Двухступенчатый звездолёт

[Polnoch Ксю]

А солнечный парус кто-нибудь считал?

Считали. Давно уже считали. Полночь, это в любом случае разговор для другой темы. Здесь обсуждается чисто ионный привод.

0,01с? С помощью солнечного паруса? А если его скрестить с ионником, запустить в качестве ПН солнечного паруса ионник, то вот он технически простой межзвездный зонд, который долетит лет за 400!

Хочется так же обсудить другие варианты двухступенчатых схем, например:

термоглиссер + ионник
термоглиссер + орион

И другие, но гибрид солнечного паруса и ионника уже кажется той самой вундервафлей для финансово более дешевого sleeper ship'а, или дешевых межзвездных автоматических станций, или что-то тут не так?

[Андрей Курилов]

Химера весьма уродлива выходит, если учесть, что надо не только разогнаться, но ещё и затормозить. Ведь доразгонять ионниками и парусами горы замороженного водорода, чтобы потом их быстренько профукать всего при Т=3500К при торможении - слишком дорого. Дорого, потому что энергетическая цена килограмма, разогнанного ионником и парусом высока. Это всё равно что жидкотопливной баллистической ракетой доставлять дрова для печки куда-нибудь в Сибирь.

Как вариант - бомболёт на разгоне и ныряющий с головой термоглиссер при торможении. Причём надо брать для термоглиссера не водород, а прочный углеродный аэрогель, толстым слоем которого обкладывать ПН. За ~1час ныряния в атмосферу звезды и ~10ч пропекания в непосредственной близости прогреться не успеет, но будет активно аблировать, унося тепловую нагрузку с собой.

[Андрей Курилов]

И другие, но гибрид солнечного паруса и ионника уже кажется той самой вундервафлей для финансово более дешевого sleeper ship'а, или дешевых межзвездных автоматических станций, или что-то тут не так?

Лучевой парус имеет смысл для разгона до ~C/10.  Ионник - для разгона до С/100..С/1000. Нет смысла их совокуплять. Если вам нужно достичь скорости С/100, то делайте это ионником, если С/10 - парусом. Либо разгонять электроракетой, а тормозить - парусом.

[Polnoch Ксю]

Лучевой парус имеет смысл для разгона до ~C/10.  Ионник - для разгона до С/100..С/1000. Нет смысла их совокуплять. Если вам нужно достичь скорости С/100, то делайте это ионником, если С/10 - парусом.

Я не про лазерный парус! А про солнечный! Это гораздо дешевле: первая ступень СОЛНЕЧНЫЙ парус, а вторая ионник.
Получается очень дешевая связка
Особенно для автоматического зонда, который пролетит сквозь систему по пролетной траектории.

[AlexOrex]

Солнечный парус должен испытывать огромное ускорение в начале своего разгона. Насколько помню, при "выстреле" с орбиты порядка 0,01 а.е. для достижения на вылете из системы хотя бы 1500 км/с получается начальное ускорение 600g. Термоглиссер имеет в течение часа-двух ускорение несколько g. Ступень с ЭРДУ работает с мизерным ускорением и содержит гигантские тонкостенные элементы - радиаторы. Насколько придется упрочнять конструкцию ЭРД-ступени, чтобы она выдержала стартовые перегрузки, и не съест ли это выгоду от начального "пинка" - надо считать отдельно. Хотя мне самому нравится вариант роя термоглиссеров, вторые ступени которых, после разгона в перигелии, собираются (модулями ПН внутрь, водородом и теплообменником наружу) в секции огромного тора поколений, выпускают воздух в тор, космонавты сажают яблони и т.д, а потом эта махина потихоньку ползет на ионниках и тормозится на них же. Или даже так - баки с рабочим телом разгоняются поштучно термоглиссером, а легкий и ажурный ионолет запускается напрямую (не гоняя экипаж или электронику вокруг Юпитера и Солнца) и стыкуется на окраине системы, подключается к бакам и продолжает разгон.

