Подводная лодка как КК

[alex_semenov]

  Когда взрыволёт поднимется над плотной частью атмосферы и непонятно , за счёт чего получит импульсы во многие тысячи тонн тяги , чтобы преодолеть земное притяжение , плазмы бомбочек думаю не хватит . В описании мелькает цифра 800 тонн некого рабочего тела (водород?) , большие баки ... Что-то ещё должно действовать , кроме бомб и подмазки аблирующего вещества на плите .

Послушайте.
Берем учебник Перышкина.


Надо понимать, что если вы ДЕЙСТВИТЕЛЬНО поняли элементарную физику, вы понимаете 80% всей физики. Это так просто и восхитительно, что я даже в 50 лет продолжаю балдеть от этого простого "открытия юности".
Есть несколько фундаментальных принципов, которые являются универсальными отмычками для 80% вопросов.

Прежде всего КИНЕМАТИКА.

У вас некий космический корабль. Вы его отрываете от Земли и выводите в космос. Для этого вам нужно создать тягой двигателя ВЕРТИКАЛЬНОЕ ускорение более 1g = 9.8м/с2
Почему более?
Если тяга будет 1g, ваш корабль будет висеть над землей, расходуя топливо и энергию впустую. Если же двигатель создает тягу в 2g, то это будет означать, что наш корабль уходит со старта с видимым ускорением 1g (хотя экипаж чувствует 2g).
То есть в первую секунду после старта корабль приобрел вертикальную скорось  ~10 м/с
Во вторую ~20 м/с, третью ~30 м/с… и т.д.
На какой он окажется высоте в каждый момент времени? Это просто

H=(a-g)*t^2/2

Если тяга двигателя создает 3g, видимое (кинематическое) ускорение 2g. 1g (при вертикальном подъеме) сжирает сила тяжести. Поэтому, кстати, когда запускают на орбиту, стараются как можно быстрее "положить" корабль на касательную к поверхности Земли. То есть "на бок". Тогда тяга уже не борется с гравитацией, а вся работает на разгон корабля до космической скорости. При этом корабль, разумеется, начинает падать к центру Земли. Поэтому вертикальный участок взлета нужен:
1. Чтобы побыстрей выйти за пределы атмосферы (подняться в вакуум)
2. Чтобы запастись высотой и "высотой падения", пока ракета будет горизонтально разгоняться до 1-й космической.
Для нас сейчас главное - понять, что для выхода за пределы Земли двигатель должен уметь создавать тягу более 1g на старте (то есть для полностью заправленного корабля), идеально в 2-3g (хотя для ЖРД ракет есть нюанс, и большая тяга на старте может быть вредной по мере расхода топлива. ).

Тогда "Орион" взойдет!

Теперь ДИНАМИКА.

Наш корабль имеет стартовую массу 4 000 000 кг. Чтобы  придать такой массе в пустоте ускорение 3g (то есть поднимать вертикально от земли с ускорением 2 g) нужна сила:

F=aM = 3*9,8* 4 000 000 = 117 600 000 Н

ВСЯКАЯ ракета создает эту тягу (силу) отбрасыванием ракетной массы:

F=dm*u/dt.

u - скорость отбрасывания массы,  dm/dt - секундный расход массы.  То есть, ракета из закона сохранения импульс

M*dv=dm*u

за секундный расходует ракетной массы dm =M dv/u

здесь dv = a = 3*9,8 = 29,4 м/с (за секунду)

Скорость отбрасывания массы (или удельный импульс умноженный на g) возьмем  в 30 000 м/с.

тогда dm = 4 000 000 * 29,4/30 000 = 3920 кг /с .

