Возможные движки

[Александр Овчар]

Это с какими потерями он столько живет от исходных джоулей ?

Тут нет ничего удивительного.  Что такое СВЧ резонатор? Это как рамка с током, где множество рамок склеили в волновод и закрыли заглушкой.  Это тот же дроссель или катушка индуктивности с емкостью - контур.

Вспоминаем школьный опыт - цепь питания простой лампочки от батарейки на 4.5 В включен дроссель. Ламочка зажигается с задержкой после замыкания цепи и гаснет медленно - после обрыва питания. Это видно невооруженным глазом, без всяких там измерителей.

Дроссель запасает в себе порцию Джоулей  и отдает их током  на  сопротивление нагрузки. А размер порции зависит от индуктивности - то есть от геометрии - числа витков и их размеров.
И для воздушных дросселей (без магнитного сердечника) - вольт-амперная характеристика точно линейна.

Есть мнение что СВЧ резонатор может запасать 1000 Дж/см3.  Время хранения - ограниченно потярями в СП стенках. Это малые потери для сверхпроводниках.   И потери - это зависит  от квадрата (площади) а запас Дж - от куба (размера). Чем больше размер резонатор а- тем меньше потерь и это нам всем дар от вселенной.

[Александр Овчар]

Время жизни фотона (микроволнового пульса)  = 0,12 секунд.

А потом чё с фотоном происходит? Превращается в прекрасную принцессу?
Ребяты, ну давайте или грамотно выражаться, или объяснять свой фолклёр. Ну по мозгам режет

Ну вот тут же была вся техническая информация. (см статью на элементы)

Что бы не быть голословным - вот описание реального дизайна, за который дали Нобель по физики за 2012 г.

https://www.researchgate.net/publication/224404796_Ultrahigh_finesse_Fabry-Perot_superconducting_resonator

популярно тут

https://elementy.ru/novosti_nauki/431910/Nobelevskaya_premiya_po_fizike_2012



Одно из зеркал для медного микроволнового резонатора со сверхпроводящим ниобиевым покрытием, обладающего рекордно высокой добротностью Q = 4,2·10¹⁰. Резонатор был изготовлен в лаборатории Сержа Ароша (S. Kuhr et al. Appl. Phys. Lett. 90, 164101 (2007)); время жизни микроволнового фотона в нём составляло 0,13 секунды

тоже самое но , вид с боку

https://www.researchgate.net/publication/224404796_Ultrahigh_finesse_Fabry-Perot_superconducting_resonator


Фотография сборки полости со снятым верхним зеркалом. Путь атомного пучка показан стрелкой. Четыре стойки используются для крепления верхнего зеркала. Пьезоэлектрические приводы, центрированные белыми тефлоновыми цилиндрами, окружают стойки.

[Андрей 2]

Немного отойду от темы, очень хочется узнать, допустим собрали на орбите эту махину - пушку Гаусса, стреляющую заострёнными оперёнными блванками из стали калибром 500мм и весом около полутонны, предположим она покидает ствол пушки со световой скоростью и на дистанции примерно 50000000 км попадает в астероид километрового размера, произойдёт ли взрыв в классическом понимании или это будет что то типа аннигиляции, по типу материя - антиматерия ?

[Алексей Николаевич.]

А зачем в космосе оперение и заостренность?
Ну и до световой что то я сомневаюсь что можно разгонять...
Хотя бы до 1/10 световой.
И да, видимо порядки температур и плазмы,будет вроде термоядерного...

[Андрей 2]

А зачем в космосе оперение и заостренность?

Там повсюду разреженный газ, на таких скоростях даже он без оперения и обтекаемой формы приведёт к дестабилизации его в полёте.

Ну и до световой что то я сомневаюсь что можно разгонять...
Хотя бы до 1/10 световой.

Для пушки Гаусса максимальная теоретически возможная скорость - скорость света, примите это как допущение.

[Dem]

на дистанции примерно 50000000 км попадает в астероид километрового размера

Сначала будет астероид с аккуратной сквозной дырочкой в 500мм, сколько поперечного импульса получится передать краям этой дырочки - ХЗ

[Ph_user]

потом чё с фотоном происходит? Превращается в прекрасную принцессу?

Может тухнет ниже предела чувствительности приборов. И еще фотон вправе купить на свои джоули паре частица + античастица из условной пустоты и уже перестать летать на скорости света. Ну если джоулей хватат на оплату такой покупки. Как раз у зеркала там есть атомы с полями чтобы оттуда взять нужный еще импульс.

В смысле движителя полезно обратное дело - поменять пару частица + античастица на фотон и дать фотону улететь наружу на скорости света. Из выхлопной трубы будет дуть фотонами с джоулями порядка 1е-13 в каждом.

[Ph_user]

СВЧ резонатор может запасать 1000 Дж/см3. 

После особо могучих полей даже на достижимой пустоте - пустота будет жрать джоули и бросать вместо них частицы. Потечет ток с расходом на них джоулей и ой добротности резатонатора. Ну а когда там даже нету годной пустоты - так из газа полетят частицы для тока потерь еще быстрее.

Ну а когда там вообще стенки резонатора из веществ реальных - так из них электрополе вытащит электроны даже из холодных очень быстро. Скорее быстрее начала вытаскиваний частиц из пустоты.

[Александр Овчар]

СВЧ резонатор может запасать 1000 Дж/см3.

После особо могучих полей даже на достижимой пустоте - пустота будет жрать джоули и бросать вместо них частицы. Потечет ток с расходом на них джоулей и ой добротности резатонатора. Ну а когда там даже нету годной пустоты - так из газа полетят частицы для тока потерь еще быстрее.

Ну а когда там вообще стенки резонатора из веществ реальных - так из них электрополе вытащит электроны даже из холодных очень быстро. Скорее быстрее начала вытаскиваний частиц из пустоты.

Вот тут у Куракина статья от 2011 г - в сжатом виде обсуждает СВЧ резонаторы для ускорения частиц
https://disk.yandex.ru/i/zF-AeLm5Dy41mA

Обратите внимание на расчет тепловых потерт в СП резонаторе = всего 0.1 Вт возможно, а мощность источника СВЧ требуется именно для компенсации потерь (см расчет для медного резонатора)

А тут  основной материал = Диденко_Сверхпроводящие ускоряющие резонаторы
https://disk.yandex.ru/i/JYVni4_CkVDZ1Q
Всех интересует ускоряющий потенциал - видят практическое значение на 25-40МВ/м. А сколько там Дж сидит в полости - как то не очень важно для них.  У Диденко есть много таблиц с реальными ТТХ.

У Куракина есть инфо об ускорителе с  рекуперацией электронов.

Если есть время - попробуйте разобраться с этими Джоулями.

