Межпланетный Транспорт: двигатели и стратегии

[noxx77]

Для паруса нужна "парусина" с почти фантастическими свойствами, и гигантских размеров для сколько-нибудь значимой ПН.

Верно)

[noxx77]

Но вот спускаться с Марса на Землю парус уже совсем не поможет

Факт ли? Допустим, мы парусом снижаем орбитальную скорость, поставив по диагонали или вытягиваем орбиту, а потом используем парус только в нисходящей части, опять-таки на снижение скорости. Не получится?

[Valerij56]

Только Меркурий-Венера-Земля. До Марса уже сомнительно.

А вот это заблуждение. Вас, конечно, пугает, что сила давления солнечного света обратно пропорциональна квадрату расстояния - но ведь ровно по такому же квадрату падает и сила солнечной гравитации.
Соответственно, если получится, например сделать парус, уравновешивающий солнечную гравитацию, с того момента как вы его развернете, корабль будет двигаться практически по прямой с неизменной скоростью. До Марса так можно долететь достаточно шустро (правда, затормозить будет затруднительно, но то такое).

Но вот спускаться с Марса на Землю парус уже совсем не поможет

   
Направлением силы тяги отражающего паруса вполне можно управлять. И, к тому же, если вы находитесь "на орбите Земли" (или Марса, без разницы), то солнечная гравитация вполне скомпенсирована центробежной силой. Орбита - это конкретный класс замкнутых траекторий.

[sharp]

Допустим, мы парусом снижаем орбитальную скорость, поставив по диагонали или вытягиваем орбиту, а потом используем парус только в нисходящей части, опять-таки на снижение скорости. Не получится?

Парус придется повернуть под значительным углом, чтобы его тяга понижала скорость, а не повышала. Но при этом существенно упадет давление солнечного излучения на него. Скажем, если в оптимальном положении он давал тягу, равную притяжению Солнца, то повернув его, получите тягу на порядок меньшую, и будете спускаться на ней гораздо дольше чем даже по гоману.
Значит требуется парус на порядок лучших характеристик - в 10 раз меньше плотность, и во столько же больше его собственные размеры. И тут уже под сомнением целесообразность.

Направлением силы тяги отражающего паруса вполне можно управлять.

См.выше.

И, к тому же, если вы находитесь "на орбите Земли" (или Марса, без разницы), то солнечная гравитация вполне скомпенсирована центробежной силой. Орбита - это конкретный класс замкнутых траекторий.

Вы сами-то поняли, что написали?

[noxx77]

И тут уже под сомнением целесообразность.

Ну, это-то да. Тем не менее, скомбинировав пушечный старт, солнечный парус, гравитационное маневрирование и атмосферное торможение можно получить практически безреактивные межпланетные путешествия в рамках нашей физики))

[Valerij56]

Допустим, мы парусом снижаем орбитальную скорость, поставив по диагонали или вытягиваем орбиту, а потом используем парус только в нисходящей части, опять-таки на снижение скорости. Не получится?

Парус придется повернуть под значительным углом, чтобы его тяга понижала скорость, а не повышала. Но при этом существенно упадет давление солнечного излучения на него. Скажем, если в оптимальном положении он давал тягу, равную притяжению Солнца, то повернув его, получите тягу на порядок меньшую, и будете спускаться на ней гораздо дольше чем даже по гоману.
Значит требуется парус на порядок лучших характеристик - в 10 раз меньше плотность, и во столько же больше его собственные размеры. И тут уже под сомнением целесообразность.

Направлением силы тяги отражающего паруса вполне можно управлять.

См.выше.

   
На эллиптической орбите парус иногда может быть практически перпендикулярен направлению на Солнце.
     

И, к тому же, если вы находитесь "на орбите Земли" (или Марса, без разницы), то солнечная гравитация вполне скомпенсирована центробежной силой. Орбита - это конкретный класс замкнутых траекторий.

Вы сами-то поняли, что написали?

   
Нахождение на орбите (любой) подразумевает орбитальную скорость, в отличии от пересечения орбиты.

[sharp]

На эллиптической орбите парус иногда может быть практически перпендикулярен направлению на Солнце.

А смысл?

Нахождение на орбите (любой) подразумевает орбитальную скорость

Спс кэп. И?

[Valerij56]

На эллиптической орбите парус иногда может быть практически перпендикулярен направлению на Солнце.

А смысл?

     
Мы обсуждаем методы межпланетных перелётов? В этом и смысл.
   
Проблема солнечного паруса в том, что он плохо подходит для тяжёлых нагрузок.
 

Нахождение на орбите (любой) подразумевает орбитальную скорость

Спс кэп. И?

   
Да, но судя по тому, что вы сказали, вы об этом забыли.

[sharp]

Да, но судя по тому, что вы сказали, вы об этом забыли.

Разумеется, нет. Возможно, вы просто не поняли сказанное.