4 тонны в секунду. Если вы делаете по 2 взрыва в секунду, каждый заряд должен иметь по 2 тонне ракетной массы (пропилента. В англоязычном варианте рабочая масса - пропилент, а горючее, топливо, источник энергии - фуэл. У нас нет такого деления).
При этом, обратите внимание. На толкающую пластину в самом идеальном случае полетит только половина этой массы. 1000 кг из 2 тонны. Остальная часть массы (это в основном корпус заряда) при направленном взрыве улетит в противоположную сторону с той же скоростью 30 км/с (просто из закона сохранения импульса). Но это не значит что, импульс этой второй части массы потеряна для создания тяги для корабля. Если  та часть массы, которая летит на пластину отскочит от нее УПРУГО, то переданный пластине импульс удвоится. Это удвоение и есть вклад отброшенного корпуса. То есть при всей странности конструкции взрыволета это 100% ракета, но со странным "соплом".


Если у вас более совершенный заряд, скажем u = 50 км/с, то секундный расход будет 2352 кг, то есть по 1200  кг каждая бомба.  Если вам достаточно тяги в 2g (ускоряетесь по вертикали с 1g) то секундная масса становится 784 кг.
При  меньшем, скажем u=30 км/с (и a=2g) расход массы 2613 кг/с

Понятно, что масса самого ядерного деваса как бы тонет на фоне массы пропелента (рабочей массы, направляющей кассеты, то есть "пушки", которая тоже есть ракетная масса). Чтобы разогнать 2000 кг до скорости 50 км/с нужно

E=m*u^2/2 =2000* 50 000^2/2= 2,5E+12 Дж энергии.

Это 0.6 килотонны. То есть, если у вас эффективность преобразования энергии взрыва в энергию импульса 30-50% (что при таких массах пропилента вполне мыслимо) то как раз вам нужен ядерный заряд в 1-2 кт на один толкающий модуль.

То есть для взлета 4000 тонного взрыволета и нужны заряды порядка 1 кт (при частоте взрывов 1-2 взрыва в секунду).

Все выше сказанное - касается взлета с "безатмосферной" планеты. На чисто реактивной тяге в вакууме (или после выхода из атмосферы). Но если вы стартуете с поверхности Земли, то на самом дне воздушного колодца вы в качестве рабочей массы будет частично использовать окружающий заряд воздух. В этом случае масса секундного расхода топлива может увеличиться в разы (ее оценка в этом случае - сложная гидродинамика). А значит удельная энергия заряда (для совершения той же работы по созданию тяги) уменьшится в разы в квадрате. Масса возросла в разы, а  удельная энергия в разы в квадрате падает. Суммарное падение по энергии на секундный расход получается в разы. Поэтому при старте Тейлор и рассчитывал (в одном из базовых вариантов "Ориона") использовать заряды всего в 0.1 кт. Они и по конструкции должны были бы отличаться от стандартных. Но по мере выхода за пределы атмосферы, тяга должна была бы создаваться способом, описанным выше и мощность заряда возрастать на порядок.

Почему простая ракета не может так резво взбираться на небо? У нее не хватает энерговооруженности. Чтобы  отбрасывать ракетную массу со скоростью не 5 км/с а 50 км/с вам нужно на разгон каждого килограмма ракетной массы тратить 100 раз больше энергии. А химия это себе позволить не может. Только от силы 4.3 км/с. Значит это компенсируется чудовищным расходом ракетной массы.
Даже если мы перейдем на ЯРД типа "Нерва" (где вроде как ограничений по удельной энергии нет) то возникает иной барьер. Температурный. И тут больше 10 км/с получить не получится из за жаропрочности материалов. Выше - расплавиться и сопло и двигатель.
И только Ориону все это - ДО ФЕНИ!

ЗЫ для  crazy_terraformer, завтра надеюсь закончить перевод второй главы "Освобожденный мир"

[crazy_terraformer]

Ссылка на видео с испытанием модели взрыволёта https://www.youtube.com/embed/uQCrPNEsQaY

Ссылка на мульт с полётом взрыволёта на Марс https://www.youtube.com/embed/DSK_mymJvkM

[alex_semenov]

А хотите прикол (на сон грядущий)?
Из рубрики, "необыкновенное-рядом"
Сначала кино.
Смотреть с 8:35 (до этого - томительные минуты ожидания).

http://www.youtube.com/watch?v=Vn00BvWwke0

Вопрос "в студию".
Какая мощность в тротиловом эквиваленте выделяется при этом зрелище ежесекундно?