[Александр Овчар]

Лазерные моторы.  (просто для прочтения кому интересно)

Есть архив статей, вот одна из них
2006 = Лазерный двигатель на основе эффекта резонансного объединения ударных волн
https://quantum-electronics.ru/wp-content/uploads/2006/6/13188.pdf

или

Лазерное ускорение тонких мишеней
https://cyberleninka.ru/article/n/lazernoe-uskorenie-tonkih-misheney/viewer

или

Егоров =  Проекты космических аппаратов с лазерной тягой для
https://isu.ifmo.ru/pls/apex/f?p=2109:0:0:DWNLD_F:NO::FILE,FDIS:AB1E242E7FBD869B1F73695533C018EB,M

Резунков СПб Лазерные технологии для космоса
https://bibl.laser.nsc.ru/download/202-493all-1.pdf

[Андрей 2]

И подстанцию инвертерную... с дворец культуры

Зачем такую большую? насколько мне известно, у данного орудия катушки включаются не одновременно, а последовательно, одна за другой, всё быстрее и быстрее, на минимальные промежутки времени, там по идее всё будут решать сборки конденсаторов, которые могли бы заряжаться от аккумуляторов, а те в свою очередь от небольшого реактора и солнечных батарей.

[Александр Овчар]

и на дистанции примерно 50000000 км попадает в астероид километрового размера,

Пенетраторы

или см. фрагмент

Пенетраторы разрабатывались для лунных миссий [2] и для исследования Марса [3]. Все эти устройства способны доставлять на поверхность небесных тел аппаратуру, которая выдерживает ударную нагрузку в несколько десятков тысяч единиц. Поэтому рабочая скорость встречи пенетратора с твердой поверхностью ограничена сотнями метров в секунду. Пенетраторы, разработанные для лунных и марсианских миссий, не могут быть применены без предварительного торможения.
Для того чтобы повысить допустимую скорость встречи пенетратора с объектом исследования, необходимо разработать исследовательскую аппаратуру, выдерживающую ударную нагрузку в миллионы «же». Очень перспективные пути для этого были использованы конструкторами миссии MoonLITE [4]. Они предложили на время транспортировки превращать доставляемую аппаратуру в монолитное изделие без пустот и подвижных элементов путем их заливки твердым компаундом, а после остановки пенетратора — испарять компаунд и восстанавливать аппаратуру в начальном рабочем состоянии. В качестве материала для компаунда было предложено использовать нафталин, который полностью испаряется при нагревании. Проведенные испытания показали эффективность этого метода: пенетратор на скорости в несколько километров в секунду внедрялся в ледяную мишень, и после этого вся размещенная в пенетраторе аппаратура оказалась работоспособной. Ударные ускорения в эксперименте составили около 1,5 млн единиц.
..
[4] Hopf S., Kumar W.J., Karl W.T. Pike “Shock protection of penetrator based instrumentation via a sublimation approach”. Advances in Space Research 45, 460–467, 2010.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S027311770900550X

В этой статье мы представляем инновационный метод защиты от ударов, который подходит для использования в ряде планетарных сред , основанный на временной инкапсуляции указанных компонентов в воскообразное твердое вещество, которое затем может быть сублимировано, чтобы вернуть прибор к его нормальной работе. Мы экспериментально проверили этот метод с использованием микрообработанных кремниевых суспензий при приложенных ударных нагрузках до 15 000 г и обнаружили, что они смогли выжить без получения повреждений. Кроме того, измерения коэффициента качества, проведенные на этих подвесках, показывают, что их механические характеристики остаются неизменными при инкапсуляции и последующем процессе сублимации.

еще поиск по терминам типа
penetrator-based instrumentation
пример
или тут
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/penetrator==быстрый обзор может показать идеи типа
..

Пенетратор с заполнением криогенным льдом может обеспечивать доставку научной аппаратуры при скоростях соударения не больше 2–3 км/с. Этого достаточно для сброса пенетраторов на поверхность Луны с окололунной орбиты, но недостаточно для взаимодействия с космическими телами на встречных траекториях, когда скорости встречи превышают десятки километров в секунду.
Мы предлагаем конструкцию пенетратора, способную преодолеть это ограничение. Если пенетратор будет выполнен в виде прочного стержня, который одним концом встречается с мишенью, то он, естественно, будет разрушаться в точке соприкосновения с мишенью. Правда, при этом большая часть кинетической энергии пенетратора будет расходоваться на разрушение материала мишени. Высокое давление испаренного при столкновении вещества в точке соприкосновения не может разрушить пенетратор сразу. Волна разрушения будет проходить по нему с относительной скоростью движения пенетратора относительно точки соприкосновения с веществом мишени. Она падает по мере расходования кинетической энергии пенетратора. При этом по телу пенетратора со скоростью звука в его веществе распространяется волна давления, которое тормозит неразрушенную часть пенетратора. Поэтому можно так рассчитать длину пенетратора, чтобы его хвостовая часть с полезной нагрузкой затормозилась до скорости звука в нем раньше, чем весь пенетратор будет разрушен. В результате полезная нагрузка в пенетраторе, защищенная от перегрузки криогенным льдом, будет доставлена на мишень в рабочем состоянии.

Что дальше. Берете некий предел прочности обычного базальта/гранита т.п. и оцените расход энергии на пробой условно толстой плиты. Возьмите как то с потолка, с запасом десятикратном. Получится что то типа 10⁸ Дж/м2.
Пусть ваш пенетратор имеет сечение условно 10..0 м2. И поделите кинетическую энергию снаряда на эти удельные джоули.

Допустим начальная энергия снаряда = N Дж. Это все потратится на пробой толстой плиты. Допустим - за 1000 секунд. Значит тело будет тормозиться с начальной скорости до нулевой конечной за эти 1000 сек и уже понятно ускорение торможения. Сразу узнаем "силу торможения"  что за 1000 сек остановит снаряд.  Тогда это будет работа силы на пути = толщине плиты.

Делим начальные Дж на Силу торможения  узнаем примерно = возможную толщину плиты или глубину дырки в астероиде.

Короче можно на пальцах считать.. просто так, для первой оценки.

[Андрей 2]

В общем в том что это вещь весьма перспективная ( в плане размещения её на орбите) у меня сомнений нет, пробовал рассчитать длинну ствола на обеспечения околосветовой скорости,

 И того получилось 39 км, это для световой скорости, в принципе это осуществимо, в том числе и сейчас, но расчёт очень приблизительный, там слишком мало данных, и слишком много допущений.

[cryon]

Это с какими потерями он столько живет от исходных джоулей ?

Тут нет ничего удивительного.  Что такое СВЧ резонатор? Это как рамка с током, где множество рамок склеили в волновод и закрыли заглушкой.  Это тот же дроссель или катушка индуктивности с емкостью - контур.

Вспоминаем школьный опыт - цепь питания простой лампочки от батарейки на 4.5 В включен дроссель. Ламочка зажигается с задержкой после замыкания цепи и гаснет медленно - после обрыва питания. Это видно невооруженным глазом, без всяких там измерителей.

Дроссель запасает в себе порцию Джоулей  и отдает их током  на  сопротивление нагрузки. А размер порции зависит от индуктивности - то есть от геометрии - числа витков и их размеров.
И для воздушных дросселей (без магнитного сердечника) - вольт-амперная характеристика точно линейна.

