В соответствии с графиками для межзвёздных полётов необходима большая удельная по массе мощность. Получение достаточно мощной тяги в космосе от ТЯ энергии предположительно возможно только импульсно и не известно возможностей получения достаточно мощной ТЯ энергии в непрерывном режиме. Поэтому нужна конструкционная приспособленность КА для импульсов.
Для жителей КА и некоторых грузов должны ограничиваться и сглаживаться колебания ускорения. Это требует превращение импульсов ТЯ энергии в сглаженные толчки, их фильтрацию с помощью масс, упругостей, поглотителей энергии колебаний и её рассеивателей. На самом деле форма толчков не будет идеально пилообразной, а кривой с высшими гармониками, но это не оставит следов после фильтрации и мало повлияет на общую энергетику. Если будет апериодический фильтр лишь первого порядка (кривая Ф1) только с одной большой массой с постоянной времени 2 периода импульсов, то будут оставаться ощутимые колебания. Но если эту же массу разделить несколькими амортизаторами и демпферами, то порядок фильтра увеличится, и колебания заметно уменьшаться, например кривая Ф7 для фильтра 7-го порядка. Все эти фильтры потребуют в сумме одинаковую массу, но увеличение порядка уменьшает колебания.
Для экономии массы
одни и те же элементы конструкции должны выполнять одновременно все функции: инерция, упругость, гашение, рассеивание.
В космосе нет большого ускорения свободного падения, однонаправленного во всех местах конструкции, требующего жёсткие опоры, а также нет ограничений размера конструкции и пустот в ней. Там несущие
материалы конструкции должны работать на растяжение, а не сжатие, чтобы иметь максимальную удельную прочность и следовательно минимальную массу. Например существующие углеродные и арамидные волокна имеют прочность до
σ/ρ = 1 МДж/кг, что на порядок больше любых материалов работающих на сжатие, и потенциально возможно углеродные трубки с прочностью до
σ/ρ = 10 МДж/кг.
Концепцию разробатывали как на Западе лучшие умы своего времени (привлекались реальные авиационные инженеры) так и в СССР. Тут этим занимался Сахаров. Люди понимающие и знающие физику куда лучше нас. Уж механику - ну точно! Последний уже аргумент (терпеть не могу им пользоваться). Но что остается?
Магнитный парус, такой же как и для звёздного ветра, в виде колеса с паутиной. Наружный обод с электрическим током радиусом
100…10000 км создаёт магнитное поле. Обод самонатягивается от протекающего в нём электрического тока. Импульсы от ТЯ энергии производятся сзади от колеса, создавая подобие звёздного ветра, но виде толчков.
Плазма должна подаваться в плоскости витка перпендикулярно магнитному полю, чтобы было её упругое отражение, а не вязкое при попадании плазмы вдоль линий магнитного поля перпендикулярно плоскости электрического контура. Нити сети должны обладать упругостью и одновременно вязкостью.
Также в такой конфигурации нет особой необходимости создавать узконаправленные потоки плазмы.
Такая конструкция смогла бы предварительно разгоняться ветром родительской звезды, далее разгонятся импульсами от ТЯ энергии и в конце затормозится об ветер конечной звезды без изменения своей конструкции.
По наружному кольцу с током, создающему магнитное поле и разгоняемому разлетающейся плазмой, подвешен разный груз, включая импульсные ТЯ заряды. В центре колеса, где полностью погашены колебания, подвешен важный чувствительный груз и жилой модуль. Магнитное поле сможет защищать их от межзвёздной плазмы.
Импульсы плазмы будут плавно искажать магнитное поле, менять его энергию, за время определяемое размером конструкции, создавая толчки для массы обода. Одновременно будет деформироваться вся конструкция с величиной энергии порядка энергии ТЯ импульса. Любые материалы неспособны многократно испытывать деформацию на весь диапазон упругости, это ограничивается усталостной прочностью с на порядок меньшей энергией, чем полная прочность. В результате есть ограничение на максимальную энергию ТЯ импульса до
10 кДж/кг для конструкций на сжатие, до
100 кДж/кг для конструкций на растяжение с существующими серийными волокнами, до
1000 кДж/кг для конструкций на растяжение с предполагаемо возможными в будущем волокнами. Таким образом, легко рассчитать
минимальную массу КА на основе минимально возможной порции ТЯ энергии.
Энергию колебаний от импульсов ТЯ энергии невозможно превратить в кинетическую энергию независимо от хитрости конструкции. Она может быть лишь поглощена конструкцией и превращена в тепло, пусть и с промежуточным превращением в электричество, совершая полезную работу и вычисления на корабле. Далее
всё тепло должно уйти в радиатор. Но конструкционно энергию этих колебаний можно немного уменьшить, если импульс принимает не пружинный маятник с массой в пол корабля, а магнитное поле и распределённая масса с упругостями и вязкостями.
Вязкость для поглощения может обеспечиваться непосредственно трениями в конструкции и частично электромагнитыми взаимодействием с электрогененированием для внутренних потребителей, основным из которых будут лазеры для испарения налетающих микрометеоритов и большой думатель для их выявления в большом потоке оптических данных. Расширяющаяся плазма создаёт изменяющееся магнитное поле, наводящее переменную составляющую ЭДС в обмотке и генерирующее мощное электрообеспечение КА.
Удельная по массе мощность такого КА ограничивается минимальной тонкостью взаимно трущихся нитей конструкции и их температурой. Например при толщине несколько микрон и температуре до ~400 К, доступных существующим волокнам, будет мощность до
~1 МВт/кг. Значит за секунду возможно производить несколько импульсов ТЯ энергии.
Если импульсы ТЯ энергии создавать ещё до угасания облака плазмы от предыдущего импульса, то это позволит уменьшить относительную мощность колебаний. Возможно даже наличие окружающей плазмы и давления позволит уменьшить минимальную энергию заряда.
Существующие проекты Орион и Медуза выглядят с независимыми инерционной массой, упругостью и вязкостью. А в Орионе даже не видно радиаторов для рассеивания огромной мощности от гашения колебаний. Также в них требуются направленные взрывы.
Какой бы тип машины преобразующий тепло в движение не был, и как бы не хитрить с её конструкцией, но всегда
нужен радиатор для рассеивания мощности величиной порядка полезной. Поэтому
межзвёздный корабль — это всегда (на известной физике опорного движения)
тонкие плёнки и сети с пузырями, а привычным земным конструкциям с опорами там не место. Для этого собираться это всё должно в космосе, а не стартовать с Земли в виде тяжёлой конструкции с ненужными опорами.