[crazy_terraformer]

Допустим, мы парусом снижаем орбитальную скорость, поставив по диагонали или вытягиваем орбиту, а потом используем парус только в нисходящей части, опять-таки на снижение скорости. Не получится?

Парус придется повернуть под значительным углом, чтобы его тяга понижала скорость, а не повышала. Но при этом существенно упадет давление солнечного излучения на него. Скажем, если в оптимальном положении он давал тягу, равную притяжению Солнца, то повернув его, получите тягу на порядок меньшую, и будете спускаться на ней гораздо дольше чем даже по гоману.
Значит требуется парус на порядок лучших характеристик - в 10 раз меньше плотность, и во столько же больше его собственные размеры. И тут уже под сомнением целесообразность.

А ежели использовать систему собирающую свет и направляющую его куда надо? Парус - первое зеркало, отражающий солнечный свет на систему призм и зеркал или на приёмник гибкого световода?
При межпланетных полётах парус можно использовать как зеркало для гелиотермического ракетного двигателя или как компонент СЭС, питающей электричеством ЭРД.

[sharp]

А ежели использовать систему собирающую свет и направляющую его куда надо? Парус - первое зеркало, отражающий солнечный свет на систему призм и зеркал или на приёмник гибкого световода?

И все это располагается на корабле, или зеркало отдельно неподвижно?

При межпланетных полётах парус можно использовать как зеркало для гелиотермического ракетного двигателя или как компонент СЭС, питающей электричеством ЭРД.

Второй способ будет использовать недавно запущенный европейцами зонд к Меркурию. Но мощность получается котэ наплакал: всего несколько ватт на килограмм.

[crazy_terraformer]

А ежели использовать систему собирающую свет и направляющую его куда надо? Парус - первое зеркало, отражающий солнечный свет на систему призм и зеркал или на приёмник гибкого световода?

И все это располагается на корабле, или зеркало отдельно неподвижно?

Зеркало на корабле.

[sharp]

Зеркало на корабле.

Ну тогда нет никакой разницы... Есть входящий свет, есть свет, покидающий корабль, разница импульсов между ними и есть импульс, переданный кораблю... Сложная система зеркал тут ни к чему, тем более что она только увеличит вес.

[Андрей 2]

Впервые  слышу о парафиновом топливе для ракетных двигателей на 2:31 на этом видео :

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

[crazy_terraformer]

Это что, а вот ракета на колбасе(салями) - это да! Была в передаче "Разрушители мифов".

 Или другая штука -   ракета-вертолёт "Roton", не реализована правда.
https://habr.com/post/370581/

Гэри Хадсон же гнался за синей птицей доступного космоса другой дорогой. Его захватила идея SSTO — аппарата, который сможет достичь орбиты одной ступенью и использоваться многократно. И его мозг родил совершенно безумную конструкцию — в космос должен был отправиться вертолет с реактивным приводом лопастей. При этом лопасти решали сразу несколько задач. Главная была в создании огромного давления центробежной силой для того, чтобы ракетные двигатели на концах лопастей были эффективны. Фактически, лопасти работали бы как турбонасос обычного двигателя. Кроме этого, они создавали бы подъемную силу при взлете, работали бы как тормоз при спуске в атмосфере и позволяли бы совершить управляемую точную посадку. Впрочем, к 1999 году взлетать все-таки решили на обычном ракетном двигателе, а лопасти использовать при посадке. Хадсону удалось собрать $30 миллионов и построить технологический демонстратор, который выглядел как пепелац из фильма «Кин-дза-дза» и мог летать как вертолет. На нем стоял снятый с разбившегося вертолета S-58 несущий винт, который раскручивали двигатели на перекиси водорода, аналогичные тем, которые бы использовались на космическом аппарате при посадке.

http://www.youtube.com/watch?v=7Kp63-an2ts

[cybertron]

   Почитал про супермаховики недавно

      Здесь
         http://crowlspace.com/?p=3053   

      и здесь

         https://www.nextbigfuture.com/2018/10/cnt-bundle-material-for-flywheels-40-times-better-than-batteries.html

   Недавно был создан связки из углеродных нанотрубок - которые сильнее кевлара в 20 раз.

      https://www.popmech.ru/technologies/news-447262-neveroyatno-prochnyy-material-dlya-postroyki-kosmicheskogo-lifta/

   Адам Кроул подсчитал что если создать супермаховик из такого материала - то плотность запасенной энергии
   будет в 40 раз лучше литиевых аккумуляторов.
   около 7.5 мегаджоулей на килограмм. Для сравнения килограмм натурального газа - 50 мегаджоулей.
   Однако для сжигания 1 килограмма газа нужно еще добавить 4 килограмма кислорода - так что в случае космических применений
   получается 7.5 против 10. Газ все еще выгоднее. Но если учесть при сжигание часть энергии будет рассеяна - например при сжигании в турбинах
   только 20% энергии производит полезную работу - то плотность полезной энергии уже получается только 2 мдж/кг. С супермаховика можно снять до 95%.
   запасенной энергии. Т.е получается что такой супермаховик будет более выгоден чем химическое топливо.