Есть мнение что СВЧ резонатор может запасать 1000 Дж/см3.  Время хранения - ограниченно потярями в СП стенках. Это малые потери для сверхпроводниках.   И потери - это зависит  от квадрата (площади) а запас Дж - от куба (размера). Чем больше размер резонатор а- тем меньше потерь и это нам всем дар от вселенной.

А можно прикинуть по удельной мощности на кг полной массы характеристику работы + характерное время работы чтобы дать оценку скорости получившегося движка и массы полезной нагрузки, то что чем больше резонатор тем лучше понятно, но сколько конкретно скоростно массовых характеристик у него?

Хотя бы какой из двух дизайнов основной? Где меньше полезная масса нагрузки так как для начала нам большая масса не нужна.

Ваше сообщение содержит дорогую антиматению сходную массу полезной нагрузке и меньшую скорость полета при быстром разгоне чем у моего фотореактора, но в принципе можно извлечь больше из большого резонатора же:

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*1016 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/с2 и если потратить 1000 кг антивешества то

Время торможения  = 1000/ 5,77 *10-8 кг = 1,73 *1010 сек

Скорость зонда уменьшится на 3,46*10-4 *  1,73 *1010 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 = 109 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 *1016/ 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*109 м/с2 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 * 106/ кВт  или 6*109 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.

[Konstantin Schtsch]

>>Dum
Нет ну построить дорогу в космосе это идея.
Это конечно тема, но нужна дорога к звездам, а это не реально.

Да чуть ли не более реальная чем паруса и тем более ракеты:
Допустим, нам надо ну вот прям трафик-грузопоток, комфортабельные океанские лайнеры в 200 тыс тонн каждый.
Возьмём пол-световой в начале, и весь путь торможение. Магнитной петлей о межзвездный газ, например, или о такую же конструкцию в конце.
Ускорение 2G ~100 дней потерпят. Тогда нам надо разгонный путь ~0,06 светогода. С поправкой на релятивистские эффекты - 0,075светолет
Считаем толщину троса, об который будем разгонять лайнер, стекловолокно сегодняшнего дешевого качества 3000МПА на разрыв - переплавленные астероиды.

(кликните для показа/скрытия)

Масса одного лайнера (m): 200 000 т = 2 × 10⁸ кг

Ускорение (a): 2g ≈ 19.6 м/с²

Предел прочности материала (σ): 3000 МПа = 3 × 10⁹ Па

Количество лайнеров (n): 1 (для расчета сечения одного троса)

1. Расчёт силы на один трос
Сила, которую должен выдерживать трос при разгоне одного лайнера с ускорением 2g, рассчитывается по Второму закону Ньютона:

F = m * a

F = (2 × 10⁸ кг) * (19.6 м/с²) = 3.92 × 10⁹ Н

Вывод: Трос должен выдерживать силу примерно 3.92 миллиарда Ньютонов.

2. Расчёт необходимого поперечного сечения троса
Мы используем формулу для механического напряжения:
σ = F / A
где A — это площадь поперечного сечения.

Выразим площадь:
A = F / σ

Подставим значения:
A = (3.92 × 10⁹ Н) / (3 × 10⁹ Па) ≈ 1.307 м²

Вывод: Площадь поперечного сечения троса должна быть не менее ~1.3 квадратных метра.

3. Расчёт диаметра троса (считаем сечение круглым)
Формула площади круга: A = π * (d/2)² = π * d² / 4

Выразим диаметр (d):
d² = (4 * A) / π
d = √( (4 * A) / π )

Подставим значение площади:
d = √( (4 * 1.307) / 3.1416 ) ≈ √( 5.228 / 3.1416 ) ≈ √1.664 ≈ 1.29 метра

Вывод: минимальный диаметр одного троса из стекловолокна должен быть около 1.29 метра.
ок, возьмем тройной запас, или три нитки - провода:

(кликните для показа/скрытия)

Площадь сечения (A): 3.9 м²

Длина (L): 0.075 световых года

Плотность стекловолокна (ρ): ~ 2500 кг/м³ (возьмем значение для стеклопластика, так как это смола + волокно)

2. Переведём длину в метры:

1 световой год ≈ 9 461 000 000 000 000 м = 9.461 × 10¹⁵ м

L = 0.075 × (9.461 × 10¹⁵ м) ≈ 7.096 × 10¹⁴ м

3. Рассчитаем объём троса (V):

V = A × L

V = 3.9 м² × 7.096 × 10¹⁴ м ≈ 2.767 × 10¹⁵ м³

4. Рассчитаем массу (m):

m = ρ × V

m = 2500 кг/м³ × 2.767 × 10¹⁵ м³ ≈ 6.918 × 10¹⁸ кг

Нехитрый расчёт показывает 6.918 × 10¹⁸ кг - это всего лишь масса какой -нибудь  Диоры после освобожения её от льдов на нужды терраформинга.

 
Мощность для запуска лайнера? В пике ~500 Петаватт, это где-то 4 инсоляции земли. или 2 венерианских.
Суммарная энергия   ~2.6 × 10²⁴ Дж.
С нулевым расходом массы и тройным запасом прочности.

Ок, с солнечными панелями за снеговой линией негусто, зато там колоссальные энергии орбит.
Орбита, скажем, Эриды за один запуск отдаст 0.0024% своей энергии, снизившись на 24 000км.

И ещё: рассчитана точечная нагрузка, но дорога длинная, и сколько лайнеров можно запускать одновремено, и с каким интервалом - это уже вопрос сопромата и энерговодов

[alex_semenov]

Да чуть ли не более реальная чем паруса и тем более ракеты:

Вот что за пад...., пардон, сволочь, вам, бл..., гражданам, ТАК вывернул мозги?
Какой доктор Геббелс? (Люди поверят в самый предельный бред, если им его методично и часто повторять)
Найти бы эту су..., субъекта и публично, в назидание, повесить!
Но хрен там! Не найти. Это именно что "коллективная УМСТВЕННАЯ деятельность толпы невежественных индивидуумов"!
Мифы эпохи, "мудрость народа", "идея брошенная в массы, что девка брошенная в полк", созданная бесконечным повторение подхваченной благоглупости от одного борзописца ("дерь-ма нации") к другому... Испорченный телефон. Но зато, это именно то что "народ хочет слышать" в  этом "телефоне". Теория мемов как она есть!

Ответьте мне, голубчик на такой вопрос.
ПОЧЕМУ парус... и ТЕМ БОЛЕЕ ракета  НЕ РЕАЛИСТИЧНЫ?
Чем РАКЕТА перед вами провинилась так?
Почему надо искать РАДИКАЛЬНО иной подход чем, скажем, та же ракета (оставим парус пока в стороне, хотя, я думаю, суть заблуждения и там и там будет одна)?

[Konstantin Schtsch]

ПОЧЕМУ парус... и ТЕМ БОЛЕЕ ракета  НЕ РЕАЛИСТИЧНЫ?
Чем РАКЕТА перед вами провинилась так?

