Пределы человечества:проект, межзвездный аппарат со скоростью от 100 до 300 км/с

[viesis]

по формуле корень из суммы квадратов, то всё станет на свои места-никаких эффектов не будет.

 
Не знаю, какие там у вас формулы, "корень из суммы двух квадратов", и почему у вас эффектов не будет,
а ссылку на формулы с настоящими орбитальными скоростями я привел. Вот если по ним посчитаете, то  увидите, будут там эффекты или нет. Почему они должны быть, я тоже писал (про сумму потенциальных энергий  полезной массы и отработанного топлива относительно Солнца). Высшей математики здесь нет, нужно просто применить формулы.
Спорить на научном форуме два дня о том, существует ли эффект Оберта, и какие в связи с ним можно проводить манёвры, тоже смысла не вижу  
Если считаете что его не существует, то вас переубеждать тут никто не будет.
Только пассивные маневры-полеты вблизи Солнца (без включения двигателей) не могут дать эффекта. В отличии от пролета мимо планет. А мы говорим про активные маневры, когда двигатели включаются.

 

Вот, кажется, наилучший выход: по мере приближения к Солнцу вес топлива(продуктов сгорания)  будет увеличиваться, и это будет сопровождаться уменьшением скорости истечения газов, т. к. химическая энергия топлива- константа.

[Skipper_NORTON]

и это будет сопровождаться уменьшением скорости истечения газов

 
Доказательства - в студию.
Или потроллить решили?     
 
Очевидно, что в данном случае, корабль падает по гомоновской траектории к Солнцу, Если вас закрыть и изолировать внутри корабля, то вы никаким образом и совсем не сможете установить, на каком расстоянии от Солнца вы находитесь  - в любом случае у вас невесомость, а сгоревшее топливо относительно корабля удаляется с константной скоростью, добавляя кораблю константный прирост характеристической скорости. 
В какой бы инерциальной системе отсчета вы ни находились.
В моёс случае, это +31 км/с.
 
Эти +31 км/с так и сохранились бы, для внешнего наблюдателя, если бы не было Солнца.
Но в случае с Солнцем, корабль удаляется быстрее, чем приближался к нему, а потому,
 
на отлёте аппарат быстрее выходит из под гравитационного влияния и успевает испытать меньшее замедление, чем на подлёте ускорение.
 
До включения двигателей - в перигелии скорость 199 км/с. Так быстро Солнце разогнало ракету.
Если ничего не делать, то далее, Солнце будет замедлять корабль, и замедлит его так, что в афелии, скорость будет скажем, 10 км/c.
Затем корабль снова провалится к перигелию, и будет так кружиться вечно вокруг Солнца.
 
Но мы в перигелии наращиваем скорость на 31 км/с, получаем 230 км/с.
С какой скоростью будет удаляться от Солцна корабль при достижении прежней точки афелия? 10 км/c + 31 км/с ?
Неверно, так как корабль удалялся быстрее, а потому быстрее вышел из под гравитационного влияния Солнца, а значит замедлится он меньше.    Даже не вдаваясь в математические расчеты - очевидно, что при достижении прежней точки афелия, у корабля, скорость будет больше,чем 10 км/c + 31 км/с .
 
Теперь про кинетическую энергию. Она равна (m * v^2). Посчитаем её относительно условно бесконечно  удаленного, неподвижного относительно Солнца, наблюдателя.
Положим m = 1. Тогда E = v^2.  Значит двигатели, ускоряя аппарат вдали от Солнца, добавят кинетическую энергию полезной массе корабля, на
(41^2 - 10^2) = 1581,
а ускоряя вблизи Солнца  - добавят
(226^2 - 199^2) = 12840.
 
Т.е. в 11,2 раза больше будет кинетическая энергия и на выходе из Солнечной системы, а значть скорость -
будет выше в (11,2)^(1/2) * 31 = 3.34 * 31 = ~ 104 км/c. 
 
Это простые грубые расчеты, но даже по ним очевиден сам принцип.
 
Сами же остатки топлива будут иметь наоборот малую, потенциальную энергию, в системе отсчета связанной с Солнцем, потому что будут вращаться вблизи Солнца, в отличии от случая, если бы мы разгоняли корабль вдали от Солнца.
Потому и общая энергия всей системы, полезная масса корабля + топлива = одинакова относительно удаленного наблюдателя.