   СпейсХ метановые рапторы обещают Isp 385 секунд. - каждый килограмм топлива - представляет 7.14 Мдж/кг. Т.е теоретически - супермаховики
   могут быть выгоднее чем химическое топливо.

   А если учесть что полученные волокна из углеродных нанотрубок - еще не предел - то показатели супермаховиков могут быть еще улучшены.
   Материал для которого сделан расчет - имеет сопротивление при растяжении в районе 80 гигапаскалей. Теоретически углеродные нанотрубки могут
   иметь сопротивление при растяжении — больше 300 гигапаскалей.  Т.е еще можно улучшить раза в 3-4.


   Мне интересно как будет смотреться ионный корабль к Марсу на таком супермаховике. Ни тебе радиаторов как с ядерным реактором, ни тебе солнечных батарей. Никакого лишнего веса.
   
   Главное - прилетел к Марсу или к Юпитеру - пристыковался к спутнику с солнечными батареями - раскрутил маховики заново. Заправился каким-нибудь газом.
   И можно лететь обратно.

[Dem]

У химического топливо то достоинство, что отработанное сбрасывается за борт, махових же остаётся на борту и на его ускорение надо тратить энергию.
Да и дорогие они как собаки.
А вот для орбитального аппарата как средство запасти энергию на "тёмную" часть орбиты - вполне годно.

[Valerij56]

Почитал про супермаховики недавно
...
Недавно был создан связки из углеродных нанотрубок - которые сильнее кевлара в 20 рfp

   
Это хорошие накопители энергии, особенно, если на выходе нужна механическая энергия, но плохая замена для реактивного двигателя, в котором сгоревшее топливо служит рабочим телом.
   

   
Но есть, например, проекты "пращемётов", работающих на принципе пращи, http://techvesti.ru/node/6764 Такой, например, можно построить вместо катапульты для запуска ресурсов с Луны или астероидов, тех же Фобоса с Деймосом. Это относительно компактная конструкция. Вот для накопления энергии для выстрела из такого чуда - просто идеально.

[crazy_terraformer]

      Адам Кроул подсчитал что если создать супермаховик из такого материала - то плотность запасенной энергии
   будет в 40 раз лучше литиевых аккумуляторов.
   около 7.5 мегаджоулей на килограмм. Для сравнения килограмм натурального газа - 50 мегаджоулей.
   Однако для сжигания 1 килограмма газа нужно еще добавить 4 килограмма кислорода - так что в случае космических применений
   получается 7.5 против 10. Газ все еще выгоднее. Но если учесть при сжигание часть энергии будет рассеяна - например при сжигании в турбинах
   только 20% энергии производит полезную работу - то плотность полезной энергии уже получается только 2 мдж/кг. С супермаховика можно снять до 95%.
   запасенной энергии. Т.е получается что такой супермаховик будет более выгоден чем химическое топливо.

   СпейсХ метановые рапторы обещают Isp 385 секунд. - каждый килограмм топлива - представляет 7.14 Мдж/кг. Т.е теоретически - супермаховики
   могут быть выгоднее чем химическое топливо.

   А если учесть что полученные волокна из углеродных нанотрубок - еще не предел - то показатели супермаховиков могут быть еще улучшены.
   Материал для которого сделан расчет - имеет сопротивление при растяжении в районе 80 гигапаскалей. Теоретически углеродные нанотрубки могут
   иметь сопротивление при растяжении — больше 300 гигапаскалей.  Т.е еще можно улучшить раза в 3-4.


   Мне интересно как будет смотреться ионный корабль к Марсу на таком супермаховике. Ни тебе радиаторов как с ядерным реактором, ни тебе солнечных батарей. Никакого лишнего веса.
   
   Главное - прилетел к Марсу или к Юпитеру - пристыковался к спутнику с солнечными батареями - раскрутил маховики заново. Заправился каким-нибудь газом.
   И можно лететь обратно.

Как известно солнечный ветер - это поток ионизированного газа, преимущественно водорода. Следовательно, всё межпланетное пространство Солнечной системы представляет собой очень разряжённую водородную атмосферу. Далее, некие конструкторы собираются на Марсе выпускать марсианских пчёл - минироботов-махолётов. Можно экстраполировать их идею и использовать супермаховики как источники энергии для межпланетных полётов махолётов и вертолётов. Естественно лопасти и крылья должны быть очень большими и двигаться быстро.

[cybertron]

Ну собственно в пределах солнечной системы может сработать идея термоядерного прямоточника. При межзвездных перелетах из-за низкой плотности межзвездного водорода это не срабатывает.
В солнечной системе плотность межпланетного водорода гораздо выше, площадь для сбора будет гораздо меньше. Можно будет его собирать - и отправлять в реактор.