Начну со второго, с ракет:

(кликните для показа/скрытия)

Цитата: alex_semenov от 24 Окт 2012 [19:12:39]
Цитата: Polnoch_XU от 24 Окт 2012 [17:07:35]
А я разве не именно об этом просила ?

У меня как-то честно запал пропал.
Еще вчера я хотел описать всю драму идеи (смакуя детали). А сегодня - что-то нет  настроения...
Может по ходу повествования разойдусь?

У световых парусов есть две особенности, каждая из которых может при невнимательном взгляде их "утопить". То есть, на беглый взгляд кажется что эту идею и не стоит развивать дальше. И только рассмотрев детльно  межзвездные приводы (то есть рассматривая всю проблему в комплексе) можно показать МЕСТО этой технологии среди всех остальных, возможных. Оно несколько необычно…

Первая особенность или проблема - низкая энергетическая эффективность лазерного движителя. Именно движителя. Рассмотрим идеальный парус на который идеально падает ВЕСЬ разгоняющий его лазерный луч.
Сила давления луча в этом идеальном случае F=2W/c. Удвоенная мощность излучения деленная на скорость света (Из, кстати, знаменитой E=mc2). Сразу оговоримся. Мы будем тут пользоваться далее  классическим приближением физики. Нам этого достаточно. И из школьной классической физики нам надо вспомнить что v=at (и t=v/a), что F=ma (поэтому a=F/m), и что затраченная на разгон нашего парусника энергия это мощность луча умноженная на время t в течение которого этот луч был вклчен ES =Wt, а совершенная лучем полезная работа - это кинетическая энергия паруса Ek = mv2/2. Поделив второе на первое мы и получим эффективность процесса разгона в первом (классическом) приближении.



То есть, Эффективность лазерной системе выражается в конечной скорости корабля в скоростях света.
Если вы разгояете парус до 0.01с, в энергию паруса превращается только 1% энергии, излученной лазером. Если до 0.1с уже 10%.  Если до 0.5с ~50%.
На самом деле тут нужно еще учесть доплеровский эффект. До 0.1с он почти незаметен но потом начинает быстро загибать прямую вниз и если v/c при v=1 будет 1, то с учетом доплеровского эффекта график упрется строго в 0.5. Как у зенгеровской фотонной ракеты.
На скорости 0.5с эффективность составит где-то 0.35 (кажется).

Для сравнения. Эффективность ракетного движителя, как не странно может быть сколь угодно близко к 1. Но это особый движитель с переменной скоростью истечения. Если же у вас скорость истечения рабочей массы из сопла ракеты фиксирована (что естественно для всех ракет) но вы ее можете подбирать произвольно (конструируя двигатель), то кривая эффективности такой ракеты описывается отношением опять же кинетической энергии пустого корабля на скорости v к всей кинетической энергии отброшенной ракетой массы на скорости истечения u



Тут использована формула Циолковского. Опять же сплошная классическая механика.
Формулу можно упростить приняв v за 1.



Если мы построим график, то увидим явно выраженный экстремум, максимум. И соответствует он случаю когда u составялет 0,6275004…  от конечной скорости v.
И это максимум эффективности ракетного движетеля составляет 0,6476102… (если интересно то при массовом числе 3,921554728

То есть. Если вы побеспокоитесь об эффективности ракетного движетеля то вы можете для ЛЮБОЙ скорости полета добиться эффективности движителя примерно 0.65!
Сравните это с эффективностью паруса!
Он даже на скорости света только приближается к 0.5! А на "нормальных" скоростях  0.05с - 0.25с он ну явно хуже по эффективности!!!

То есть, пользуясь лазерным парусом вы используете движитель, который в основном нагревает космос, повышает энтропию вселенной, а не разгоняет ваш звездолет.

То есть идеальный парус ну явно хуже идеальной ракеты. Всегда и везде.

Но, что случиться если мы привнесем реализм? Потери на движителе не единственные потери в системе движителя. Вообще говоря общая эффективность каждого движителя описывается как произведение i частных эффективностей:



Например у ракеты. Первая эффективность - эффективность выгорания топлива. Скажем при ЛТС вряд ли получится выжечь более 30% топлива. Остальное будет мертвым рабочим телом (в лучшем случае). Далее, не вся выделившаяся при сгорании топлива энергия (скажем гелия-3 плюс дейтерий) превратиться к кинетическую энергию заряженной плазмы. Часть уйдет как рентген, часть как энергия нейтронов ну и так далее.
Но и заряженная плазма движется хаотически а что бы она стала той самой струей, ее надо собрать, направить соплом или зеркалом. И у этого процесса тоже есть своя плата. У хорошего сопла эффективность 0.75. И вот после этого мы уже можем умножать на те самые 0.65 и получать общую (в первом приближении) эффективность данного привода.
Например для термоядерной ракеты:

0.3*0.8*0.75*0.65 =0,117

Что будет с лазерным парусом? Там свои потери. Зеркало не идеальное. Оно поглощает порядка 4%. Значит первый коэффициент 0.96. Далее, при самой крутой оптической системе на парусе собирается только первый ноль Эйри. Это 84%. Далее, сам излучатель (лазер) имеет какую-то эффективность (и как правило очень низкую пока. Но предположим лазеры на свободных электронах и заложим 0.65. Но на лазеры надо подать электроэнергию и она добывается с какой-то эффективность. Тоже предположим 0.65 (при полном выгорании топлива, но тепловая машина есть тепловая машина)
В итоге:

0.96*0.84*0.65*0.65=0,2016

Но это опять надо умножить на эффективность движителя. А она зависит от конечной скорости (не ракета!). Выберем скорость 0.25с и получаем эффективность 0,085. И это только при четверти света! Если взять скорость меньше - то совсем все будет плохо.

Не густо, верно?
 
Вообще говоря есть "мнение компетентных органов", что любая реальная машина упорно почему-то стремиться к суммарной эффективности в районе 10%. То есть, какой-то заговор темных сил! Хочешь получить единицу порядка? заплати 9-ю единицами хаосу!
И если вы думаете что хаос обхитрили, то вы скорей всего обхитрили себя, вы что-то упустили (скажем не учли что вы пользуетесь уже добытым электричеством или заложили где-то в конструкции нереальные параметры, забыли посчитать какое-нибудь западло природы). А если у вас в расчете что-то близкое 10% (не сильно выше) то скорей всего вы все правильно посчитали. Я, кстати, так и подбирал коэффициенты "с потолка" что бы выйти на близкие цифры. И всякий согласится что мои спотолочные коэфициенты не сильно грешат против физической правды.
И так.

Лазерный парусник к этой цифре может приблизиться только в районе очень высоких конечных скоростей. А ракета (которую мы себе представили) - везде дает примерно эти же самые 10%! Не важно что мы что то потеряли и у нее может быть тоже и 8 и даже 5%. Но она дает их ЛЮБОЙ скорости!