 
Формулы вы даже рассматривать не хотите, а какими еще более простыми аргументами вас убедить, я уже не знаю.
Надеюсь, вы не работаете в школе преподавателем физики?   
 

[Skipper_NORTON]

"за счёт этого при «подъёме» аппарата из гравитационного колодца  планеты (или Солнца) его кинетическая энергия не тратится на увеличение потенциальной энергии сожжённого топлива, что позволяет получить дополнительный выигрыш в скорости."

[OratorFree]

Это верно?

Нет. Ниже другая оценка. Смотрите здесь : https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,145742.msg3783583.html#msg3783583

[Skipper_NORTON]

За десять лет 80 тонн. (В предыдущих расчетах я где-то ошибся, где именно лень искать).
Т.е. разогнать надо не 20 т. А в среднем 60 тонн. При тяге 18 Н это ускорение 18/60*10^3 = 0,3 * 10^-3 м/с², следовательно за год (в среднем) скорость вырастет на 0,3*10^-3 * 32*10^6 = 9,6 * 10^3 м/с = 9,6 км/с, за десять лет до 96 км/с .

 
Значит, нужно  80 тонн стартового топлива, чтобы за 10 лет разогнать полезную массу в 3 тонны, до скорости 96 км/с ?  Имея ионный двигатель + ядерный реактор? 
Хорошо, пусть 80 тонн топлива, осталось узнать какую массу будет иметь ядерный реактор, чтобы выдавать тягу 18 Н  ?
Тогда мы и узнаем окончательную стартовую массу такого корабля.

[omnidroid]

Охлаждение через тепловое излучение с обратной стороны будет неадекватно малым в сравнении с желаемым получением энергии от Солнца. Кроме того, использовать солнечную энергию таким образом можно будет недолго - рано или поздно щит и всевозможные теплоизоляции прогреются насквозь. Все это возможно использовать только на пролетной траектории короткое время, и выработать много энергии здесь не успеете через тепловую машину.

То есть, если запустить в космос две медные пластины, так, чтобы одна затеняла другую, то "рано или поздно" та пластина, что находится в тени другой, прогреется до той же температуры? Правда?

[crazy_terraformer]

Ядерный реактор + ионник

...Это же интересно. Вот, взять к примеру, двигатель VASIMR + ядерный реактор, или альфа-излучатель Полоний, для получения энергии.
 
Пусть этот двигатель, хоть годы будет добавлять эту скорость на 150 км/c....
Первые 150 км/с, наберем с помощью гравитационного маневра вблизи Солнца (о чем мой первый пост), и химических двигателей, а затем имея КА не 3 тонны, а больше, двигатель VASIMR + ядерный реактор - добавит еще 150 км/с - для конечной полезной массы нашего аппарата в 3 тонны.
 
Получим межзвездный зонд, который будет удаляться от Солнца со скоростью 300 км/с, и проходить за каждые 1000  лет,  каждый следующий один световой год.

Маловато будет , маловато . Лучше термоядерный взрыволёт.

[OratorFree]

Хорошо, пусть 80 тонн топлива, осталось узнать какую массу будет иметь ядерный реактор, чтобы выдавать тягу 18 Н  ?

Тягу выдает ионник (точнее группа ионников). Тот буксир о котором я писал мегаватного класса (пока проект). Т.е. выдаваемая эл/энергия 1 МВт. Тепловая 3 МВт, ожидаемый срок службы 10 лет. 20 тонн это сам буксир - ядерный реактор + система охлаждения + двигатели. Но 3 тонны, существенно на результаты оценки не повлияют - поскольку основная нагрузка в данном случае это топливо (рабочее тело). Можно два буксира сцепить - тогда нагрузка на каждый 1,5 тонны.

[ВадимZero]

Я хочу представить свой проект,  со всем математическим обоснованием, на обычном химическом топливе, и посчитать
его примерную стоимость. Если кто может предложить проект с бОльшими скоростями,
или более дешевый для такой же скорости , предложите.

Кстати, ЯРД в этой схеме был бы эффективней.

