Вопрос про самый лучший двигатель

[Skipper_NORTON]

100 и даже 1000 км/с - не муху, но это не к звезде.

 
Ладно, упростим задачу.  Будет запускать не  100-тонную полезную массу с человеком на борту, а полезный 1-тонный зонд, типа Вояджера (ну а масса топлива сколь угодно большая - по силам человечества 21 века). 
Бюджет проекта 1000 миллиардов долларов.  Цель - получить максимальную скорость.  Можно использовать всевозможные методы, движки по любому принципу, хоть лазеры с Луны, и т.п.   Какой бы движок вы предложили, и какая будет конечная скорость через 20-50 лет разгона (дольше разгонять, считаем - нецелесообразно).  Т.е. позже - только равномерное движение с достигнутой скоростью.

[Птыц]

В настоящее время солнечный парус рулит! А так собираем мега-лазер на Луне (или на околоземной орбите)  и подсвечиваем им парус.

Ну, конечно. Считаем. Предполагаем самые немыслимые на сегодняшний день технологии.

Зеркало 100 км². Толщина около 1 микрона, плотность около 1 г/см³. Общая масса около 100 тонн. Масса аппарата пренебрежимо мала по сравнению с массой зеркала.

Пусть лазер позволяет освещать зеркало до расстояния 1 а.е. (Очевидно, что это батарея лазеров).

Для достижения 1000 км/с на расстоянии 1 а.е. от лазера нужно ускорение (10⁶)²/(2•1.5•10¹¹)=3.3 м/с². Сила для 100-тонного аппарата равна 3.3•10⁶ Н. Мощность лазера 3.3•10⁶•3•10⁸/2=5•10¹⁴ Вт. Или пятьсот тераватт.

Ускорение от Солнца на орбите Земли меньше, чем 3.3 м/с², так что это можно запустить.

Но мощность текущего энергопотребления всей Земли только 16 ТВт, что в 30 раз меньше чем нужно.

Температура паруса при условии, что он поглощает только 1% получаемой энергии. \(\sqrt[4]{(0.01•5•10^14)/(2•5.67•10^{-8}•10^8)}=815K\). И эта температура поддерживается \(\sqrt{2•1.5•10^11)/3.3}=3•10^5\)секунд. Или трое с половиной суток.

И лазер должен работать трое с половиной суток.

[vsevolodson]

Skipper_NORTON, вы хотите чтобы вам предложили и всё подсчитали? даже расход денег? вы, наверное, президент?

Птыц, есть фокус большое зеркало не связано с аппаратом. Сам аппарат несёт маленькое зеркало, а большое фокусирует излучение на нём. Только бы не спалить. Лазеров не надо, фокусируем Солнце. Так-то вот

[juseppe]

Птыц, есть фокус большое зеркало не связано с аппаратом. Сам аппарат несёт маленькое зеркало, а большое фокусирует излучение на нём. Только бы не спалить.

Дык вот же ж:

Температура паруса при условии, что он поглощает только 1% получаемой энергии. \(\sqrt[4]{(0.01•5•10¹⁴)/(2•5.67•10^-8•10⁸)}=815K\). И эта температура поддерживается \(\sqrt{2•1.5•10¹¹)/3.3}=3•10⁵\)секунд. Или трое с половиной суток.

Лазеров не надо, фокусируем Солнце. Так-то вот

УГловые размеры солнечного зайчика - 0,5 градуса. Километровое зеркало имеет смысл юзать при разгоне не далее, чем за 112 км...

[Птыц]

Птыц, есть фокус большое зеркало не связано с аппаратом. Сам аппарат несёт маленькое зеркало, а большое фокусирует излучение на нём. Только бы не спалить. Лазеров не надо, фокусируем Солнце. Так-то вот

А вы это считали?
В качестве подсказки – солнечная постоянная на орбите Земли 1367 Вт/м².

Дальше считаем площадь: 5•10¹⁴/1367=3.66•10¹¹ м² = 3.66•10⁵ км². Радиус круглого зеркала 341 км. Масса, если его сделать по той же технологии, как зеркало КА – 3.66•10⁵ тонн. Уже неплохо.

Ну, если не считать, что его придется стабилизировать ракетными двигателями.

Ну а дальше можете пересчитать дальность работы такого зеркала и полученную КА скорость. Как это уже сделал juseppe, за что ему большое спасибо.

[Skipper_NORTON]

Да, что-то с солнечными парусами и зеркалами ничего толком не получается!   Наверное проще  построить какой-нибудь ядерно-ионный ракетный двигатель?
 

даже расход денег?

 
А почему бы и нет?  Я прошу дать хотя бы грубые оценки по финансам,  а не с большой точностью.
Важнее даже - по массам корабля+топлива.

[vsevolodson]

Птыц, есть фокус большое зеркало не связано с аппаратом. Сам аппарат несёт маленькое зеркало, а большое фокусирует излучение на нём. Только бы не спалить. Лазеров не надо, фокусируем Солнце. Так-то вот

А вы это считали?