То есть. Парусник если и  есть смысл использовать, то ТОЛЬКО для очень быстрых звездолетов. Которые летят быстрей  0.1с (а лучше ближе к 0.5с)
А ракету? Везде!

"Пуля - дура, штык- мододец!"

Так может вообще ну их нафик те паруса? Ракета ведь рулит везде!!!

И вот тут то мы и подходим к самому интересному. К накалу драмы! Страстей!
Занавес! Антракт!

(продолжение следует)


Цитата: alex_semenov от 25 Окт 2012 [12:41:15]

Я все-так продолжу обещанную лекцию для леди Ночь о лазерных парусах.

И так.
На чем мы вчера остановились?
Лазерный парусник по эффективности привода может ПОПЫТАТЬСЯ тягаться с обычной ракетой только на скоростях больших 0.1с.
На меньших скоростях о нем и вспоминать не стоит. Например, однажды в новостях проскочило сообщение что группа "британских ученых" предложила "новый", "революционный" способ путешествия на Марс. Надо на орбите поместить лазер (или мазер) и летать туда-сюда на паруснике.
Понятен полет мысли изобретателей. Во-первых, скорости и расстояния для полета на Марс куда меньше чем до звезд. Значит и оптика и мощность излучателя куда скромней чем в расчетах того же Форварда (который предложил эту технологию именно для звезд). Все вроде как красиво. Но умники забыли сравнить количество энергии, которая потребуется для лазера с энергией, скажем, затраченной обычной ядерной ракетой типа NERVA (или ионным космолетом НПО "Энергия") на тот же перелет. При мизерных скоростях и эффективность привода будет близкая к 0. Вы почти все 100% энергии лазера потратите на нагрев вселенной. А это ведь монохромный, когерентный пучек света! Очень дорогая продукция, надо сказать!
Почему тогда носятся с солнечными парусами? А там за излучатель платить не надо. Солнце все равно расходует энергию в пустоту на нагрев вселенной. Почему не использовать шару?
Другое дело что парус использующий импульс солнечного света, использует опять таки все это с крайне низкой эффективнстью. Прикинте.  Солнечная постоянная на орбите Земли 1300 Ватт/м2.
Световое давление на м2 получается 2*1300/3Е+8 =8,67E-06 Н.
Но если вы соберете эти 1300 Ватт и  сообщите эту же энергию материи, массой, скажем 0,1 кг (v=корень(2*E/m) и выпустите через сопло с эффективностью 0.5, то получите тягу (0,5*m*v/t) в 8 Н! В 10  миллионов раз большую!
Поэтому проекты экспедиций к Марсу выполненные "Энергией" (считаются самыми продвинутыми на сегодняшний момент) и используют гигантские фермы с растянутыми между ними панелями пленочных солнечных батарей, а не паруса.



И если уж вам хочется передавать на борт корабля энергию дистанционно (идея ведь интересная) то лучше луч лазер направлят не на зеркало а на такие вот солнечные батареи. То есть дистанционно передавать не импульс света а энергию света. А импус вырабатывать уже на борту (и может мы еще поговорим о таких концепциях).

Может тогда и нет смысла вообще с этой концепцией связываться? С световыми парусами?

Стоит!
Если вы действительно хотите летать быстрее 0.1с вам стоит связываться ИМЕННО со световыми парусами. На самом деле у вас вообще считай нет альтернативы таким парусам. Есть одна, очень родственная. И все. Но и она на самом деле  начинает отставать на скоростях от 0.5с. То есть на половине света у светового паруса ТЕОРЕТИЧЕСКИ не может быть альтернативы. НИКАКОЙ.
И надо удивляться тому, что природа все-таки дарит нам в виде этой концепции РЕАЛЬНУЮ возможность двигаться организованной материи с  почти уже релятивистским скоростями (на 0.5с релятивистские эффекты уже под 15%).
Могла бы, зараза не дать никакой!

А ракеты?
На таких скоростях ракеты НЕВОЗМОЖНЫ.
Резкое заявление?
А как вы хотели! Интрига. Я вам уже сто раз говорил что приключения людей и рядом не лежали с драмой приключения идей. Вы думаете, например, Моисеев примет все то что я говорю? Упрется рогом и будет крутить усы, хитро улыбаясь в них!
Еще бы! Драма идей!
И так.
Почему ракета не может быть быстрым звездолетом?
Начнем "с начала".
С еще большего начала чем вчера.

Какой бы привод мы ни выбрали (что бы мы не придумывали), у него будет в итоге некий суммарный КПД (или эффективность) n. И он, будет где-то в районе 0.1 (как мы всчера предположили). Но даже если мы неверно предположили и он возможен в диапазоне от 0.5 до 0.05 - ясно что эта величина играет в районе порядка. Не более.

Затрата же энергии на разгон ЛЮБОГО звездолета (мы пока говорим только о разгоне)  массой m до скорости v, тогда выражается из школьной формулы так:



Всем ясно почему?
Я не фокусы показываю. Напротив! Мне надо чтобы все видели что я не мухлюю.

А какова потребляемая МОЩНОСТЬ такого привода? Усредненная, разумеется. Мы ведь делаем грубые оценки не вникая в несущественные детали. Мы строим рамки а любые детали остаются ВНУТРИ этих рамок и выходить за них просто физически не могут.
И так, мощность.
Все просто.
Затраченную энергию ES делим на время разгона t. Если время t стремиться к 0 (что вообще говоря очень желательно) то мощность стремиться к бесконечности (что очень нежелательно). Значит нужно искать некий компромисс. Поиск компромисса - это еще очень красивая статья с графиками и формулами. Мы это опустим. Возьмем из нее вот что. Каково бы ни было время t, существует некий предел для t, длинней которого t  быть не может.
Смотрите. Рассмотрим идеальный случай. Звездотелт мгновенно разогнался до v потом летел всю дистанцию полета S некоторое время T и у цели мгновенно затормозился. Время такого чудесного перелета T=S/v. Все просто.
Но если вы хотите на дистанции S хотя бы на миг достигнуть скорости v как можно с меньшим ускорением, то у вас есть только одна такая траектория. Медленный разгон до половины пути до v и потом половину пути тормозить. Тогда весь полет будет в два раза дольше. Средняя скорость в два раза меньше. А время разгона t = T=S/v. То есть дольще чем S/v вы до скорости v разгоняться не можете. Можете быстрей. Но дольше - никак! Отсюда можно записать такое простой универсальный закон-неравенство для ЛЮБЫХ приводов звездолета об их мощности W :



Не меньше чем куб от конечной скорости звездолета!
Скорей всего больше. Но не меньше!
И вообще то эту формулу надо писать не для мощности, а для удельной мощности. То есть количества ватт на килограмм звездолета:



И вот теперь берите звезду (скажем многострадальную Барнарду 6 св. лет) Берите, скажем ракету с волшебной эффективностью 0.5 (не бывает, но берите пока дают!) и посчитайте минимальную удельную мощность для разных скоростей перелета к цели.