Чисто по своим прикидкам - ЭРД-корабль на скорости 1000 км/с еще срастается вменяемо по массе, экономия 200-300 км/с на глиссере уменьшит его массу раза в полтора. Надо прикинуть пролетный зонд, хотя я их не считаю целесообразными. Этакий звездолет-флаговтык - глиссер-ионник-стадия заморозки-тупая ламповая электроника запускает примитивный зонд а-ля "10000-летние часы", тот сбрасывает капсулу, которая тормозит об атмосферу звезды, потом планеты, и в пыльную тропинку втыкается ледышка с кучей флагов на оболочке, с семенами камнеломки, спорами лишайников и цистами бактерий.

[Polnoch Ксю]

Если мы посылаем робота к другой системе, то ускорение не так критично, как для людей.
Нужно считать... тому, кто хорошо знает сопромат.

Мне кажется, именно эта связка могла бы помочь отправить автоматический зонд к звездам уже в ближайшем будущем.
Она выглядит не дороже пилотируемой Миссии на Марс.

И лет 400 полёта всего на порядок больше времени, которое проработали Вояджеры: значит, если постараться, можно сделать так, что не сломается.

Потом, по поводу торможения... Это тоже нужно считать кому-то, кто хорошо знает сопромат: а что если... Вообще не тормозиться в полёте?
Точно ли при проходе через следы атмосферы местного юпитера и местной звезды на скорости порядка 1-2% от световой зонд обязательно развалится и сгорит? А если атмосфера плотностью, как на Низкой Опорной Орбите Земли, из-за которой низкоорбитальные спутники летают недолго?
Нам интересно отправить робота на место как можно скорее, и исследовать систему не с пролётной траектории, а более основательно: высадить роверы на каждую планету с твёрдой поверхностью, запустить аэростаты туда, где есть атмосфера, и т д, запустить спутники для картографирования, изучения атмосферы, и пр., поэтому тормозиться нужно, но если у нас внутри нет людей и биоматериалов, так ли нужно бояться динамичного, энергичного торможения?
Другое дело износ после 4 сотен лет полёта

[bob]

Если мы посылаем робота к другой системе, то ускорение не так критично, как для людей.

Я чувствую, что двухступенчатый звездолёт навеян двухступенчатой экзо-розеттой-вояджером. Там речь, на самом деле, скорее, идёт не о ступенчатости, а о модульности. Ближе аналогия с запуском с орбитального блока исследовательского модуля. Оригинальность только в том, что обычно такой модуль летит недалеко от блока, с орбиты до поверхности планеты, к примеру. А там - у него главная партия. Он летит в сотни раз дальше своей подвижной базы.

[Polnoch Ксю]

Я чувствую, что двухступенчатый звездолёт навеян двухступенчатой экзо-розеттой-вояджером

Нет, я это даже не заметила там, к сожалению, пропустила Навеяно Алексом Семеновым в теме про ионник. А покажите где это в Вашей теме?

[AlexOrex]

Точно ли при проходе через следы атмосферы местного юпитера и местной звезды на скорости порядка 1-2% от световой зонд обязательно развалится и сгорит?

Можно попытаться прикинуть. Чтобы сбросить половину скорости, зонд должен "смести" массу вещества, сравнимую с его собственной. При этом выделится 3/4 кинетической энергии зонда, и в основном в виде света (начиная с рентгена) и тепла. Причем эта энергия наполовину уйдет в зонд , а ее выделение растянется на несколько минут (при прохождении через атмосферу звезды) или секунд-десятков секунд (планеты). Если у него скорость 3000 км/с, масса 100 тонн, а площадь теплозащитного экрана 30 м², то на 1 кв. метр придется 0,5*0,75*0,5*3333*9*10¹² Дж = 5,5*10¹⁵ Дж (полторы мегатонны тротила на кв. метр). Теплозащитные экраны "Аполлонов", по идее, переваривали количество энергии, в 50 000 раз меньшее, минуты за три. Какие материалы и поля могут такое вынести, не представляю.

[Андрей Курилов]

Я чувствую, что двухступенчатый звездолёт навеян двухступенчатой экзо-розеттой-вояджером.

