Двигатель для межзвёздных перелётов

[kryptonik]

А вообще тема дает повод для оптимизма. Ни одного проекта, подходящего для космической экспансии, и хотя бы мало-мальски реального не обнаружил. Даже идеальный двигатель на антиматерии оказался весьма скромным. Проклятая масса. И это здорово, никакая космическая сволочь до нас не доберется, можно о пришельцах забыть и спать спокойно.
Максимум будем запускать зонды и ждать по 500-1000лет, а куда торопиться?

[Проходящий Кот]

Не совсем понятно.
Предварительно запущенные с  некой скоростью корабли -танкеры использовал для запуска и приема звездолетов Александр Казанцев в "Сильнее времени". На обратном пути корабль опоздал на три минуты и не смог затормозить.

[leon10010]

Проклятая масса. И это здорово, никакая космическая сволочь до нас не доберется, можно о пришельцах забыть и спать спокойно.

Если-бы так все просто было... А Вам не кажется подозрительным, что при таком числе цивилизаций - и полное радиомолчание? Наводит на нехорошие мысли. Я бы на Вашем месте не уснул..

[Проходящий Кот]

Если уж трэшевать до конца, то можно подумать (позднее) о звездолёте на обратном луче материи (навстречу) + несомой массе РТ. Смысл схемы: звездолёт ловит "расставленные" по пути снаряды на некоторые (отстреливаемые) мишени, которые аблируют и мы теряем в УИ перед ЗЛМ но выигрываем в тяге, особенно для тяжелого звездолёта. Во-первых УИ = 2*V (увеличиваем по мере разгона). Во-вторых, аппарат идёт навстречу пушке, ускоряясь и мощность надо не увеличивать, а уменьшать - или оставлять на том же уровне, а потом проходит её, продолжая уже догонять снаряды, выпущенные по курсу - до обнуления массы РТ...

Ещё одна возможно перспективная непонятка - можно ли использовать при этом энергию импактов для инициации ТЯ заряда - для механического обжатия и/или как источник рентгена. Тогда можно "развесить" по пути термоядерные заряды и "ловить" их. В общем, есть о чём подумать и посчитать.

Посчитайте.

[kryptonik]

Проклятая масса. И это здорово, никакая космическая сволочь до нас не доберется, можно о пришельцах забыть и спать спокойно.

Если-бы так все просто было... А Вам не кажется подозрительным, что при таком числе цивилизаций - и полное радиомолчание? Наводит на нехорошие мысли. Я бы на Вашем месте не уснул..

На счет радиомолчания все ясно, знают, что, если НАСА до них доберется, им не поздоровится. Вот и затаились. А мы к заокеанской цивилизации уже приспособились, поэтому спим спокойно.

[elind]

И еще. Не забывайте. Это всего 5% света. Это световой год за 20 лет. 10 - 200 лет...
Печально?
Хотите быстрей? Во сколько? В два раза? (10 св. лет за 100 лет)
Тогда вам нужна мощность в 8 раз большая (при прочих равных).
Все равно медленно?
Хотите еще быстрей? В четыре? (0.2с, 10 св. лет за  50 лет)

Хотите быстрее - выделяете в таблице строку в которой ещё есть все значения, и тянете её вниз. В районе трёх тысяч сороковой строки имеете скорость корабля в 0.3 с. Можно тянуть и дальше, но там уже будут существенными релятивистские поправки.

[crazy_terraformer]

А тепло магнитное зеркало будет успевать сбрасывать?

[MenFrame]

Можно тянуть и дальше, но там уже будут существенными релятивистские поправки.

Хорошо бы и тормозной эффект учесть

[дерево]

А тепло магнитное зеркало будет успевать сбрасывать?

Этот и другие процессы будут происходить почти с такой же лёгкостью, как они происходят в токамаке без одного дна, куда будет влетать кольцо. Кинетическая энергия движения пули должна превратится в электромагнитную энергию плазмы за время торможения пули. Сколько времени в токамаке происходит намагничивание (единственное поле  , которое сжимает шнур плазмы, а не замедляет её расширение, является её собственным созданное её почти постоянным током) плазмы? Во сколько раз время торможения (хотя бы от скорости 0,01 c) будет меньше времени намагничивания в ТЯР — во столько раз мощности будут больше.

В ТЯР проблемой являются большие затраты энергии на нагрев и удержание плазмы. Но если будет внешняя подача ТЯ топлива в ТЯ двигатель корабля, то это не только сокращает массу (в соответствии с формулой Циолковского), но и позволяет использовать кинетическую энергию прилетающих порций ТЯ топлива на его нагрев. При этом проблема КПД ТЯ двигателя уже снимается с корабля (не влияет на его массу), а ложится на источник луча, лишь повышая его мощность.

[Проходящий Кот]

С учетом подсистемы маневрирования в снаряде(пуле) места для дейтерия в ней уже не останется.......