нет, но видел такую идею
очевидное преимущество перед другими парусами в том, что большое массивное зеркало/парус не тащится за собой
оно получит только слабое ускорение
кстати на парусике самого транспорта плотность энергии будет очень большой из-за фокусировки
т.е. маленькое зеркало при любом раскладе будет слишком сильно нагреваться
можно применять вместо паруса испаряющееся рабочее тело, создающее тягу

Да, что-то с солнечными парусами и зеркалами ничего толком не получается!   Наверное проще  построить какой-нибудь ядерно-ионный ракетный двигатель?

почему не просто ядерный? дёшево и сердито

А почему бы и нет?  Я прошу дать хотя бы грубые оценки по финансам,  а не с большой точностью.
Важнее даже - по массам корабля+топлива.

масса сама по себе не измеряется в деньгах
она измеряется в тоннах
для полноценной колониальной экспедиции (а зачем ещё лететь?) понадобится несколько миллиардов тонн полезной нагрузки
1) Строить придётся из доступных материалов в Солнечной Системе, не лежащих в гравитационных ямах Солнца и планет - т.е. из комет и астероидов. Значит строить придётся далеко от Земли...
2) Ресурсов, например редких и трудноизготавливаемых материалов, а также энергии, понадобится столько, что Солнечная Система может даже заметно оскудеть.

[armadillo]

не миллиардов. но все равно это не 100 и не 1000 км/с.
это другая задача и решается другими средствами.

[vsevolodson]

не миллиардов.

а сколько и почему?

но все равно это не 100 и не 1000 км/с.
это другая задача и решается другими средствами.

а чем ещё, кроме ядерной энергии, толкать транспорт?

[armadillo]

колонизация других звездных систем решается не на скоростях 100-1000км/с

да, пока ничего кроме импульсного ТЯ в голову не приходит.

как будет происходить колонизация  - я писал в другой ветке.
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,35907.msg1243151.html#msg1243151
и исходная база для производства на местных ресурсах будет иметь массу в сотни-тысячи тонн, а не миллиарды.

[vsevolodson]

цепочки роботов? терраформирование? выращивание искусственного человека?
вы ошиблись темой там (она называется "звездолёт на сегодняшних физ. принципах")
к тому же, - зачем выращивать человека, если роботы и сами со всем неплохо у вас справляются? бессмысленно.
и ещё - ваши роботы будут заселять планеты голыми людьми? или, как какой-то участник предложил, взять с собой сою и лекарства. и биосфера колонии будет богаче некуда роботы, голые невоспитанные люди и соя

[armadillo]

для этой ветки это явно оффоп (правда смысла в этой ветке я не вижу вообще)
если не подходит под формат той - можно вынести в отдельную.

[Птыц]

Птыц, есть фокус большое зеркало не связано с аппаратом. Сам аппарат несёт маленькое зеркало, а большое фокусирует излучение на нём. Только бы не спалить. Лазеров не надо, фокусируем Солнце. Так-то вот

А вы это считали?

нет, но видел такую идею
очевидное преимущество перед другими парусами в том, что большое массивное зеркало/парус не тащится за собой

Ну так я вам посчитал.
Полная ерунда получается. Сначала предложите метод выведения миллиона тонн на околосолнечную орбиту.
Ну и технологии получения соответствующих материалов. Иначе можно перенести сроки реализации на 2300 год или еще дальше.

[vsevolodson]

Сначала предложите метод выведения миллиона тонн на околосолнечную орбиту.

зачем?

для этой ветки это явно оффоп (правда смысла в этой ветке я не вижу вообще)
если не подходит под формат той - можно вынести в отдельную.

согласен
давайте тему "что нужно взять с собой для колонизации чужих звёзд"

[Skipper_NORTON]

почему не просто ядерный? дёшево и сердито

 
Да я же не против.  Только вопрос - какая у вас будет скорость выхода рабочего тела из двигателя (ну 10 км/cек или  там 100 км/сек ?) - и какая у него будет температура?  Стенки то расплавлять нельзя.   Может как-то без стенок из вещества толкать корабль можно?  Тогда  классно - разогреть ядерной реакцией можно так что скорость выхода рабочего тела будет вплоть до  10000 км/сек.  По формуле Циолковского можно разогнать
и до 100 000  км/сек,   причем масса топлива будет всего лишь в 20 тысяч раз больше массы полезного груза.  20 тысяч  это не такое большое число.

[vsevolodson]

почему не просто ядерный? дёшево и сердито

Да я же не против.  Только вопрос - какая у вас будет скорость выхода рабочего тела из двигателя (ну 10 км/cек или  там 100 км/сек ?) - и какая у него будет температура?  Стенки то расплавлять нельзя.   Может как-то без стенок из вещества толкать корабль можно?  Тогда  классно - разогреть ядерной реакцией можно так что скорость выхода рабочего тела будет вплоть до  10000 км/сек...