0.001с = 0,476 Ватт/кг
0.01с =  475,6 Ватт/кг
0.1с = 475 647 Ватт/кг = 476 Квт/кг
0.5с = 59 455 860 Ватт/кг = 59 Мвт/кг

Кубическая гипербола. И вот смотрите в каую засаду попадает всеми любимая ракета. Чем быстрей вы хотите лететь на полноценной ракете, то есть приводе, где вся энергия добывается на борту разгоняемой конструкции, тему кубически большая удельная мощность двигателя вам нужна.
Для сравнения, автомобиль массой 1 тонна и с мощностью 200 л.с. (крутая вроде тачка?) имеет удельную мощность … 147 Ватт/кг. У чудо-звездолета, который "тащиться" на вшивых 0.01с удельная мощность минимум в 3 раза должна быть выше (мы ведь говорим о минимуме!)

Рекордная удельная мощность среди созданных человечеством машин у ракет. Скажем, в СССР любили хвастаться что при старте "Восток" развивает 20 миллионов л.с. (сколько то там днепрогесов!) Если выкинуть из его стартовой массы топливо то пустая ракета будет примерно 30 тонн. Значит удельная мощность "Востока" на старте 490 Кв/кг.
Вроде дотягиваем до скорости 0.1с, верно?
Хотя бы до 0.1с!
Но не спешите с выводами.
Только самые грамотные "детки" догадываются что "Восток" нам не указ.
Смотрите.
Берем корабль с массой 30 тонн. Берем всю мощность в 20 миллионов лошадиных сил. Часто этой мощности совершает полезную работу (с волшебным КПД 0.5) то есть 10 миллионов л.с. разгоняют звездолет к цели А 10 миллионов л.с. расходуется в пустую, на нагрев космоса. При этом часть из этой бесполезной мощности не просто улетает в космос. Она паразитная, она нагревает наш звездолет.
Вспомните, у парусника поглощается 4% падающего на него луча. И это его паразитка. Она поглощется и  сильно греет парус. У любого ракетного двигателя тоже будет подобный процент. Давайте опять возьмет очень оптимистично. Скажем 1% всей выделяемой мощности оказывается паразитной. Пускай в меня бросят камень тот гад, который скажет что это не безголовый оптимизм! Найдется?
И так. 20 миллионов л.с. это 14 710 000 000 Ватт. 1% от этих ватт 147 миллионов ватт тепла обрушивающегося "на стенки двигателя".
Как будем это тепло сбрасывать? По Стефану-Больцману, разумеется! Иначе - НИКАК.

Это "Восток" мог охлаждать себя проточным потоком керосина и кислорода ибо это -летающая цистерна быстро "выливающая" из себя материю с низкой энтропией в двигатели. Поэтому не только красивый выхлоп служил ему радиатором (сбросом 10 миллионов лошадиных сил)  но и вся масса топлива в баках - тоже. Именно она и протекала в рубашках камер и сопла ЖРД, отбирая паразитку прежде чем сгореть в самой камере.
Поэтому ЖРД  ракеты ("отсталые" керасинки) обладают не просто большой удельной мощностью, это вообще В ПРИНЦИПЕ предельная, физически достижимая на любых ракетах удельная мощность. ЖРД ракета в этом смысле пиковая, экстримальная, предельная машинай. Круче ни через миллион ни через миллиард лет никогда  не будет.
Не верите?
Значит вы - чмо необразованное. Физически бескультурное. Вы просто не понимаете в каком мире оказались. Таких как вы - тьма. И именно потому что вы такие  дураки вас всегда имеют всякие подонки.
Но вернемся к раткетам. И так. ЖРД развивает такую чудовищную мощность за счет чудовищного расхода топлива. За счет что импульс (mv) он получает больше за счет m чем v.
А на звездолете такого чудовищного расхода топлива нет. У нас там всего 4 кг на 1 кг корабля, если мы говорим об максимальной энергетической эффективности (а теперь ясно что это не только надо соблюдать из экономических но и просто из инженерных соображений!)
И дело даже не в этом 1 на 4. Даже если бы было 1 к 4 000 это ракету не спасло бы. "Восток" разгоняете до 8 000 км/с, а мы до 30 000 000 км/с. "Восток" отбрасывает массу со скоростью 3 500 м/с а нам нужно где-то 20 000 000 м/с. Вот и смотрите удельную энергию отбрасываемого килограмма массы. У нашего звездолета скорость массы в 5700 раз выше, значит удельная энергия квадратично, в 32 миллиона больше! Какой тут радиатор из выхлопа?

Иными словами. Сливать через выхлоп (как "Восток") паразитку звездолет уже НЕ МОЖЕТ.
Остаются только радиаторы. И закон Стефана-Больцмана.



И какова же их площадь для нашего гипотетического звездолета?
Возьмем идеально черный радиатор с температурой поверхности 1000 К (~700 С,  металл раскаленный до такой температуры светится вишнево-красным. Представили?) Тогда по Стефану-Больцману нам нужен радиатор площадью… 2 594 м2. Если это представить как диска, излучающий двумя сторонами, то диаметр такого диска 825 м.

Представили? Раскаленный до вишнево-красного цвета диск диаметром 0.8 км… И это ЧАСТЬ звездолета общая масса которого… кто помнит? 30 тонн!!!
В 30 тонн нужно впихнуть не только чудо-радиатор, но и  волшебный двигатель,  который каким-то чудом принимает на элементы конструкции лишь 1% от выделяемой двигателем мощности. В 30 тонн надо впихнуть баки, полезную нагрузку, несущую раму, щит… массу всего!
И этот звездолет летит к Барнарде ПОЛЗКОМ. Он летит к ней не на 0.1с, а со средней скоростью 0.05с. То есть наш двигатель  непрерывно работает от начала до конца 120 лет!!! Даже если корабль тормозит по-другому двигатель работает 60 лет!
Мы взяли крайне оптимистические параметры и получили нечто очень напряженное.
Проще говоря. Так как удельная мощность ЛЮБОГО звездолета растет не медленнее чем куб его конечной скорости то ракетный звездолет с повышением скорости его перелета проектировать по крайней мере кубически сложнее. И если для 0,01с  получаться НАПРЯЖЕННЫЕ но вменяемые конструкции, то уже на 0.1с получаются НЕВМЕНЯЕМЫЕ.
Разработчикам приходиться надеятся на некие чудеса. Проекты имеют некие неясные волшебные параметры, на которые приходится наедятся и которые по идее должны спасти концепцию. Но пока не ясно спасут ли?

Вот в этом посте Вы сами приводили расчёты, что для ракеты, гипотетической идеальной ракеты на лёгком термоядерном топливе - предел достижимой скорости 0,1с. Дальше не даёт закон циолковского. реалистичный же потолок скорее 0,5с.