[crazy_terraformer]

В ТЯР проблемой являются большие затраты энергии на нагрев и удержание плазмы. Но если будет внешняя подача ТЯ топлива в ТЯ двигатель корабля, то это не только сокращает массу (в соответствии с формулой Циолковского), но и позволяет использовать кинетическую энергию прилетающих порций ТЯ топлива на его нагрев. При этом проблема КПД ТЯ двигателя уже снимается с корабля (не влияет на его массу), а ложится на источник луча, лишь повышая его мощность.

Проблема, что петля сверхпроводника греться будет, а вокруг корабля вакуум космический....

[alex_semenov]

И еще. Не забывайте. Это всего 5% света. Это световой год за 20 лет. 10 - 200 лет...
Печально?
Хотите быстрей? Во сколько? В два раза? (10 св. лет за 100 лет)
Тогда вам нужна мощность в 8 раз большая (при прочих равных).
Все равно медленно?
Хотите еще быстрей? В четыре? (0.2с, 10 св. лет за  50 лет)

Хотите быстрее - выделяете в таблице строку в которой ещё есть все значения, и тянете её вниз. В районе трёх тысяч сороковой строки имеете скорость корабля в 0.3 с. Можно тянуть и дальше, но там уже будут существенными релятивистские поправки.

Да, я (в цитате выше) наврал по-сути (лучшая ложь - неправильно понятая правда). Сгустил краски.
"При прочих равных" так и будет.
Но ну нас не прочие равные. У нас дистанция разгона - какая угодно (много меньше дистанции полёта и значит "размерчик" - относительно свободен).
Не надо ничего протягивать  в вашей таблице.
Если у нас зафиксировано ускорение a, то полезная мощность  W:



Затраченная -  через КПД привода.
Никакого куба. (мы же говорим не о перелёте на фиксированную дистанцию L) не будет. Вру я как очевидец. В данном случае линейна зависимость от скорости.
Я подменил ситуацию.
Линейная зависимость мощности от скорости!
Всё ну очень классно!
"Прямо праздник какой-то!" (с)
Хотя до нового года - еще далеко! 
Кстати.

Тогда уж до конца.
Делаем снежную дорогу. До Туманности Андромеды. И на оленях..

[с деланной тоской] И это тут уже было.

ПОПРАВКА!
Не так. Ошибка в расчете мощности излучателя. 700 гвт - это только чистой (и 1-2 Твт "грязной") мощности луча уже у зонда. Но расплата за луч материи в том, что выстреливать снаряды мы должны чаще, чем они прилетят к зонду. Согласно расчету Элинда в финале (на пиковой мощности) в 4 раза. То есть мощность излучателя в пике (в конце) должна быть тоже в 4 раза выше. Значит надо рассчитывать не на 1-2 Твт электроэнергии а на 4-8. И площадь "портрета Мао" в итоге не квадрат километр на километр а два на два... Но (если не ошибаюсь) там вообще было что-то 300 км на 300 км картинка? Не помню уже...

Нет, 700 ГигаВатт, это, как раз, средняя мощность потока снарядов, выпускаемых пушкой - там же в формуле кинетическая энергия снаряда делиться на время между выстрелами.

Да, конечно. То есть и тут я напутал в худшую сторону!
Пуганный я как тот заяц!

Действительно. 700 Гвт - пик полезной мощности на пушке ( у звездолёта в 4 раза меньше мощность).

Присоединяюсь к "замечанию"! Почему я и шел более длинным путём, от начала к концу... Я хотел иметь модель, в которой бы я свободно варьировал данные пушки и в итоге получал поведение зонда. Ведь следующая мысль после вашего расчета - сделать не ускорение зонда константой, а мощность пушки. Если зонд - автомат то он "потерпит" переменное ускорение. А вот нам на Луне это сильно бы приблизило проект к реализации.
То есть. Скорость снаряда привязана к скорости зонда. Значит мощность привязываем к массе снаряда.

Если мощность пушки константа, у нас улетает в небеса мощность - а с ней габариты и масса - магнитного зеркала в начале разгона, ведь чтобы отражать более плотный луч материи нам нужно более мощное магнитное поле - для создания которого потребуется большее по размеру сверхпроводящее кольцо, а для сдерживания этого большего кольца от разрыва давлением усиленного магнитного поля - квадратично большая масса несущей конструкции (не говоря уже о том, что и стропы тоже всё тяжелеют и тяжелеют, да и сам парус имеет массу в половину-две трети полной массы корабля).
Так что выбирайте - или дешёвая стационарная пушка работает не всё время на полной мощности, или дорогая предельная петля магнитного парашюта должна выдерживать на порядки большие нагрузки - причём технически она может выдержать повышение нагрузок максимум в разы.