5  двигателей F-1 на первой ступени
Каждый из них поглощает по 788 кг керосина в секунду.
Теплота сгорания керосина в кислороде 43,54 МДж/кг
Перемножаем, получаем для всех пяти двигателей  1.71*10^11 Дж/с
Килотонна ТNT это 4.2*10^12 Дж.
Значит Сатурн-5 выдает по 0.041 Кт в секунду.
То есть почти половину от 0.1 килотонны в секунду.

То есть, если при старте некой версии  "Ориона" у земли будет взрываться по 0.1 килотонне в секунду, то выделяться энергии будет всего в два раза больше чем при старте "Сатурн-5". Даже если по 0.1 килотонне в пол секунды, все равно разница в сего в 4 раза. В разы! Не порядки!


То есть при подъеме особой разницы в "спецэффектах" и не будет. Старт сверхмощной ракеты.
Разница в том, что по мере ухода из атмосферы "Орион" будет увеличивать мощность двигателя и не сильно потеряет в массе, а "Сатурн-5", так как его масса быстро падает, вынужден понижать тягу и мощность (отбрасывая ступени).

Люди, которые представляют себе "Орион" махонькой букашкой на вершине гигантского ядерного гриба - сами ГРИБЫ!

[crazy_terraformer]

так как его масса быстро падает, вынужден понижать тягу и мощность (отбрасывая ступени).

Полагаю, оговорка. Отбрасывая ступени, он избавляется от бесполезной массы, на которую надо тратить топливо и окислитель, которые тоже надо тащить для этого, а чем меньше масса, тем меньше нужна мощность.

[alex_semenov]

Полагаю, оговорка. Отбрасывая ступени, он избавляется от бесполезной массы, на которую надо тратить топливо и окислитель, которые тоже надо тащить для этого, а чем меньше масса, тем меньше нужна мощность.

Не совсем оговорка. Просто скомканная мысль. Суть в следующем. Обычная ракета - это бак с топливом. Поэтому, если на старте у нее масса М (из которой только 1/8 - масса ракеты, остальное топливо) то при тяге в 1.5g она отрывается от старта медленно, но по мере расходования топлива масса падает а тяга, сила F СОХРАНЯЕТСЯ. То есть ускорение в итоге по второму закону Ньютона F=ma, растет. Когда ракета почти опустошена, ускорение возрастает в 8 раз. То есть на космонавтов будет давить 12g! Получается, что с момента старта космонавты ощущают постепенное увеличение ускорения с 1.5 до 12
Это - ненормально. Поэтому надо как-то снижать тягу по мере расхода топлива. Но для ЖРД это не есть хорошо. Они обычно выдают норму и все. Можно отключать двигатели. Так при старте некоторых миссий Аполлон возникали ситуации когда на какой-то из ступеней аварийно отключался один из 5-и двигателей на заключительном участке работы. Это - нормально но нештатно.
Главный штатны прием - разделение ступеней.
Разумеется, ступени отбрасываются в первую очередь чтобы избавиться от ненужной уже массы пустых баков.
Само собой.
Но при этом на каждой верхней ступени суммарная тяга двигателей всегда меньше. Ясно почему.  Больше и не надо. Но в итоге так получается (как в коробке передач) и для космонавтов выравнять ускорение по мере облегчения ракеты. В каком-то фильме (кажется "Аполлон-13") есть эпизод полного выхода на орбиту с видом из кабины. И прям показано как происходит разгон с нарастанием ускорения, потом отделение первой ступени (их бросает) и опять нарастание ускорения, потом опять отделение (третья ступень тоже включается при выводе на какое-то время) и опять нарастание, потом опять невесомость. Если бы не было переключения скоростей (все происходило бы с помощью одной ступени) их бы так придавило, что пришлось бы потом приводить в чувства.

