Посадка на Солнце заправки ради ))

[neolopus]

Дамы и господа, хочу предложить вам на строгое физическое рассмотрение тему "посадки космического корабля на Солнце с целью заправки энергией для дальнейшего полёта".

Ну что тут можно сказать? Ну,во-первых, что посадка на Солнце откровенно бредово выглядит. Во-вторых, идея далеко не нова в фантастике,с заправкой от звёзд. В третьих, в каком виде держать "заправленную энергию"? В четвёртых, возможно и это уже было на форуме...

То, что подобные проекты (с целью посадки на Солнце) на форуме были - это точно. И в шутку, и всерьёз. Время существования зонда у условной поверхности Солнца оказывалось небольшим, и зонд, видимо, будет в один конец. Хочется верить, что он всё-таки будет беспилотным...

Но мне хотелось вынести на ваш суд несколько другую идею. Пролёт возле Солнца с целью использования его энергии.
Посмотрите - мы постоянно ищем источник энергии. Термоядерные бомбы, термоядерный реактор, антивещество. Ясно, что реактор  будет что-то расходовать, тем самым надо будет везти с собой (в условиях ограниченной полётной массы) ещё и немало топлива (возможно и крайне дорогостоящего). Расходовать его нужно будет экономно и бережно. Да и плюс у нас пока нет подобных технологий...

А чем плохо Солнце? Готовый реактор же. Огромный и топливо в нём уже есть. И уж явно превосходящий всё то, что мы смогли бы собрать сами. Всё равно горит же, почему бы и не позаимствовать у него часть энергии?

Посмотрите - корабль отправляется в межзвёздное путешествие. Но перед этим он... он падает на Солнце.  Не к центру разумеется. Он падает по касательной. Приближается к Солнцу, ближе и ближе, проходит по касательной и удаляется от Солнца.

И в процессе этого "падения" работают ионные двигатели. Понятно, что оболочка космического корабля раскаляется (если он будет выполнен из небольшого астероида - то внутри него может быть удастся пересидеть), и каким-либо способом эта энергия превращается в электрическую и подводится к ускорителю. Порода астероида ионизируется и вылетает из ускорителя-сопла; чем больше энергии мы запихаем в поток ионов - тем лучше; вещество лучше беречь и расходовать экономно, энергию, пока пролетаем около Солнца, беречь необходимости нет.

Несколько часов (суток, дней) длится это "падение" на Солнце, пролёт возле него и удаление на то расстояние, на котором солнечный нагрев уже становится недостаточным для дальнейшего разгона. Но за это время космический корабль, "зарядившийся" энергией Солнца, может набрать такую скорость, с которой уже можно лететь к звёздам.
Или не может?

Если на форуме было уже нечто подобное - я совершенно не против перенесения этой темы туда.

[Андрей 2]

Ионники для ухода от Солнца не помогут,  здесь пожалуй подойдут те что проектировали для "Дедала".

[Klapaucius]

Ионники для ухода от Солнца не помогут,  здесь пожалуй подойдут те что проектировали для "Дедала".

Сериал "Звёздные Врата" вспомнился, там и "Дедал" был (надеюсь Вы про другой), и главное в "З.В. Вселенная" корабль нырял в фотосферу звёзд. Был приспособлен к красным карликам, но невольный экипаж рисковал, заправляясь у голубых звёзд. Правда что за механизм пополнения энергии звездолёта был, я так и не вкурил. Кроме темы что там, у сверхгигантов, для здоровья экипажа (и для систем корабля) были бОльшие проблемы, чем были бы у красных карликов (а возможно и у красных гигантов-сверхгигантов, но эта тема в сериале вроде не раскрыта).

[neolopus]

Ионники для ухода от Солнца не помогут,  здесь пожалуй подойдут те что проектировали для "Дедала".

Тут ведь, по идее, ионники не для ухода от Солнца.
От Солнца корабль уйдёт на той же энергии, на которой он в него упал. Падение - разгон, вылет обратно - торможение. Энергия превращается из одного вида в другой. Даже без работающих двигателей корабль смог бы подняться на ту же орбиту, с которой прилетел.

