По поводу разгона КК с полезной нагрузкой в 3 тонны до скорости 300 км/с за 10 лет на ИЗВЕСТНЫХ нам технологиях.
Мне самому стало интересно насколько это реально?
Оказывается - БОЛЕЕ ЧЕМ реально.
Смотрите.
Обыкновенный ионный космический корабль с ядерным реактором, панелями радиаторов и ионными двигателями. Ничего необычного.
Полезная нагрузка 3 000 кг.
У тичичного инонного зонда с электро-ракетным двигателем ПН составляет порядка 10%.
То есть масса всего пустого ионного корабля 30 000 кг.
Скорость истечения из ионных двигателей мы можем взять любую (в пределах разумного). Мы возьмем энергетически ОПТИМАЛЬНУЮ. То есть составляющую 0.62 от характеристической скорости или конечной скорости. То есть.
u= 186 000 м/с
Более чем нормальная скорость для ионного двигателя. Напомню что первые (самые примитивные) ионные двигатели и выдавали как раз 200 км/с (это потом продвинутым уменьшили до 70 км/с как куда более оптимальное истечение для нужд реальной космонавтики).
Масса топлива. При оптимуме массовое число составит примерно 4. То есть масса топлива 120 000 кг. 120 тонн цезия это при плотности 1873 кг/м3 это 64 м3 или шарик 4.96, в общем 5 метров в диаметре.
Расход топлива 120 тонн за 10 лет это 0,3805 г/с. Секундный расход рабочей массы на скорость истечения -тяга. 70,8 Н или примерно 7 кг.
Еще в 1961 году Перельман в "Двигатели галактических кораблей" писал что у типичного ионника можно получать 1г тяги (0,0098 Н) на см2 (из-за объемного заряда). То есть суммарная площадь сопел ионных двигателей составит 0,72 м2 и если это представить как один двигатель то его диаметр составит 0,96 м, то есть порядка 1 метра.
Зримо? Возможно? Вполне!
Полезная мощность струи (ватт) это секундный расход на квадрат скорости истечения деленное на два. 6.6 МВт. При кпд ионника в 0.9 (это вполне уже достигнуто) потребляемая электрическая мощность 7.3 Мвт.
И вот самое интересное (узкое место ради чего я и затеял расчет). Удельная мощность корабля. То есть электрическая мощность деленная на массу пустого корабля. Получается
61 Вт/кг. Это меньше мыслимого уровня 100 вт/кг (1 квт/кг, а тем более 10 квт/кг - вот это УЖЕ супер инженерная ЗАДАЧА!). То есть вердикт однозначный -
ионник для 300 км/с за 10 лет разгона вполне мыслим уже сейчас. Просто нужна хорошая инженерная работа. И заказчик, разумеется. Цель для такого корабля.
КПД электро-генераторной установки 0.25 (вполне мыслимая даже для продвинутых прямых преобразователей тепла в ток). Отсюда тепловая мощность рекатора (-ров) 29,2 Мвт.
Учитывая что калорийность ядерного топлива (уран, плутоний) 20 кт/кг )1 килотонна (4.2e+12 Дж), получаем что на 10 лет работы в реактор потребуется загрузить 110 кг плутония-урана235. То есть вся сборка топлива при обогощении 50% будет составлять порядка 200 кг. Все - в пределах разумного и мыслимого.
Таким образом.
Достичь 300 км/с на современных технологиях более чем возможно. Это в наших силах.
Масса корабля составит 30 +120 =150 тонн. То есть его даже особо собирать на орбите не придется. Ракета-носитель типа "Сатурн-5" вполне может вывести на низкую орбиту такой корабль за один пуск. То есть собрать такой зонд можно полностью на земле не "выходя из колыбели".
Возникает лишь один вопрос.
А зачем нужно пускать куда-то такой корабль на скорости 300 км/с?
К какой цели?
К звездам - слишком далеко. К планетам? К каким?
