Вопрос про самый лучший двигатель

[Skipper_NORTON]

Представим себе, что у человечества появилась задача - "максимально быстро разогнать корабль, имеющий полезную массу в десятки или даже сотни тонн и отправить его в другую звездную систему".  До сих пор максимальная скорость с которой разгоняли, насколько я помню - равна 24 км/сек. 
 
Конечно, оптимальные двигатели - на основе аннигиляции вещества и антивещества. Но человечество таких двигателей сейчас делать не умеет. Так же не умеет делать и двигатели с управляемым термоядерным синтезом и другие.  Вопрос - какой именно оптимальный для максимальной конечной скорости - движок НА СЕГОДНЯШНИЙ момент могло бы сконструировать человечество, и какие у него были бы параметры и принципы работы (ионный, или ядерный, или ионно-ядерный, электромагнитно-гравитационный  и т.п.)?   Ну и, с какой максимальной скоростью смогло бы человечество разогнать корабль, скажем со  100-тонной полезной массой (или 1000-тонной?), если бы  эта задача стояла бы перед человечеством на первом месте?  100 км/сек?  300 км/сек ? 1000 км/сек?  Сколько?   Интересуют и просто - версии и предположения.  И также - аргументированные расчеты (если кто глубоко разбирается)

[Крупин]

До сих пор максимальная скорость с которой разгоняли, насколько я помню - равна 24 км/сек. 

     С такой скоростью аппарат вылетел бы из Солнечной системы по гиперболической траектории. Вроде бы у Вояджеров была всё-таки скорость поменьше.
     Вопрос уже обсуждался в теме https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,35907.0.html

[Jugger]

До сих пор максимальная скорость с которой разгоняли, насколько я помню - равна 24 км/сек. 

     С такой скоростью аппарат вылетел бы из Солнечной системы по гиперболической траектории. Вроде бы у Вояджеров была всё-таки скорость поменьше.
     Вопрос уже обсуждался в теме https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,35907.0.html

Не поменьше, они вылетают из Солнечной системы, а кроме них гиперболической траекторией обладают еще Пионеры и New Horizons который к Плутону летит
Самая большая скорость у Вояджера 1 - сейчас 17 км/сек, на расстоянии около 115 ае от Солнца, третья космическая там значительно поменьше будет

[armadillo]

ядерный был в железе. рабочее тело водород скорость истечения 9км/с.
для ионных пока что источники энергии сдохнут раньше чем будет достигнута такая скорость
километров 5 наверно можно выжать гравитационными маневрами.


давно предлагал обсудить мир, где мимо быстро пролетает другая звездная система. чтобы было куда и зачем лететь.

[Птыц]

Представим себе, что у человечества появилась задача - "максимально быстро разогнать корабль, имеющий полезную массу в десятки или даже сотни тонн и отправить его в другую звездную систему".

На текущий момент – обычная химия. Водород и кислород. Больше ничего у человечества нет.
Если только это не вопрос – а сколько нужно подождать, чтобы долететь быстрее.

[Крупин]

     Теоретически литий+фтор эффективнее. Но реализовать пока не слишком реально.

[armadillo]

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%94-0410

[juseppe]

До максимальной скорости - ионник на водороде.
Как можно быстрее - химия. Дальше - ядерные всякие, ВАЗИМРы...

[Skipper_NORTON]

До максимальной скорости - ионник на водороде.
Как можно быстрее - химия. Дальше - ядерные всякие

 
Если отправлять на другую звездную систему, то где будет "максимальная скорость", там будет и "как можно быстрее".

[Skipper_NORTON]

Так никто цифр и не хочет привести.
100 км/сек  могли бы разогнать хотя бы или нет?

[armadillo]

сколько угодно. зависит запаса рабочего тела. посчитай по формуле циолковского. для химии там будет где-то 1 к 500 соотношения стартовой массы и полезной нагрузки.

[armadillo]

нет я наврал. если я верно формулу циолковского загнал в эксель то при параметрах:
масса топлива к массе конструкции: 100
скорость истечения 4500
ступеней 50
масса полезной нагрузки 100т

стартовая масса будет 600 млрд т

для скорости истечения 10 000
2 560 000 т

для 50км/с
754т (понятно что в этом случае будет не 50 ступеней и кпд чуть хуже).

[Skipper_NORTON]

стартовая масса будет 600 млрд т

 

сколько угодно.

 
Не сколько угодно.  Человечество не способно сконструировать корабль с массой топлива в 640 млрд тонн! (при плотности равной плотности воды это 640 кубических километров!)  Значит, нужны большие скорости выхода рабочего тела как например в ионных двигателях.   Из их и нужно рассчитать максимальную скорость.   100 км/сек все равно   может и не получиться?

[armadillo]

я и говорю что наврал.

[Skipper_NORTON]

На текущий момент – обычная химия.

 
"Обычная химия" - на свалку!  С ее помощью и до 100 км/сек не разгонишь.