А вот всё излучение Солнца, которое удалось подать на ионники, превращается в поток ионов и в конечном счёте в скорость корабля. Функция ионников в этом - в том, чтобы вылетел он от Солнца со скоростью, намного превышающую скорость, с которой "упал". Гравитационная яма сначала прибавится а потом отнимется, а тепловая энергия разгонять корабль должна будет постоянно, по идее...

Правда что за механизм пополнения энергии звездолёта был, я так и не вкурил.

В сериале - не знаю, к сожалению...
Тут - предлагается в виде кинетической энергии.
Солнечная энергия превращается в скорость звездолёта. (Как мне хочется надеяться...)

[neolopus]

Ионники для ухода от Солнца не помогут,  здесь пожалуй подойдут те что проектировали для "Дедала".

Впрочем, извините. Только сейчас врубился - под фразой "уход от Солнца" Вы имели в виду не уход от Солнца в смысле от солнечной "поверхности" - а уход из Солнечной Системы в межзвёздное пространство.

Тогда жалко, что ионники не помогут.
Даже если долго-долго "накачивать" их излучением фотосферы, которая рядом?

[Nucleosome]

ну вот что подумалось в первую очередь: во-первых зачем падать именно на Солнце? у него же есть ветер и если есть термоядерный реактор (а без него вся затея бессмысленна), то он несёт очень много интересных вещей в общем тоже, что можно найти на поверхности (которой конечно вообще нет как и у планет-гигантов) - надо только его ловить, но на дистанции млн десять км плотность его са 15³ раза больше чем у Земной орбиты, так что раскрыть зонтик можно магнтный и ловить. чтобы экипаж не сгорел во-первых - а зачем он вообще там нужен? пусть болтается на более высокой орбите, во-вторых, такой спутник может кружится по элиптической орбите, ну и если сделать такой штуке альбедо под 90% то его эффективная температура на такой орибте будет где-то 650 К, можно наверное и поближе приблизить если такой зонд не имеет каких-то тонких устройств.

[sharp]

А чем плохо Солнце? Готовый реактор же. Огромный и топливо в нём уже есть. И уж явно превосходящий всё то, что мы смогли бы собрать сами. Всё равно горит же, почему бы и не позаимствовать у него часть энергии?

Рекомендую ознакомиться с темой: Термоглиссер.

Там рассмотрен наиболее реалистичный вариант того, о чем вы говорите. Если кратко, то действительно падаем по эллпиптической орбите, но на на само Солнце, а просто по орбите с низким перигелием (2 радиуса Солнца, если конструкция корабля позволяет).
При этом энергия Солнца используется для разогрева рабочего тела - по аналогии с ЯРД, но вместо реактора источником тепла выступает солнечное излучение. А рабочим телом выступает водород, исходно находящийся в жидком или даже ледяном состоянии.
Это же одновременно позволяет избежать перегрева: корабль охлаждается стремительно истекающим водородом.

Эффект Оберта позволяет при помощи сравнительно небольшой характеристической скорости, разогнаться до 200-300 км/с на удалении от Солнца. Для межзвездного путешествия все равно маловато, зато можно таким образом запускать зонды в облако Оорта или, например, в фокус гравитационной линзы Солнца.

[MenFrame]

Если кратко, то действительно падаем по эллпиптической орбите, но на на само Солнце, а просто по орбите с низким перигелием (2 радиуса Солнца, если конструкция корабля позволяет).

Можно просто кусок большого вещества с переменным импульсом абляции. Скажем шар или диск из водорода окутанный тугоплавким слоем. Тогда можно максимальо близко к поверхности подойти. Получить максимальную тягу и максимального Оберта.

[neolopus]

Рекомендую ознакомиться с темой: Термоглиссер.

Там рассмотрен наиболее реалистичный вариант того, о чем вы говорите.

Обана!
По-видимому, это самое то. Спасибо!

А продолжать-то теперь где? Тут или там?

во-первых зачем падать именно на Солнце?

Чтобы максимально полно и максимально долго использовать солнечную энергию.
КК с наружным термоядерным реактором, получается.