Сейчас появился интересный объект. Планета X... Замаячил. Допустим, мы ее нашли аж на 500 а.е. от Солнца. Сколько займет полет корабля на 500 а.е. на скорости 300 км/с? Почти 8 лет. Но наш корабль будет разгоняться до крейсерской скорости только 10 лет!
То есть даже планета Х где-то в Оорте оказывается слишком близкой целью для него (у нашего корабля слишком маленькая удельная мощность привода). Но ясно что оптимально рассчитанный и спроектированный зонд к Планете Х будет иметь очень близкие параметры к выше названным.
ЗЫ
Тут говорили об Орионе.
Орион - ЗАПРЕТНАЯ "в этой жизни" технология. Политически. Это атомные/водородные взрывы в космосе. Они недопустимы. Но если отказаться от запрета, то вполне мыслимо разогнать Орион до примерно 1000 км/с (чуть выше). Просто потому, что
скорость разлета плазмы при космическом ядерном взрыве порядка 1000 км/с. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ факт. Не надо никакой теории. То есть такие скорости истечения для Ориона вполне достижимы (о чем Дайсон в 1968 году и написал в "Физик тудей"). Кстати именно Орион (стартующий с поверхности земли то есть имещий ускорение 2-3g) идеален для маневра Оберта у Солнца и мы прикидывали что как раз только за счет этого можно получить +300 км/с (пройдя над самым светилом, "маневр Икара"). То есть порядка 1500 км/с на Орионе получить можно. Это и к бабке не ходите. Мои стенания по поводу межзвездного Ориона касаются куда больших скоростей 10 000 км/с. Вот до таких бы его раскачегарить! Но это уже, сынок, фантастика...
Одна засада. Для Ориона 3 тонны "неподъемная" нагрузка. Ему надо минимум тонн 300.
ЗЫЗЫ
Кстати первом попавшемся мне и дернутом в самом начале рисунке ионного корабля какой-то дурак перепутал экспедиционный модуль с ядерным реактором. Оно и понятно. Реактор по-идее (у алигофренов от техники) должен быть РЯДОМ с двигателями, как же еще? Верно? Как я его понимаю!
Если бы это не было МАССОВЫМ явлением, над этим можно было бы просто смеяться. Но дурак, он не просто дурак ("И какой же ты умный дурак!" (с) АБС ХВВ). Он же и активный и творческий. Он же действует! Блин!!! Ведь наверняка видел что реактор "впереди", но почухал репу и решил поправить! Мол, непорядок! Как пить дать!!!
ЗЫЗЫЗЫ
Еще. Есть еще одна технология. Политически более чем благонадежная (никаких ядерных взрывов!) и хорошо масштабируемая вниз (3 тонны? ради бога). Это солнечный парус, выстреливаемый от Солнца. Идея Метлоффа. У меня перевод его статьи еще 1980-го года давно лежит.
http://go2starss.narod.ru/pub/E029_MMKG.html
Таким образом даже для пилотируемой колонии на 1000 человек можно достигнуть куда большей скорости улета из Солнечной Системы. Вот график разгона межзвездной колонии подвешенной на стропы (да еще и сбрасывающей балласт как аэростат что бы ускорение в начале не было таким жестким для людей!).
Колония разгоняется до 2.8e-3c или 840 км/с! То есть для зонда (скажем, носитель эмбрионов с кучей всякого оборудования) можно было бы получить и 1000 км/с если хорошо взяться за задачу. Одна проблема - окультер. Но если у нас 3 т полезной нагрузки (6 тонн весь парусник) то окультер может быть 60-100 тонн. То есть все мыслимо.
Но вообще говоря лучше было бы, если мы запускаете на пролет (тормозить не надо), "плоский" парус флай-бай, без всяких гондол. У того же Малова и Мэтлоффа в 1980-м уже получалась скорость ухода из системы для такого зонда 0,012с то есть 3600 км/с! То есть те же самые 1500 км/с что и для Ориона вполне можно, видимо, добиться уже сейчас. Это все - мыслимые технологии. Там нет каких-то теоретически узких мест. Все материалы уже сейчас могут быть получены. Было бы желание и... цель!