[Маска]

А чтобы подобраться так близко к Солнцу Юпитера будет мало

Достаточно.Не нужно изобретать велосипед.Все давно просчитано.Внимательно прочтите статью - 20 а.е в год.К Седне,за восемь лет.
http://www.niac.usra.edu/files/studies/final_report/76McNutt.pdf
Ну и это так,довесок.
http://www.niac.usra.edu/files/library/meetings/annual/jun00/393McNutt.pdf

[LonelyWanderer]

Охлаждение через тепловое излучение с обратной стороны будет неадекватно малым в сравнении с желаемым получением энергии от Солнца. Кроме того, использовать солнечную энергию таким образом можно будет недолго - рано или поздно щит и всевозможные теплоизоляции прогреются насквозь. Все это возможно использовать только на пролетной траектории короткое время, и выработать много энергии здесь не успеете через тепловую машину.

То есть, если запустить в космос две медные пластины, так, чтобы одна затеняла другую, то "рано или поздно" та пластина, что находится в тени другой, прогреется до той же температуры? Правда?

Смотря на каком расстоянии друг от друга находятся и сколько они занимают друг у друга места на небе

[Skipper_NORTON]

Т.е. выдаваемая эл/энергия 1 МВт. Тепловая 3 МВт, ожидаемый срок службы 10 лет. 20 тонн это сам буксир - ядерный реактор + система охлаждения + двигатели.

 
Хорошо, сейчас сам посчитаю. Ядерный реактор, выдающий 1 МегаВатт + система охлаждения + двигатели + наши 3 тонны полезной массы К.Аппарата = равно 20 тонн?
Тогда это эквивалентно, как будто все 20 тонн и были бы полезной массой, которую будут разгонять  N тонн рабочего тела в ионном двигателе.
 
За 10 лет вы добавляете   до 96 км/с скорости, имея полных 80 тонн (60 тонн рабочего тела + 20 всего остального) ?
 
Тогда у вас масса ракеты уменьшается в 2 раза, по изменении характеристической скорости на 48 км/с - выходит, скорость истечения
рабочего тела из двигателя, действительно должна быть в районе 70 км/с  (для сравнения - при скорости истечения 4,5 км/c на водородно-кислородном топливе, масса ракеты уменьшалась в 2 раза, при изменении характеристической скорости всего лишь на 3 км/с ).
 
Теперь вопрос, ядерный реактор, подающий мощность 1 мегаватт на ионный двигатель - может ли обеспечить тягу в 18 Н ? 
 
Смотрим, технические характеристики, двигателя, VASIMR.
Тяга действительно 18 Н, скорость истечения рабочего тела 70 км/с, а мощность 1 МВт.
 
Не знаю, правду тут пишут или нет.
 
Но вы можете авторитетно заявить, что собранная на орбите Земли ракета, с ионным двигателем (или любым другим, реально существующим в наше время) + ядерным реактором, будет иметь стартовую массу 80 тонн,  и за 10 лет разгонит нашу полезную массу в  20 тонн, до скорости  ~100 км/с  ? 
 
Ну тогда аналогичный проект, с в 4 раза бОльшей стартовой массой (320 тонн), в 4 раза более мощным ядерным реактором и ионным двигателем, разгонит и до 200  км/с  полезную массу? 
 
Тогда или совсем всё прекрасно получается, и мы можем достичь прям заоблачных скоростей, или будет нелинейный рост мощности ядерного реактора а вместе с ним, и стартовой массы, для увеличения тяги двигателя?
 
10 лет разгонять еще допустимо, но 100 лет разгонять - уже нет    Да и срок службы таких двигателей намного не превышает 10 лет.

[ВадимZero]

Еще раз....Использовать постоянный УИ в 70км/с не целесообразно.

[Skipper_NORTON]

Меня на данный момент больше всего интересует,
1) стартовая и конечная масса ракеты + все остального оборудования для достижения скорости 100 км/c , пусть  за 10 лет,
2) стартовая и конечная масса ракеты + все остального оборудования для достижения скорости 200 км/c , пусть  за 20 лет,   
 
это к тому, чтобы найти наиболее экономически дешевый проект-гибрид, для достижения абсолютно максимальной скорости.
Далее, если придем к выводу, что ядерный реактор + ионник все таки лучшее решение, тогда рассмотрим
самые оптимальные его варианты.

[crazy_terraformer]

Эта штука тормозить будет у искомой звезды? Или будет лететь дальше бороздя просторы Галактики?