во-вторых, такой спутник может кружится по элиптической орбите, ну и если сделать такой штуке альбедо под 90% то его эффективная температура на такой орибте будет где-то 650 К, можно наверное и поближе приблизить если такой зонд не имеет каких-то тонких устройств.

Зонд, направленный для изучения Солнца - да. Может болтаться около него очень долго.
А устройство, которое должно разогнаться и полететь дальше, не может находиться около Солнца всё время, двигаясь по круговой орбите. Рано или поздно ему нужно набрать скорость, превышающую орбитальную скорость возле Солнца. Оно начнёт удаляться.
И хотелось бы,чтобы момент сближения с Солнцем был использован по максимуму.

Можно просто кусок большого вещества с переменным импульсом абляции. Скажем шар или диск из водорода окутанный тугоплавким слоем. Тогда можно максимальо близко к поверхности подойти. Получить максимальную тягу и максимального Оберта.

При этом энергия Солнца используется для разогрева рабочего тела - по аналогии с ЯРД, но вместо реактора источником тепла выступает солнечное излучение. А рабочим телом выступает водород, исходно находящийся в жидком или даже ледяном состоянии.
Это же одновременно позволяет избежать перегрева: корабль охлаждается стремительно истекающим водородом.

А что если пойти дальше?
Не нужно эффективных температур в несколько сот кельвин. Пусть разогревается как можно больше.
Используя разность температур на стороне, обращённой к Солнцу и на стороне, на которую солнечные лучи не падают, получить перенос тепла и тем или иным способом превратить его в электрическую энергию.

Электрическую энергию подвести к ускорителю элементарных частиц, а в сам ускоритель подать - ну можно водород, а можно испаряющуюся породу самого астероида. Просто в полёте водород ещё может пригодиться, а камень нужен будет не так сильно.

Экипаж можно оградить от раскалённой оболочки внутренним корпусом. Раскаляется наружный корпус, одна сторона греется больше (та, которая обращена к светилу), другая используется для охлаждения.

Почему ускоритель, а не прямое истечение нагретого вещества? Потому что истечение не будет со скоростями больше, нежели соответствующими температуре 6 тыс. градусов; ускорение же ионов электромагнитными полями позволит придавать истекающему потоку любые скорости.

Грубо говоря то же истечение рабочего тела с околосветовой скоростью, только безо всякого антивещества на борту. Энергию предоставляет Солнце во время пролёта возле него.

Сложности понятны - чуть ближе к Солнцу - установка расплавится (или погибнет команда); чуть дальше от Солнца - уменьшится скорость "отрыва"...

Интересно - есть какой-то оптимум? Выжать максимум и остаться при этом живыми?
И какой можно получить этот максимум? Всего лишь те самые 200-300 км/с? Больше не получится?..
Солнце могло бы, по идее, помочь достичь звёзд. Уж что-что, но энергии у него хоть отбавляй...

[neolopus]

Тут еще ведь дело в том, что подобная установка на сегодняшний день нам более реальна, чем термоядерные взрыволёты и фотонные ракеты с антипротонами на борту.

Собрать какой-нибудь преобразователь тепла в электричество и приделать к нему ускоритель для ионов - по идее мы буквально даже сегодня уже можем...

Может быть увидим мы ещё полёты к звёздам? Не потомки, а ещё мы сами?

[sharp]

Не нужно эффективных температур в несколько сот кельвин. Пусть разогревается как можно больше.
Используя разность температур на стороне, обращённой к Солнцу и на стороне, на которую солнечные лучи не падают, получить перенос тепла и тем или иным способом превратить его в электрическую энергию.

А у вас есть радиатор с мощностью теплоотвода в несколько МВт на м2? Если нет, то с тепловой машиной так близко к Солнцу лучше не соваться.

Почему ускоритель, а не прямое истечение нагретого вещества? Потому что истечение не будет со скоростями больше, нежели соответствующими температуре 6 тыс. градусов; ускорение же ионов электромагнитными полями позволит придавать истекающему потоку любые скорости.

А какая тяга будет? Нам ведь нужно успеть сообщить нужный импульс за время прохождения перигелия, а это примерно десятки минут.

