорения, макс. масса метеорита и его скорость(импульс) которые этот щит выдержит.

1. В инерциальном полёте или на малой тяге не должен. На случай больших ускорений нужны фиксаторы или при них придётся рисковать, убирая щит.
2. Будет. Вопрос в его распределении. При полном испарении пакета направленный импульс распределится по всему облаку взрыва. Кораблю достанутся сотые доли, в зависимости от расстояния до щита и его конструкции.
3. Цифры не важны, так как мы не знаем скорости. Близко к световому порогу каждый сантиметр в секунду даёт изменение прироста релятивистской массы в десятки раз. Косвенно я ответил выше: "Толщина щита должна быть порядка максимального размера частицы, которую Вы намереваетесь отразить. Таким образом, на пути частицы будет эквивалентная ей масса. Напомню, что идея щита не в защите от пробоя, а именно в успешном пробое, который заменит удар точечной частицы потоком сильно замедленной плазмы. Направленный импульс частицы рассеется в почти полном сферическом угле." То есть это - максимум того, что мы можем сделать. Хотите, по максимуму, остановить частицу диаметром 1 мм и массой 0,1 грамм, плотность щита должна быть 0,1 грамм на квадратный миллиметр или около того. Это - частичная гарантия перехода направленной энергии удара в тепловую ненаправленную.

[bob]

Вообще, эта идея мне навеяна активной танковой бронёй. Лучше подорвать на себе взрывпакет большой мощности, чем возиться с гораздо более слабой, но точечной кумулятивной струёй.
Разница в том, что в случае субстветового полёта, нет материала, способного задержать продукты взрыва при лобовом ударе метеорита. И защититься можно только расстоянием, за счёт разрежения.

[markal]

Темы, посвящённые возможности межзвёздных полётов во всех разделах форума давно умерли. Поэтому рискну завести новую. Итак, список основных трудностей, в том числе фундаментальных.

Я добавил бы к трудностям межзвездных полетов проблему "разумного" возвращения.
Ведь возникла бы огромная разница во времени вылета-возвращения, и обмен информацией был бы бессмысленным.

Это что-то вроде того, что сейчас прилетел бы на Землю некий неандерталец, и начал бы нам нечто сообщать. Например, про то, что, оказывается (как он понял по наблюдениям в полете), если на тело не действуют никакие силы, то оно сохраняет свое первоначальное движение.

А если серьезно, то я думаю, что Земля является не только колыбелью человечества, но и его могилой.

Марк

[bob]

Есть ещё вариант с панацеей и против газа - небольшой носовой движок, включающийся после достижения максимальной скорости так, чтобы не встретиться с собственным выхлопом. В ИСО налетающей пыли и газа его действие будет сокрушительным по той же причине, которая описана выше. Если добавить к нему источник радиоволн, например локатор, можно побороться и с заряженными частицами космического излучения, разметая их от носа. Минус - постоянная работа двигателей и носового и кормового.

[andrey.fedorov]

Вспомнилось - "АЛЕКСЕЙ БАРОН - ЭПСИЛОН ЭРИДАНА"

"Аркад" трудолюбиво огибал область скопления пыли, газа, глыб льда и углистых хондритов, этого невостребованного материала мироздания. Строительный мусор подобного рода окружает каждую планетную систему.

К счастью, законы того же мироздания располагают его по периферии систем, преимущественно в плоскости эклиптики. Избежать опасности довольно просто - необходимо направить корабль под безопасным углом сближения. И в девятистах девяноста девяти случаях из тысячи этого достаточно. Но космос есть космос, случаются и неожиданности. В виде дрейфующих облаков, например.

   Одно из них преградило путь "Аркаду". И хотя звездолет все сильнее забирал в сторону, стараясь обойти его край, облако попалось большущее. Жень Ши поднял мощность бортовых эжекторов электронов до максимума. Вылетая из них, ионизирующие лучи тянулись на десятки тысяч километров, разбивая встречные атомы. Образующиеся ионы натыкались на электромагнитное поле корабля. Получалась упругая среда, тормозящая межзвездный грузовик. Уже несколько часов "Аркад" убивал свою скорость таким способом. Но инерция околосветового полета огромна, быстро погасить ее невозможно. Поэтому грозное облако приближалось.

   Все больше частиц высокой энергии пробивало и защитное поле, и все слои обшивки. В кабине, отмечая их пролет, щелкал радиометр. За время вахты к его звукам привыкают, перестают замечать. Но только в том случае, если частота щелчков не меняется.

   - Напряженность внешнего магнитного поля возросла на полтора процента, - объявил софус.

   Жень Ши, чутко дремавший в своем кресле, открыл глаза.

   - Что, начинается?

   - Не знаю, - сказал Арамаис. - Полтора процента всего. Возможно случайное колебание.

   Старпом покачал головой.

   - Нет. Мы пересекли магнитную границу облака. Пора тормозиться еще жестче, капитан. Скоро начнется пыль.

   Арамаис вздохнул и перевел регулятор на два деления, до максимума.

Вся свободная энергия реактора полилась в тормозное поле.

   Борясь с возросшей тяжестью, в рубку друг за другом пробрались Чан, Арлетт, Ма-Ма и бортинженер Норрис Грегг. Без лишних вопросов они заняли штатные места.

   - Я проанализировал сообщения "Фламинго", - сообщил Чан. - Небольшие изменения магнитного поля отмечались и при его пролете.

   - Мне следовало обратить внимание, - удрученно сказал Жень. – Это случилось во время моей вахты.   

   Арамаис взглянул на диаграмму.

   - Ноль и три десятых процента. Ерунда. Вряд ли из-за этого стоило менять курс. Не расстраивайся.

   Жень покачал головой.

   - Спасибо за поддержку, но...

   - Не выслать ли дестроер? - спросил Арамаис, направляя разговор в другое русло.

   - Это делается на неизученных трассах, - удивилась Ма-Ма.

   Действительно, спутник-уничтожитель, или дестроер, обычно "вел" корабли в случае первого полета к звезде. На борту "Аркада" он вообще оказался случайно, в качестве груза, предназначенного для оснащения "Звездного Вихря", корабля новой исследовательской экспедиции к далекой звезде Ахернар, или Альфе Эридана. Груз был чужой, но Арамаис принял решение его использовать, даже если им придется пожертвовать. Жизни людей дороже любой техники.

   - У нас по курсу облако, малыш, - сказал он.

   - А если оно не такое уж серьезное? Жалко терять дорогую машину.

Затормозиться она не сможет. Больше двухсот тысяч километров в секунду, как-никак.

   - Да, если дестроер не погибнет в облаке, его придется взрывать.

http://www.litportal.ru/index.html?a=2106&t=10594

[Stepa]

Лучше подорвать на себе взрывпакет большой мощности, чем возиться с гораздо более слабой, но точечной кумулятивной струёй.

Вообще, вопрос интересный. Струя продуктов оказывается сфокусированной чисто за счет сохранения импульса. Погружение такой струи в рой частиц может вызвать забавный эффект - то, что летело "с краев" этого конуса уйдет именно за счет взаимодействия с роем частиц, а центральный цилиндр останется.