какие стенки? вам знакома такая штука, как "магнитное сопло"?
я как-то подсчитал почти 15 Мм/с выхлопа для реакции синтеза гелия из гидрида лития в импульсном режиме

и зачем брать так много топлива? т.к. масса полезная очень велика, то разгонять выше чем до 2..5 Мм/с смысла нет. иначе придётся опустошить Солнечную Систему на предмет топлива

в теме "субсветовая астрогация" видел такие же примерно оценки максимальных скоростей.
далее начнутся проблемы со встречным ветром

[Skipper_NORTON]

магнитное сопло

 
Что-то мало про него пишут. Наверное нереализуемо.  Скорость выхода рабочего тела 15000 км/сек, и можно избежать соприкосновения со стенками?
 

разгонять выше чем до 2..5 Мм/с смысла нет. иначе придётся опустошить Солнечную Систему на предмет топлива

 
Почему так много? Какая "Солнечная система"? Я же подсчитал, что немного. Ну ладно, не учел торможения, и того что все таки даже  скорость выхода рабочего тела 15000 км/сек. Если корабль с полезной массой 1000 тонн (можно жить астронавтам), то для разгона  его до 100 000 км/сек, а потом торможения до нуля получится перепад в 200 тысяч км в секунду, разделим на скорости  выхода рабочего тела 15000 км/сек - получим в 20 раз.  По формуле Циолковского уже в 500 тысяч раз больше масса топлива должна быть, т.е.  500 млн. тонн - масса корабля.
 
Это не такая уже страшная цифра - масса египетской пирамиды Хеопса - до 5 млн. тонн.  Получается по массе как 100 таких пирамид. Стартовый  корабль - конструкция высотой до 1  километра,  чуть выше самого высокого  нынешнего небоскреба Бурдж Дубай (818 метров).   Только в ширину намного больше.
 
Разогнавшись до 100 000 км/сек, можно залететь до ближайших звезд, скажем, до интересной Эпсилон Эридана с планетной системой (10 световых лет) - всего за 30 лет, и основать там колонию.

[Skipper_NORTON]

Ваши 5 Мм/с  это 5000 км/сек? Маловато - слишком долгий полет получится.  Что-то около 600 лет.  Наскучит астронавтам.

[vsevolodson]

магнитное сопло

Что-то мало про него пишут. Наверное нереализуемо.

наверное вы просто мало читали про это

Скорость выхода рабочего тела 15000 км/сек, и можно избежать соприкосновения со стенками?

да

Ну ладно, не учел торможения, и того что все таки даже  скорость выхода рабочего тела 15000 км/сек. Если корабль с полезной массой 1000 тонн (можно жить астронавтам), то для разгона  его до 100 000 км/сек, а потом торможения до нуля получится перепад в 200 тысяч км в секунду, разделим на скорости  выхода рабочего тела 15000 км/сек - получим в 20 раз.  По формуле Циолковского уже в 500 тысяч раз больше масса топлива должна быть, т.е.  500 млн. тонн - масса корабля.

считать надо через экспоненту - более 615000 раз получается. но разница не велика
1) почти миллиард тонн гидрида лития - вы себе представляете как его добывать?
2) уже на скорости 10 Мм/с появляется риск развалиться от встречного сопротивления. какие нафиг 100...
3) в 1000 тонн вы только запихаете команду шаттла, с учётом того, что им ресурсов для жизнедеятельности понадобится на несколько лет вперёд. потом семерых размножаться заставите? колонию строить тоже семеро будут? в скафандрах и с кирками в руках ведь полезной нагрузки взяли всего 1000 тонн!

Разогнавшись до 100 000 км/сек, можно залететь...

в том то и дело, что только "залететь"... и превратиться в облако плазмы...

Ваши 5 Мм/с  это 5000 км/сек? Маловато - слишком долгий полет получится.  Что-то около 600 лет.  Наскучит астронавтам.

во-первых, рассчитывать надо на 1-3 тысячи лет полёта чтобы найти подходящую звезду
во-вторых, астронавтам постоянно придётся обслуживать транспорт, так что скучно им не будет
в-третьих, переживания астронавтов являются проблемой, стоящей где-то далеко в конце длинного списка проблем межзвёздных перелётов

[Skipper_NORTON]

во-первых, рассчитывать надо на 1-3 тысячи лет полёта чтобы найти подходящую звезду
во-вторых, астронавтам постоянно придётся обслуживать транспорт, так что скучно им не будет
в-третьих, переживания астронавтов являются проблемой, стоящей где-то далеко в конце длинного списка проблем межзвёздных перелётов

 
1-3 тысячи лет?  Т.е. в среднем 2000 лет.  Наскучит точно.  Хотя...  Если корабль действительно большой, много отсеков, тысячи астронавтов, есть все удобства - бассейны, сауны, сила тяжести точнее инерции (вращающийся корабль),   есть телевизоры, компьютеры, и много чего другого, то  можно жить. Скажем так, если бы наука устранила бы процессы старения человека,  и он мог бы жить хоть 10 тысяч лет,  то потратить 2000 лет на полет в таком комфортабельном корабле было бы не жалко.  Это лучше чем прожить 100 лет на Земле и помереть.   А так,  полет 2000 лет, потом пожить в другой звездной системе скажем, 500, обратный полет 2000, и  вернувшись на Землю,  продолжать жить еще тысячелетия как и раньше.
 
Кто согласился бы на такое путешествие?