Интересно - есть какой-то оптимум? Выжать максимум и остаться при этом живыми?
И какой можно получить этот максимум? Всего лишь те самые 200-300 км/с? Больше не получится?..
Солнце могло бы, по идее, помочь достичь звёзд. Уж что-что, но энергии у него хоть отбавляй...

Можете посчитать эффект Оберта, расчет там не сложный, через закон сохранения энергии. Приблизительно, емнип, получалось, что при собственной дельта-ве не более 15 км/с, можно разогнать примерно до половины 2-й космической того тела, у которого ускоряемся.

[Короб]

Я так понимаю, идея с заправкой от Солнца вышла отсюда (из первой Elite от 1984 года)?
http://www.youtube.com/watch?v=eRPsrPjGT0c

[neolopus]

Я так понимаю, идея с заправкой от Солнца вышла отсюда (из первой Elite от 1984 года)?
http://www.youtube.com/watch?v=eRPsrPjGT0c

Не помню, откуда я её взял, но почти наверняка не отсюда. То ли откуда ещё, то ли сам додумался...
Не помню. Просто кажется само собой очевидным, что у Солнца энергии-то полно...
Да вообще много людей - и фантастов, и нет - предлагали в том или ином виде использовать энергию Солнца. И совершенно закономерно! Ну действительно грех не воспользоваться таким источником. Всё равно же сгорит, притом просто так...
А так хотя бы полетаем...

А у вас есть радиатор с мощностью теплоотвода в несколько МВт на м2?  Если нет, то с тепловой машиной так близко к Солнцу лучше не соваться.

Ну если верить закону о зависимости излучаемости от температуры в 4ой степени - то можно придти к выводу, что рост температуры будет существенно улучшать теплоотдачу.
В конце концов у веществ есть тепловая инерция, и если речь идёт о:

примерно десятки минут.

- то, возможно, "тепловая машина" (в самом широком её понимании) и не успеет нагреться до разрушения...
В конце концов всё ведь зависит от реальных материалов, времени пролёта, скорости, расстояния до Солнца,и много чего другого...

Почему ускоритель, а не прямое истечение нагретого вещества? Потому что истечение не будет со скоростями больше, нежели соответствующими температуре 6 тыс. градусов; ускорение же ионов электромагнитными полями позволит придавать истекающему потоку любые скорости.

А какая тяга будет? Нам ведь нужно успеть сообщить нужный импульс за время прохождения перигелия, а это примерно десятки минут.

Ну давайте сделаем детский прикид. Очень грубо. Квалификации у меня подсчитать очень точно не хватит,но прикинуть-то всегда можно, все же в школе учились, в конце концов...

Пусть на 1кв.м. корабля обрушивается 2 мегаватта излучения, один мегаватт доходит до тёмной стороны и излучается, другой мы можем превратить в электроэнергию.

Мегаватт, грубо говоря, будет соответствовать (правда при 100%-ном КПД, но хотя бы для начала посчитаем так) току в 1А при разности потенциалов 1 млн В. То есть 1 ампер ионов будут вылетать из сопла с энергией 1МэВ.

Если считать постоянную Фарадея (заряд "моля" электронов) примерно равную 100 кКл/моль, то 1 А соответствуют 0,00001 молю в секунду.

Если у нас вылетают одновалентные ионы массой, ну скажем, 20 единиц массы - то осталось умножить 10^-5 на 20 грамм. Получится 0,2 мг в секунду расходуемой массы корабля.

Энергия 1МэВ соответствует (для одновалентных ионов массой 20 единиц) скорости:
v² = 2qU / m = 2*1.62*10^-19 * 10⁶ / (20*1.67*10^-27) =10¹³
Это квадрат скорости.

Сама же v получается около 3*10⁶ м/с
2*10^-7 кг * 3*10⁶ м/с = получается негусто = 0,6 кг*м/с = 600 г*м/с
Это очень мало. Экономно, но звездолёт не будет столько времени находиться у Солнца.
Явно надо что-то с тягой побольше.