Кстати кто-то из наших космонавтов кто летал на Шаттле и на Союзах сравнивал ощущения. Так вот от почти одноступенчатого шаттла (полутораступенчатого) ощущения тягостные. Говорить жутко неприятная тягомотина. На наших "союзах" старт куда приятней. Правда спуск - все наоборот...

Кстати, раз уже начали о ракетах...
Был такой вот "пережиток прошлого". Как по мне лучше бы сделали его а не нафик ненужный "Буран".



Вот у этого "зверька" что сидит на спине теперь уже неруской "Мрии" (кто бы мог подумать тогда?)...
были запланированы очень интересные движки. Они мало того что меняли тягу (были многорежимными) но еще и многотопливными, то есть могли с керосина-кислород переходить на водород-кислород. Честно говоря, я когда узнал был в шоке. И эта многорежимность было нелишне для по-сути одноступенчатой ракеты по выше описанным причинам.
 

[noxx77]

Вот у этого "зверька" что сидит на спине теперь уже неруской "Мрии" (кто бы мог подумать тогда?)...
были запланированы очень интересные движки. Они мало того что меняли тягу (были многорежимными) но еще и многотопливными, то есть могли с керосина-кислород переходить на водород-кислород. Честно говоря, я когда узнал был в шоке. И эта многорежимность было нелишне для по-сути одноступенчатой ракеты по выше описанным причинам.

Проблема шаттлов была в громадном орбитере, который приходилось выводить, снижая ПН (+ ушлёпищной аэродинамике схемы на старте). Даже имея регулируемые движки, при одноступенчатой схеме от формулы Циолковского не уйдёшь, а мощные движки и, соответственно, большие баки, рассчитанные под их расход топлива тяжёлые. У МАКСа старт воздушный, а Мрия - нихрена не лёгкий аппарат. Плюс сбрасываемый бак. То есть схема тоже не одноступенчатая.
ИМХО любая одноступенчатость на химии/ТФЯРД будет выгодной только по возвращаемости, но страдать по ПН к стартовой.

[crazy_terraformer]

Никаких последствий для России не несёт выход из договора о всеобъемлющем запрете ядерных испытаний и из договора о запрете ядерных испытаний в трёх средах, в воде, воздухе и космосе, кроме воя зелёных. Американцы договор о всеобъемлющем запрете не ратифицировали.
А вот запуски взрыволётов потребуют кооперации с США.

Взрыволёты подойдут для  быстрого развёртывания промышленных баз на Марсе и Луне.
Было бы неплохо доставить на Марс необходимое промышленное оборудование и модульные АЭС и складные( надувные) жилища и цеха, и начать обустраиваться.

Создать крупные межпланетные базы для комфортного перелёта, орбиты которых пересекают орбиты Марса и Земли в разных точках, и нечто подобное в системе Земля-Луна.

[Проходящий Кот]

Договор о запрете испытаний в трех средах и договор о полном запрете испытаний --- это разные договора....

[Маска]

Вопрос "в студию".
Какая мощность в тротиловом эквиваленте выделяется при этом зрелище ежесекундно?

В случае возникновения взрыва на старте заправленной ракеты космического назначения(РКН) тротиловый эквивалент будет составлять: для РКН «Протон-М» - 72 тонны, для РКН «Зенит-3SLБФ» - 64 тонны, для РКН «Союз-2» - 58 тонн.У "Энергии" тротиловый эквивалент составлял 0,8 кт.
 При этом зоны поражения для человека составят: при взрыве РКН «Протон-М» - 4,3 км, при взрыве РКН «Зенит-3SLБФ» - 3,5 км, при взрыве РКН «Союз-2» - 2,0 км (на данном расстоянии вероятно получение легких травм – контузий, переломов).
 Повреждение стекол в зданиях и сооружениях на расстояниях: при взрыве «Протон-М» - 6,5 км, при взрыве РКН «Зенит-3SLБФ» - 3,7 км, при взрыве РКН «Союз-2» - 3,5 км.
 Максимальный радиус зоны воздействия токсичных продуктов взрыва составит: при взрыве РКН «Протон-М» - 12,4 км, при взрыве РКН «Зенит-3SLБФ» - 8,4 км, при взрыве РКН «Союз-2» - 7,1 км.