считаем стартовую массу для полезной нагрузки 200тыс тонн, целиком или частями- не столь важно:

(кликните для показа/скрытия)

Полезная нагрузка составляет 200 000 тонн, что равно 2×10⁸ кг.
Целевое ускорение принято равным 1g, то есть 9.8 м/с².
Тяга будет определяться по формуле F = m_старт · a.
Удельный импульс для перспективного термоядерного двигателя VASIMR взят равным 50 000 секунд, что достижимо для плазмы с температурой в сотни миллионов градусов.
Скорость истечения рассчитывается как I_sp · g₀ = 50000 · 9.8 ≈ 490000 м/с, или 490 км/с.
Рассматриваются две целевые скорости: v1 = 0.05c = 1.5×10⁷ м/с и v2 = 0.1c = 3.0×10⁷ м/с.

Формула Циолковского и расчёт масс
Используется классическая формула реактивного движения: m_старт = m_конечн · exp(v / v_ист), где m_старт — стартовая масса (корабль с топливом), m_конечн — конечная масса (корабль без топлива). В данном случае m_конечн приближённо равна полезной нагрузке, так как масса двигательной установки пренебрежимо мала.

Расчёт для скорости 0.05c
Отношение v / v_ист составляет 1.5×10⁷ / 4.9×10⁵ ≈ 30.61.
Экспонента exp(30.61) ≈ 1.99×10¹³.
Стартовая масса m_старт ≈ 2×10⁸ · 1.99×10¹³ ≈ 3.98×10²¹ кг.
В миллионах тонн это 3.98×10²¹ / 10⁹ = 3.98×10¹² млн тонн.

Расчёт для скорости 0.1c
Отношение v / v_ист составляет 3.0×10⁷ / 4.9×10⁵ ≈ 61.22.
Экспонента exp(61.22) ≈ 3.95×10²⁶.
Стартовая масса m_старт ≈ 2×10⁸ · 3.95×10²⁶ ≈ 7.9×10³⁴ кг.
В миллионах тонн это 7.9×10³⁴ / 10⁹ = 7.9×10²⁵ млн тонн.

Расчёт массы топлива и тяги
Масса топлива определяется как m_т = m_старт − m_конечн.
Для скорости 0.05c: m_т ≈ 3.98×10²¹ кг.
Для скорости 0.1c: m_т ≈ 7.9×10³⁴ кг.
Тяга для разгона с ускорением 1g рассчитывается как F = m_старт · a.
Для скорости 0.05c: F ≈ 3.98×10²¹ · 9.8 ≈ 3.9×10²² Н.
Для скорости 0.1c: F ≈ 7.9×10³⁴ · 9.8 ≈ 7.74×10³⁵ Н.

Время работы двигателя
Время разгона определяется по формуле t = v / a.
Для скорости 0.05c: t = (1.5×10⁷) / 9.8 ≈ 1.53×10⁶ секунд, или примерно 17.7 дней.
Для скорости 0.1c: t = (3.0×10⁷) / 9.8 ≈ 3.06×10⁶ секунд, или примерно 35.4 дней.

Сводные результаты
Для скорости 0.05c стартовая масса составляет около 3.98×10²¹ кг, что примерно равно 0.67 массы Земли. Масса топлива примерно 4×10²¹ кг, тяга около 3.9×10²² Н, а время разгона — 17.7 дней.
Для скорости 0.1c стартовая масса составляет около 7.9×10³⁴ кг, что примерно равно 13 массам Солнца. Масса топлива примерно 7.9×10³⁴ кг, тяга около 7.74×10³⁵ Н, а время разгона — 35.4 дней.
Ну и 1млн и 8 млн тонн лёгкого термоядерного D-T топлива спалить в гипотетическом термоядерном реакторе (поверим в людей) - соответственно.
И чем бы мне могла не понравиться ракета для межзвездных перелётов? (сарказм)


Парус.
Парус в этом смысле гораздо перспективнее, и размеры не пугают, но вот тяга и мощность...
для наиболее реалистичного с текщими технологиями (а мы пляшем от них, ведь всякие пузыри Алькубьерре и даже нанотрубки 100ГПА изменят правила игры) считаем алюминиевую фольгу, 96% отражения, равновесная температура 2/3 от плавления. Это даёт 1200вт на рассеиванием и 30000на отражение. Это 0,2 миллиньютона на метр.
масштабируем до аналога тяги - 3,92млрд Н. Это больше в 1,96*10**13 раз.

Для плёнки 7,5мкм (используемой в проектах IKAROS, LightSail) - её масса составляет:

Площадь паруса: 2 × 10¹³ м² (~40% площади Тихого океана)
Сторона квадрата: ~4 470 км (Больше диаметра Луны (~3474 км))
Масса паруса: ~409 млн тонн.
~409,5 млн тонн чтобы тянуть 200тыс тонн - это в полезная нагрузка 1/2047500 от массы паруса.
И! не забываем, что нам теперь нужно ещё как-то разгонять эти 409,5 млн тонн, а энергия уже на пределе.
при наших 30квт на метр, и 3,92гиганьютонах мы получаем
Ускорение   ~0.0096 м/с²
Время разгона до 0.5c   ~500 лет
Дистанция разгона   ~124 световых года

Достижимая фокусировка пятна эйри (тут я не спец, сразу говорю беру данные с этого форума) вроде как есть способы до 1светогода.
Конечная скорость   ~13 500 км/с   ~4.5% от скорости света
Время разгона   ~44.5 года

На мой взгляд- это даже хуже чем у ракеты, и человеки передохнут... но для исследовательских роботов- вполне.
И энергии - в 120 раз больше времени подавать придется.
и 1 рейс в 44 года, против 1 в 100 дней.
Однако в сравнении с ракетой это всё равно в 10е10 раз легче.

Заметьте, это я ещё не считал экономически сколько стоит 400мегатонн алюминиевой фольги на каждый кораблик, и хз-даже-как-считать-цену-лазеров и фокусных линз размером с солнечную систему (от. кстати тоже интересно, сколько и каких астероидов переплавить для чистого кварца/алмаза на такую линзу надо) - тоже по 1 на кораблик, ибо 44 года разгон.
А тут переплавить силикаты на стекловолокно, не самый крупный булыжник. Один на всех. И два сверхпроводящих провода. И всё.

От себя добавлю: я не приверженец какой - либо идеологии, ракет, парусов, квантовой телепортации, деритринитации или еще чего. Не тяните меня в ваш лагерь, к вашим оппонетнам я тоже не пойду.
Я смотрю только на цифры.   
Возможно поэтому я вижу многие вещи несколько под другим, как вы сказали "вывернутым" углом))

[alex_semenov]

Я смотрю только на цифры.   