Почитайте старую тему про термоглиссер. Первая же реакция ознакомившихся - "цэ должно быть первая ступень, не иначе". Это первое, что приходит в голову людям, когда они понимают, что 200 км/с маловато для междузвёздного перелёта. Полуночная Ксения среагировала именно также на термоглиссер

[pkl]

У меня давно уже в голове вертится идея двухступенчатого аппарата: термоглиссер + солнечный парус. Запустить можно хоть "Протоном".

[Polnoch Ксю]

Можно попытаться прикинуть. Чтобы сбросить половину скорости, зонд должен "смести" массу вещества, сравнимую с его собственной. При этом выделится 3/4 кинетической энергии зонда, и в основном в виде света (начиная с рентгена) и тепла. Причем эта энергия наполовину уйдет в зонд , а ее выделение растянется на несколько минут (при прохождении через атмосферу звезды) или секунд-десятков секунд (планеты). Если у него скорость 3000 км/с, масса 100 тонн, а площадь теплозащитного экрана 30 м2, то на 1 кв. метр придется 0,5*0,75*0,5*3333*9*1012 Дж = 5,5*1015 Дж (полторы мегатонны тротила на кв. метр). Теплозащитные экраны "Аполлонов", по идее, переваривали количество энергии, в 50 000 раз меньшее, минуты за три. Какие материалы и поля могут такое вынести, не представляю.

На первый взгляд, Вы, Алекс, правы, но... Прикрепила схему, что бы было понятнее.

Если мы берем торможение в хромосфере звезды вроде Солнца, то у нас хромосфера 10000км,  углубляемся мы в нее на половину, на 5000, AC=695000+5000=700000; AB=695000+10000=705000, тогда из теоремы Пифагора получается, что наш катет BC=83815км, ну а весь тормозной путь (умножаем на два) 167630км

как все помнят, x(t)=x0+v0t+at^2/2; по определению a=(v-v0)/t, в нашем случае a= - v0/t, так как торможение
x(t)-x0=v0*t - v0*t/2; назовем L=x(t)-x0;
Тогда: t=L/(v0-v0/2)

Для нырка в хромосферу на половину её глубины получается совсем грустное: ~=56с для скорости 6000км/с

Но!! А зачем нам нырять в хромосферу? А давайте чиркать по короне?

Уже для расстояния от поверхности солнца, примерно равному его радиусу, получается около тысячи секунд, а что если тормозить на расстоянии 10, 100, тысячи, или еще больше радиусов?  Легкий гуглинг не смог подсказать, какова примерная формула плотности солнечной короны от расстояния от хромосферы, может, на расстоянии тысяч радиусов и тормозить нечем?

[Polnoch Ксю]

У меня давно уже в голове вертится идея двухступенчатого аппарата: термоглиссер + солнечный парус. Запустить можно хоть "Протоном".

А зачем такая комбинация? Обе бесполезны вдали от Солнца: обоим нужна его энергия, а термоглиссеру еще и эффект оберта. ИМХО, второй ступенью должно быть что-то энергонезависимое, способное ускоряться за пределами солсистемы.

[AlexOrex]

http://www.astronet.ru/db/msg/1188668

Т.к. у короны яркость в 1 млн. раз меньше, чем у фотосферы, это означает, что в короне в столбике сечением 1 см2 вдоль луча зрения находится 10-6/10-24=1018 свободных электронов. Принимая для С.к. характерную протяженность - шкалу высот ~1010 см (это следует из указанного выше темпа уменьшения яркости с высотой), получаем, что в 1 см3 содержится 1018/1010=108 свободных электронов. В силу электронейтральности плазмы плотность ионов (в основном протонов) должна быть такой же.

1/300000 грамма материи на см² на ВЕСЬ путь через корону насквозь. Без магнитного парашюта в миллион раз больше корабля - не затормозить.

