Для зондов всё это здорово.
Но если у нас не зонд - то его в конце пути надо тормозить.
И всё для торможения он должен нести с собой.
Предлагаю небольшой расчет на два дизайна
1 Дизайн = зонд массой 100 тонн из вольфрама. В фокусе идеально сгорает материя Е=мс2. И нагревает зонд до температуры 2700 К.
2 Дизайн = реактор+ СВЧ излучатель светит в "трубу" . В трубу подаются расходные зеркала массой 10 тонн, что свободно движутся по трубе за счет сил радиационного давления. Запас зеркал = 90 тонн. Труба - это СВЧ резонатор с добротностью на 10 порядков. Это типа фотонной ракеты с рекуперацией энергии и коэффициентом умножения тяги на 10 порядков.
Длина трубы может быть хоть миллион километров, так как вместо трубы можно использовать концепт фокусировки СВЧ микроволн на фазированных решетках или как то иначе. Просто ставим в исходные данные, что длина СВЧ резонатора может быть от 100 м до миллиарда метров.
3. Сначала оценим ТТХ вольфрамовой ФР. Примем, что 1 м2 зеркала из вольфрама может отвести ИК удельно 1 МВт/м2 при температуре черного тела 2700 К. Для зеркала 100 тонн выберем площадь = 5195 м2 при толщине стенки 1 мм.
Тогда предельная мощность в фокусе = 1 МВт/м2* 5195 м2 = 5.195 ГВт.
Тогда тяга ракеты = 2Р/с = 35 Н.
Расход антиматерии = 5,77 *10
-8 кг в секунду (делим 5.195 ГВт на 9*10
16 Дж)
Сразу посчитаем к.п.д на 1 секунде полета. Разделим кинетическую энергию ФР на расход Дж в ее фокусе.
Скорость ракеты = (35 Н/100 тонн * 1 сек) =3,46*10
-4 м/с
Кинетическая энергия = 6*10
-3 Дж, а расход энергии = 5.195 ГДж.
К.П.Д = 6*10
-3 Дж / 5.195 ГДж = 1,15 * 10
-10 %
Зонд массой 100 тонн будет тормозиться с ускорением 3,46*10
-4 м/с
2 и если потратить 1000 кг антивешества то
Время торможения = 1000/ 5,77 *10
-8 кг = 1,73 *10
10 сек
Скорость зонда уменьшится на 3,46*10
-4 * 1,73 *10
10 сек = 6000 км/сек. За 1000 лет. Нормально, нет проблем.
Теперь смотрим на 1 дизайн.
В "трубе" на подвижное зеркало будет действовать сила радиационного давления на уровне 1000 Н/кВт СВЧ мощности.
Допустим, практичный реактор массой 10 тонн создает 1Мвт полезной мощности СВЧ и тяга привода автоматом становится 1 000 000 Н.
Дальше все просто, считаем по Циолковскому, через логарифм начальной и конечной массы.
Начальная масса 100 тонн, конечная 10 тонн. Для зеркала массой 10 тонн в трубе создается ускорение = 100 м/с2.
При длине трубы = 10
9 м , время пролета зеркала по трубе = 4472 сек.
Это значит, что массовый расход пропеллента = 10 000 кг/4472 сек = 2,24 кг/сек.
Удельный импульс = Тяга/массовый расход = 1000 000 Н/ 2,24 кг/сек = 447 213,6 м/с.
Численно совпадает со скоростью зеркала на выходе из "трубы" = ускорение * время пролета = 100 * 4472 сек. = 447200 м/с
Тогда скорость зонда уменьшится до447 213,6 * ln (100/10) = 1029 км/с.За время полета = 4472 сек * 10 шт = 44721 сек.
к.п.д = 4.95 *10
16/ 1000 000 * 4472 =
1,11*108 %К.п.д больше 100% в 100 миллионов раз. Это фактически коэффициент повторного использования СВЧ микроволн за счет рекуперации энергии.
Интересно то, что длина "трубы! может быть всего 100 метров, если масса зеркала = 1 грамм (кусочек фольги). Это просто изменяет расчет массового расхода "зеркал" через "трубу" и дальше уже идет сопромат с теплотехникой, так как зеркала массой 1 грамм полетит с ускорением 1*10
9 м/с
2 и как то испарится до состояния плазмы за 44,7 миллисекунды (это время пролета кусочка фольги по 100 метровой трубе , когда сила давления 1 МН.) Но плазма тоже отражает микроволны, так что сопромат можно послать лесом.
А к.п.д не предел - мы видели, что у ФР он 10
-10%. И рекуперация в идеале позволит увеличить тягу ФР на 12 порядков до с 6,67 наноН/Вт до 6670 Н/Вт
или 6 * 10
6/ кВт или 6*10
9 Н/МВт.
100 тонный зонд на таком моторе с тягой 6 000 000 000 Н затормозит зонд на
1 граммовых зеркалах на 80 000 км/с.
При массовом расходе 173 кг/сек с УИ 35 000 000 М/с и ускорением торможения на зонде = 60 км/с2. И придется увеличивать массу зонда на 4 порядка, что бы выйти на комфортные 1 же и т.п.