В процитированном вами фрагменте есть серьёзная ошибка по поводу эффективности паруса. Там сказано что из-за эффекта Доплера эффективность паруса на скорсоти v~1 стремится к 0.5. Это неверно (я тут спутал это с эффективностью фотонной ракеты). На самом деле правильное значение эффективности паруса вот:



r  - коэффициент отражения (0 до 1)
t -  коэффициент прозрачности( 0 до 1)

То есть для релятивистских скоростей ничего ЛУЧШЕ лазерного паруса и предложить нельзя. Более того. Если вы не собираетесь так быстро лететь, то  лучше использовать так называемый "луч материи", который  (опять же теоретически как движитель) можно настроить так, что КПД его как движителя практически не будет отличаться от 1.
Мы обсуждали тут такой режим разгона. Для этого вы должны посылать вслед разгоняемому кораблю массу со скоростью почти равной его удвоенной мгновенной скорости (в момент прибытия той массы к кораблю). Тогда отскакивая (скажем, от магнитного зеркала) посланная вслед масса будет "останавливаться" после каждого отскока и на 100% передавать свою энергию разгоняемому кораблю.  Что бы выдержать такой режим разгона, вам нужно запускать ему вслед снаряды (все- на разных скоростях) с частотой в 4 раза чаще, чем они будут прилетать к разгоняемому аппарату. Это своего рода "идеальная ракета" наоборот.
О ракетах. На что я хотел обратить внимание. Даже используя ракету с постоянной скоростью истечения вы можете получить энергетическую эффективность ракеты ~64%.  А если прибегните к переменной скорости истечения то теоретически эффективность именно ракетного движителя можно сделать сколь угодно близкой к 100%. Хотя вряд ли в этом есть необходимость.
Это к тому, что попытки искать какие-то "новые" способы разгона, якобы, лучшие чем "традиционные" - идиотизм. Массовый идиотизм, вброшенный в массы в эпоху популяризации идей космонавтики не достаточно умными популяризаторами, которые все в один голос хаяли химическую ракету за недостаточный удельный импульс (якобы), и разглагольствовали про проклятье (диктат) формулы Циолковского (дурак всё поймёт неверно), которая нас в космос (видител-ли) не пускает, и за одно вбили массе народу идиотскую мысль, что чем выше скорость истечения - тем лучше (я сам начинал таким вот идиотом).

Разумеется главный вопрос: к чему вы стремитесь? В зависимости от того какие ваши цели (с какой скоростью вы хотите лететь к звёздам) вам можно показать уже ИДЕАЛЬНЫЙ для этого случая привод, который вам следует только довести до ума.
Всё (весь спектр решений) уже ПРЕДЛОЖЕН.
Попытка изобрести новый, лучший способ движения чем уже предложенные  - БЕССМЫСЛЕННАЯ.
Их просто нет и быть не может (ну хотя бы потому что уже предложенные плотно перекрывают весь спектр скоростей даже не нуждаясь в энергии кроме ядерной и термоядерной, никакая экзотика не нужна!)



Все открыватели новых чудо-движителей опоздали минимум на пол века, а то и век.
То что предлагает "ортодоксальная" теория космонавтики (механика) - ЛУЧШЕЕ что можно предложить.
И любая попытка предложить что-то новое-невиданное  обречена на гарантированный провал.
Но массовый миф продолжает толкать людей на поиски "прорывной" идеи.
Все прорывные (реально прорывные) идеи уже предложены озвучены и даже (мной во всяком случае) систематезированы "по полочкам".
Всё что остаётся - углублять предложенное.
Но народ - "гордый". Он считает предложенное - фуфлом и ищет нечто совсем новое. И это бесит больше всего. Хрене же ДУРАКИ найдут!
Но дуракам же вбили в голову, что всё известное - туфта! Значит должна быть некая по-истине прорывная идея...
И дурак ищет... роет... вожделее.
Дурень думкой богатеет - это как раз про этот самый случай.

[Konstantin Schtsch]

С её . зрения ракета это материальный объект, состоящей из двух частей, постоянной и переменной. Постоянная часть это движок и полезная нагрузка.

Хмм.. а рективную массу вы не забыли? которую выбрасывать через дюзы, и о которой собсна столько, что основная нагрузка на её фоне теряется?

То есть с . зрения физики для разгона семи масс ракеты до 0.1с будет достаточно пяти масс водорода.

Допустим, и у меня по расчётам получилось 8млн тонн, но уже с учётом реактивной массы, с учётом её падения по мере расхода. У вас выходит другая цифра? поправьте более точными расчётами, я только за.
И должен заметить: здесь речь об энергии, а в случае паруса и разгонника - она вообще вынесена вне системы.

[alex_semenov]

То есть с . зрения физики для разгона семи масс ракеты до 0.1с будет достаточно пяти масс водорода.

И быстрее вы с БОРТОВЫМ ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ хрена лысого полетите! Именно потому что у вас не может быть на борту такой ЧУДОВИЩНОЙ удельной мощности, которая вам при скоростях выше 0.1с нужна. То есть пресловутая (еще из работы Акеррета 1947-го года) "недостаточная" калорийность термоядерного топлива (и мол, нам нужны чудо-источники для "фотонной ракеты" типа антиматерии) ОТМЕНЯЕТСЯ тем, что даже имея нужный чудо-источник энергии (я вчера узнал что готовится экранизация маразма "проект Аве Мария" на 2026 год, будем посмотреть, но это как раз эрзац этого мифа) вы всё равно не сможете добиться нужной скорости, имея этот источник на борту разгоняемого аппарата. Тупо не сможете обеспечить десятки мегатватт полезной мощности ракетной струи на кг массы!
Даже заполучив чудо-источник энергии в десятки раз превышающий ядерную вы (ваш корабль) тупо СГОРИТ в крохах паразитной энергии от всего этого! Роман "проект Аве Мария" - высшая консистенция этого МАРАЗМА! Предельная концентрация идиотизма!



На скоростях выше 0.1с выживут (смогут разогнаться) лишь аппараты, которые оставили свой двигатель дома. И то им придётся очень сильно напрячься для этого (так, термодинамика лазерного паруса, дабы иметь 1g ускорения, вам нужна чудо-технология отражения и вряд ли она достижима на практике, хотя есть чисто теоретические подходы к этому. Любин хочет большего? Пусть пробует!).

То есть. Еще раз. Это то, что народ никак тут за 10 лет не может врубиться. Нет никакой нужны в "новой физике"! Не нужны никакие новые чудо-источники энергии. Они - БЕСПОЛЕЗНЫ. Ибо главный инженерный ограничитель на скорость перемещения между звёздами - удельная мощность транспортного средства.

w ~  L²/T³

И это ограничение ПОЛНОСТЬЮ снимает "проблему" поиска экзотического источника энергии для быстрых звездолётов (даже если в таких возникает потребность, в чём есть огромные сомнения). Быстрые (то есть быстрее 0.1с) звездолёты с бортовым источником энергии (сколь угодно чудесным) - инженерно НЕОСУЩЕСТВИМЫ (если чудо адиабатической воронки возможна плюс внешнее удержание термоядерной плазмы, то предел где-то 0.2-0.3с. Но это чистая уже фантастика)!

Про сверхсвет и прочую АЛФИЗИКУ я вообще не хочу говорить.
Дурака растим! Дурака лелеим!
Если вы хотя бы на йоту допускаете сверхсветовые перемещения - вы идоит и мракобес. С вами не о чем говорить!