[Птыц]

На текущий момент – обычная химия.

"Обычная химия" - на свалку!  С ее помощью и до 100 км/сек не разгонишь.

Ну вы придумайте и сделайте что-то иное. А потом на свалку можете выкидывать.

Пример из ближайшего будущего. Двигатель СПД-200. Мощность 15 кВт, удельный импульс 2,500 с, тяга 500 мН, масса 15 кг. Источник питания Топаз 100/40. Электрическая мощность в режиме питания ЭРД 100 кВт, ресурс 1 год, масса 4,400 кг. Масса аппарата, предположим, еще 260 кг (как у Пионер-10,-11). Итого 7 движков, мощность источника питания форсируется до 105 кВт, тяга 3.5 Н. Общая масса без рабочего тела и баков под рабочее тело 4,765 кг.

Удельный импульс 2,500 с – это 2,500*9.8066=24,516 м/с. Расход рабочего тела на один двигатель 0.5/25,516=2.0394*10^-5 кг/с. В году 365.25*24*60*60=3,15576*10⁷ секунд. Годичный расход рабочего тела на один двигатель составит 643.6 кг. На 7 двигателей – 4,505 кг.

Масса баков для рабочего тела и системы питания 5% от массы рабочего тела или 225 кг. Масса без рабочего тела 4,990 кг. Масса с рабочим телом 9,495 кг.

По формуле Циолковского скорость аппарата после исчерпания рабочего тела 15,772 м/с или несколько меньше 16 км/с.

Вот и все.

Да, и при ускорении аппарата 3.7–7.0*10^-4 м/с² лучше запускать подальше от источников тяготения. А то слишком большая часть характеристической скорости уйдет на преодоление гравитации.

[Крупин]

    Теоретически можно получить выигрыш, если не просто улетать из Солнечной системы, а совершить гравитационный манёвр около Солнца. Например, по схеме - летим к Юпитеру, заворачиваем от его гравитации на Солнце и включаем около Солнца разгон на всю катушку. Пусть V - скорость ракеты около Солнца. Допустим, разогнавшись, мы добавили к ней скорость v. Тогда приращение кинетической энергии на единицу массы примерно равно (при условии V>>v) = V*v . Очевидно, оно тем больше, чем больше минимальное расстояние до Солнца (и соответственно, скорость V).

[juseppe]

Так никто цифр и не хочет привести.
100 км/сек  могли бы разогнать хотя бы или нет?

Если взять "сферический ионник в вакууме" - с ускоряющим напрягом 1 МВ, водородом и отсутствием утечек, - то скорость истечения составит 4000 км/сек, что при конструктивном качестве (отношении стартовой массы к массе ПН), равном 20 (ОЧЕНЬ хорошее качество!), позволит разогнаться до ~12000 км/сек. Но вот длительность разгона... Если представить, что на корабле будет стоять реактор мощой 100МВт (немалая!), то секундный расход рабочего тела составит около 1 мг (МИЛЛИграмма!). При массе "ПН" (с реактором, баком, фермами, управляющим блоком и всем прочим барахлом) в 100 т запас рабочего тела - 2000 т - будет использован за 2 триллиона секунд, свыше 60000 лет... Долгонько для "как можно быстрее"!

Большее напряжение использовать не выйдет - межэлектродный пробой.

Любое другое рабочее тело - увеличит скорость разгона (ЕМНИП, пропорционально кв. корню из относительной атомной массы), но упадёт конечная скорость (ибо упадёт скорость истечения)...

Где-то так, по прикидкам.
ХЗ, может, в количестве нулей где напутал? Проверьте.

[Грехов Михаил]

Ну да.... только с учётом КПД скажем нужна мощность 200 Мегаватт... с учётом собственных нужд и потребление энергии экипажем и другими системами корабля надо ещё больше... так что да, имеем ионник мощный, но всплывают проблемы по энергообеспечению корабля. ибо 200 Мвт - мощность трудополучаемая в отсутствии топлива. От Солнца городить кошмарную СБ, Реактор долго не протянет (каждые 3-4 месяца нужна загрузка нового топлива)  Да и масса корабля будет не 100 тонн... а этак на порядок поболее.  100т- только допустим жилой модуль и помещения... а склады с провиантом, а кислород, а ещё всяко-место... а конструкция.... а трансформаторы и толстые кабели, ибо при 100МВт токи уже жуткие... В общем не получится ли раздувающийся "мыльный пузырь" из такого прожекта, который будет сам себя сжирать отрицательными моментами.

[bob]

Представим себе, что у человечества появилась задача - "максимально быстро разогнать корабль, имеющий полезную массу в десятки или даже сотни тонн и отправить его в другую звездную систему".   100 км/сек?  300 км/сек ? 1000 км/сек?  Сколько?   Интересуют и просто - версии и предположения.  И также - аргументированные расчеты (если кто глубоко разбирается)

Была древняя, но актуальная тема:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,10135.0.html