[Проходящий Кот]

Промт-перевод ПРОЕКТА ОРИОН:
https://yadi.sk/i/0S_MYY9Qs23eM




Уточненный :
https://yadi.sk/i/1HWaxG05xerwU

[gan]

Тогда "Орион" взойдет!

Как на счет антиматерии? +кпд 30%  тогда в 50-х не получилось бы, но лет так через 20-30  от "нашего времени" вполне перспективное поле деятельности?

[Проходящий Кот]

10-9 часть энергии в результат.  Вопросов нет.

[crazy_terraformer]

Договор о запрете испытаний в трех средах и договор о полном запрете испытаний --- это разные договора....

Ну и что с того, наша страна ратифицировала оба. Две бумажки, которые можно разорвать, объявив о выходе из них.

[crazy_terraformer]

Тогда "Орион" взойдет!

Как на счет антиматерии? +кпд 30%  тогда в 50-х не получилось бы, но лет так через 20-30  от "нашего времени" вполне перспективное поле деятельности?

Вопрос с наработкой, КПД низкое, в результате получаем антиводород, а как его отделить от стенок. Необходим материал, который можно подвесить в вакууме в магнитном поле подальше от стенок, порошок или жидкость, чтобы можно было дозировать подачу, сверхпроводник или ферромагнетик. В любом случае не обойтись без антиядерного слияния.
На Земле антивещество нарабатывать нет смысла, большие затраты энергии, а выход почти нулевой, подходящее место Меркурий - много солнечного света днём.

[alex_semenov]

Промт-перевод ПРОЕКТА ОРИОН:
https://yadi.sk/i/0S_MYY9Qs23eM

"не только всякий" (с) может читать машинный перевод.

Я  возможно выложу тут предисловие и пару первых переведенных глав книги.
Только вот подскажите.
Вот такая хрень на американских автомобилях 50-х...



В оригинале - tail fins 

как лучше всего это перевести?

буквально "хвост рыбы" или хвостовые плавники. 
Но это как-то не так звучит. 
Все-таки речь идет о АЭРОдинамике, а не ГИДРОдинамике.
Хвостовое оперение?  Нет - это у самолета.
Хвостовые крылья?
Но крылья - это горизонтальная плоскость (как стабилизатор или антикрыло)
Хвостовой киль?
Или хвостовые кили?
Киль обычно один.
В общем, измучился я.  Ну не было у нас такого понятия (как не было в украинском языке слова "кит" ибо киты на Украине не водятся)
А эти "хвосты" встречаются в первой же фразе в книге (и дальше она обыгрывается ни раз). Вечно натыкаешься и испытываешь неудовлетворенность.

[ivanij]

Ссылка на видео с испытанием модели взрыволёта http://www.youtube.com/embed/uQCrPNEsQaY

Ссылка на мульт с полётом взрыволёта на Марс http://www.youtube.com/embed/DSK_mymJvkM

  Мультик красивый, я получил большое удовольствие от просмотра. Но идея не реализуемая. От неё отказались почти сразу после того, как предложили в 60-х годах прошлого века. С тех пор ничего нового к этому старому предложению не было добавлено, кроме красивых картинок, которые мы и наблюдаем в этом ролике. 

[Проходящий Кот]

По техническим или эколого-политическим причинам?

[crazy_terraformer]

tail fins

tail fin - аэрокиль, стабилизатор вертикальный. Такие вещи надо в технических словарях смотреть.

[ivanij]

По техническим или эколого-политическим причинам?

 По техническим, полагаю.

[noxx77]

tail fins

tail fin - аэрокиль, стабилизатор вертикальный. Такие вещи надо в технических словарях смотреть.

Один хрен, если идёт речь о чужих реалиях из обыденного для них - если обыгрывается именно привычное для читателей, приходится сноски давать или пояснять в тексте. Либо уходить от буквальности. Специфика