Но если, скажем, считать 1 мегаватт как 1 вольт на 1 МА - то получим 0,2 кг (в миллион раз больше) на 3*10³ м/с (в тысячу раз меньше), что даёт уже импульс 600 кг*м/с.

За 10 минут это составит 360 кг*км/с при расходе 120 кг массы, за счёт энергии с квадратного метра.
Но если планируется выбрасывать массу со скоростью всего лишь 3 км/с - для чего тогда ионник?

Видимо, действительно прямой нагрев и обычное реактивное истечение неэкономичны, выбрасывают слишком много массы и именно поэтому предпочтительнее для набора скорости...
Жаль.
Тогда, по большому счёту, нет особой разницы между истекающим парами водорода кораблём около Солнца и обыкновенной ракетой. Скорости истечения газов примерно одинаковы,  и добор скорости за счёт эффекта Оберта даст ну пару десяток км/с, но никак не больше.

А ионному двигателю не хватит тех минут пролёта возле Солнца. Слишком тонкая струйка.
Но, в принципе, может быть ситуацию спасёт то обстоятельство, что нагрев и истечение (что ионов, что газов) начнётся не в момент пролёта вблизи Солнца, а задолго, по мере приближения. М.б. у нас будет время бОльшее, нежели те десятки минут...

По большому счёту, в межзвёздных полётах у нас реально проблема в источниках энергии. В мощных и долго работающих...

ПС: В расчётах очень старался не ошибиться. Надеюсь что получилось...
 

[Короб]

По поводу заправки надо бы сначала определиться с вопросом "Чем?".
Что именно предполагается использовать от Солнца?
- ЭМ излучение?
- Альфа частицы?
- Нейтроны?
- Электроны?
- Ядерное ассорти?
- прочее...?

[Максим КР]

Близко нельзя! Там вообще то очень сильные магнитные поля. Всё металлическое раскалится и испарится даже под мифической теплоизоляцией изнутри. А если как то изолировать аппарат от полей и излучения, то как заправляться?

А вот при не очень близком пролете, и не сильно фантастической теплоизоляции, можно использовать пролет для не кислого гравитационного манёвра, которого хватит что б долететь до соседних галактик. Торможение не предусматриваю, беспилотник же.

[neolopus]

По поводу заправки надо бы сначала определиться с вопросом "Чем?".
Что именно предполагается использовать от Солнца?
- ЭМ излучение?

Именно так.
Предполагалось тем, что имеющимися у нас технологиями проще всего "усвоить" - ЭМ излучением. Лучистой энергией. Превращённой в дальнейшем в высокую полётную скорость.

Может быть там можно "заправиться" чем-либо ещё, но легче всего, полагаю, будет "хватать" солнечное именно тепло...

гравитационного манёвра, которого хватит что б долететь до соседних галактик.

Так всё равно лететь он будет с далеко не с теми скоростями, с которыми хотелось бы лететь в межзвёздном пространстве...

Торможение не предусматриваю, беспилотник же.

Вот это и плохо же...
Что скорости от простого гравитационного манёвра не позволят создать "пилотник"...
Всё-таки надо же когда-то пытаться туда, к звёздам, слетать...

[Змей Петров]

Всё-таки надо же когда-то пытаться туда, к звёздам, слетать...

Эх... Запишите меня в ретрограды - сам себе противен
Но этого не будет никогда.

[neolopus]

Но этого не будет никогда.

Да сам в моменты острого пессимизма тоже так начинаю думать...

Обидно. Вся Вселенная перед нами, а зуб неймёт.
Словно нарочно кто такие расстояния сделал, чтобы не добраться было...

[Rattus]

Вся Вселенная перед нами, а зуб неймёт.

Эта картинка на нашем небе нарисована большинством отображенных на ней объектов ещё когда никакой цивилизации тут "в проекте" не было.

Словно нарочно кто такие расстояния сделал, чтобы не добраться было...

Прежде всего - чтобы не добраться чрезвычайно жестким потокам излучений и прочего астрофизического треша оттуда. Немного где в галактике столь тепличные условия сохраняются столь долго.

[Андрей Астрофизический]

и прочего астрофизического треша

Я таки попрошу без выражений!