[Polnoch Ксю]

http://www.astronet.ru/db/msg/1188668

Т.к. у короны яркость в 1 млн. раз меньше, чем у фотосферы, это означает, что в короне в столбике сечением 1 см2 вдоль луча зрения находится 10-6/10-24=1018 свободных электронов. Принимая для С.к. характерную протяженность - шкалу высот ~1010 см (это следует из указанного выше темпа уменьшения яркости с высотой), получаем, что в 1 см3 содержится 1018/1010=108 свободных электронов. В силу электронейтральности плазмы плотность ионов (в основном протонов) должна быть такой же.

1/300000 грамма материи на см² на ВЕСЬ путь через корону насквозь. Без магнитного парашюта в миллион раз больше корабля - не затормозить.

Тогда две идеи:

1) бредовая идея прилететь специально в год активности местной звезды, и забурится в корональный выброс У нас же ионник: можно его сконструировать и так, что бы он и как VASIMR работал на том же рабочем теле, а значит, мы сможем энергично маневрировать, на сколько это вообще возможно на 2% от скорости света.

2) а что если... использовать для торможения эффект Оберта? Если мы свернем солнечный парашют, и не будем его корябать во время межзвездного полёта, то у нас будет очень большая дельта скорости при приближении к звезде!
Не говоря о том, что часть скорости мы сбросим просто при приближении к звезде с развернутым парашютом.
Конечно, нужно считать, но разве мы не сможем погасить добавочный импульс, который набрали за несколько сотен лет работы ионника на разгон?

[bob]

Я чувствую, что двухступенчатый звездолёт навеян двухступенчатой экзо-розеттой-вояджером

Нет, я это даже не заметила там, к сожалению, пропустила Навеяно Алексом Семеновым в теме про ионник. А покажите где это в Вашей теме?

https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,115150.msg2730659.html#msg2730659
Начиная с "...аппарат не может быть одноступенчатым..."

[pkl]

У меня давно уже в голове вертится идея двухступенчатого аппарата: термоглиссер + солнечный парус. Запустить можно хоть "Протоном".

А зачем такая комбинация? Обе бесполезны вдали от Солнца: обоим нужна его энергия, а термоглиссеру еще и эффект оберта. ИМХО, второй ступенью должно быть что-то энергонезависимое, способное ускоряться за пределами солсистемы.

Ну, чтобы улететь имеющимися средствами. Естественно, разгон будет термоглиссером - внутри орбиты Меркурия, парусом - от орбиты Меркурия до Юпитера. На сколько разгонимся - на столько разгонимся. На а дальше - пролетим сколько выдержим. Да, ещё можно подгадать, чтобы сделать гравитационный манёвр, один или два. Ну и всё. Зато реально и запустить можно современным носителем!

[Андрей Курилов]

2) а что если... использовать для торможения эффект Оберта? Если мы свернем солнечный парашют, и не будем его корябать во время межзвездного полёта, то у нас будет очень большая дельта скорости при приближении к звезде!
Не говоря о том, что часть скорости мы сбросим просто при приближении к звезде с развернутым парашютом.
Конечно, нужно считать, но разве мы не сможем погасить добавочный импульс, который набрали за несколько сотен лет работы ионника на разгон?

Неплохая мысль. Парашютом можно вообще пожертвовать, чиркнув им о фотосферу звезды.

[Polnoch Ксю]

Неплохая мысль. Парашютом можно вообще пожертвовать, чиркнув им о фотосферу звезды.

Вот и мне тоже так показалось изначально кажутся ущербными все идеи, когда реактивные звездолёты тормозят с помощью рабочей массы!
Вы представляете, как это соблазнительно, разгоняться на ионнике весь полёт?
Нужно быстрые звездолёты любого типа тормозить магнитным паршютом Зубрина, дотормаживать обертом и солнечным парусом, ну а средней скорости сразу парусом и Обертом

[Андрей Курилов]

Тогда тормозить проще всего о красный гигант. Протяжённая атмосфера с достаточно низкой температурой. У обычных звёзд у меня есть сомнения, что что-либо вообще может пережить нырок в атмосферу звезды, да ещё и на скорости порядка С/100-С/1000.