[omnidroid]

Эта штука тормозить будет у искомой звезды? Или будет лететь дальше бороздя просторы Галактики?

Так же как разгонялась, только в обратном порядке.

[LonelyWanderer]

Пытался я смоделировать в Орбитере такой манёвр у Юпитера для направления корабля на Солнце - не удалось даже близко. Фишка в том, что у Юпитера нужно произвести манёвр торможения, т.е. направить корабль впереди планеты по ретроградной относительно неё траектории. Эта траектория не может сильно замедлить корабль, корабль не может лететь относительно Юпитера сильно медленно, иначе он будет просто захвачен. Когда корабль огибает Юпитер спереди и заходит за него сзади и движется к Солнцу, Юпитер начинает частично компенсировать полученное кораблём торможение - теперь корабль, движущийся сзади Юпитера и вниз к Солнцу, начинает опять ускоряться планетой и вытягивать перигелий выше. Таким манёвром мне удалось лишь несколько увеличить эксцентриситет орбиты и опустить перигелий, но далеко не так близко, как нужно.

Манёвр нужно производить обратный эффекту Оберта - на максимальном удалении от Солнца, наиболее энергетически выгодном, там нужно произвести манёвр торможения. Но при этом, в отличии от Вояджеров и Пионеров, на большом расстоянии от Солнца орбита должны быть с довольно большим эксцентриситетом. Т.е., возможно, придётся обратиться к тому же Юпитеру, но на пролётной траектории. Корабль должен пролететь спереди Юпитера (а не сзади, как у Вояджеров), увеличив эксцентриситет своей орбиты, опустив перигелий и подняв афелий, и лететь дальше от Солнца. Потом уже где-то в районе пояса Койпера, в апогелии, где его скорость упадёт до сотен м/с, произвести торможение двигателями - и корабль помчится так близко к поверхности Солнца, как мы сможем его защитить.

[omnidroid]

На самом деле описанное - как раз самый что ни на есть прямой этот самый эффект.

Действительно выгоднее сначала максимально поднять орбиту, а уже потом с неё сверзиться на минимально возможную. Потому что ведь заведомо ясно, что если стартовать прямо у солнца, то чтобы вылететь из его притяжения, энергию нужно будет тратить, тратить и тратить? А если падать свысока, то нужно будет добавить лишь ещё немного, чтобы окончательно улететь.

Любой гравитационный манёвр - это когда на объект падают дольше, чем потом от него улетают. Если падать на солнце с далёкой орбиты, то чем более далёкая орбита, тем больший обмен импульсом произойдёт в ходе падения. Если затем объект остаётся пассивен и улетает по той же траектории, происходит обратный обмен этим самым импульсом. А вот если объект ускорился, он покидает гравитационное поле значительно быстрее, и не успевает вернуть весь полученный импульс обратно.

Поэтому межзвёздная экспедиция будет сначала лететь до максимально удалёного гиганта, который бросит аппарат в Солнце (хотя не знаю, выгоднее ли разворачиваться за счёт Нептуна или проще уже улететь в пояс Койпера самокатом...), и уже тогда совершать маневр у звезды. Понятное дело, все эти эволюции займут сотню лет. Зато потом сэкономят тысячу-другую.

[OratorFree]

Еще раз....Использовать постоянный УИ в 70км/с не целесообразно.

А сколько, например, целесообразно? Приведите пример расчета. Ну в простейшем случае при тех же исходных данных если разделить полет на три участка с ускорение с разным УИ. Я не конструктор ракетоносителей и не могу ухватить сути вашей идеи. В чем выигрыш переменного УИ?

[Skipper_NORTON]

Кстати, ЯРД в этой схеме был бы эффективней.

 
ВадимZero.
Возникает интересный вопрос.
Если  ЯРД - эффективней, зачем тогда нужна была эта гигантомания со строительством ракеты Сатурн-5, чтобы отправить человека на Луну?
Ладно еще первая ступень - нужна больше тяга.
 
А далее - сделали бы ядерный реактор, с рабочим телом - чистым водородом, и получили бы больше удельный импульс,
чем на водородно-кислородном топливе, и стартовая масса ракеты Сатурн-5 снизилась  бы в разы?
 
Значит может всё таки, ядерные реакторы в ракетах - это не эффективный дешевый вариант, проще массу  нарастить обычным водородом+кислородом?