Гм... Вот это - вызывает вопросы.
Зеркало (магнитное, электрическое, хоть какое) - это по-сути ПРУЖИНА.
Чисто физически - так. Сломаться она может не от лишней массы, а от энергии, которую в нее попытались закачать. А энергия это не только масса и не столько масса, сколько скорость. Если вы увеличиваете скорость единичного снаряда, у вас квадратично увеличивается энергия приходящаяся на пружину.
Да, в целом согласен.
Нельзя разгонять зонд в тонну снарядами в ту же тонну... Это как-то... Согласен.
И да, я тут увлекся "материализацией идеальных сущностей", гоняясь за равномерной мощностью в начале и конце разгона.
Не получится.
Хотя ВСЕ же смягчить ситуацию, я думаю можно.  Я уже вводил на ускорение в вашу модель поправочный коэффициент K_i на ускорение.



К- произвольно взятая нами константа. v_i - i-тая скорость зонда (с которой встречается i-тый снаряд) а v_n - конечная скорость разгона.
Получается очень даже неплохо, если К=3, например. То есть в начале у нас среднее ускорение 3 g а к концу снижается до 1 g
Хотя конечно на мощность это мало влияет, но дистанция и прочие характеристики улучшаются.
Если у нас автомат, то какие проблемы поступить так?

НО!!!

И вот тут-то мы и видим "ложку дёгтя" в вашей таблице.
[У меня чутьё! Не может быть всё так прекрасно! Просто не может!!!]
Спускаемся в самый, самый низ вашего расчета. Строка 2500. Последние снаряды. И смотрим.
Интервал прибытия между последним и предпоследним снарядом:
5399,8c - полтора часа.
Ускорение (усреднённое) на этом интервале у вас/нас (одно горе!) 10 м/с2. Нормальное.
Но зонд у нас ускоряется не плавно, а импульсами.
И изменен скорости в последних импульсах разгона  получается просто чудовищным.
53998 м/с из этого расчета!
И таки да! Так и есть! (смотрите в вашей таблице!)
Тут не то, что  магнитное зеркало, тут вообще ничто не выдержит таких ударов.
Естественно, если пытаться принять килограмм плазмы на скорости в 0.1с!
Мы же массу снаряда зафиксировали!

Засада?

Не совсем (бог милостив!).
Мы ведь можем в луче (помимо массы и скорости отдельных снарядов) менять еще один параметр - частоту выстрелов (по сутит дела ее мы тут в вашей таблице и считаем). Ведь она у вас в конце разгона падает (что бы сохранить усреднённое ускорение). В частности в последнем выстреле интервал прилёта - треть часа примерно.
1345 с
То есть пушка на Луне (или где она там у нас?) последние запускаемые 1.5 кг снаряды, запускала  аж через ~1000 с (нам важны сейчас порядки)  друг между другом.
Но это глупо (сколько будет реально разгонятся снаряда - это другая уже эпопея, вторая серия проблем и решений.).
Мы можем запускать 1.5 граммовые снаряды через  примерно 1 секунду (можем - не можем, вопрос вопросов.Тут тоже понадобятся нетривиальные решения)!
И тогда на зонд последние снаряды будут поступать с интервалом  примерно 4 секунды. А приращение скорости в одном ударе упадет до примерно 50 м/с (при том же среднем ускорении) .
Это уже разумная величина.
Напомню, что в статье "Межзвездный транспорт" Дайсон показал что единичное приращение скорости в 30 м/с - своего рода технологический предел для любого мыслимого амортизатора (что и продемонстрировал рисунком с машиной, ударяющейся в стену):



То есть. Если мы собираемся запускать зонд с "нежной полезной нагрузкой", нам нужен амортизатор, который (зеркало - отдельная проблема!) накладывает свои ограничения.
И поэтому нам все таки придется уменьшать массу запускаемых снарядов по ходу разгона. С 1.5 кг в тысячу раз вниз- минимум. Тогда полный расчет графика запуска займет миллион строк в таблицы. Но это, думаю, и не обязательно нам делать.
Для нас сейчас картина уже очевидна.
Концепция в первом приближении срастается.
Горы мы вроде как поборем.
Поборем ли "кочки"?


PS
Тут некоторые несознательные товарищи шибко возмущались по поводу названия "луч материи".
Мол, что за фигня? Какой к чёрту луч?
Пуляем пульки. Очередь запускаем... Тоже мне, "луч"! Фантазеры!!!
Так вот.
Если кто все же следит за полётом нашей коллективной мысли по настройке потока передаваемой снарядами на зонд энергии и импульсов, то он видит что не все так однозначно (тут в Крыму).
Пульки то, они, конечно, пульки... Но мы должны очень тонко настроить их скорость (она меняется) массу (она меняется) и ЧАСТОТУ запуска.
То есть такой поток снарядов чем-то напоминает волну. Или луч.
Поэтому да, именно что  ЛУЧ материи.
Не банальная очередь из автомата-пулемёта.
Без всяких укаршательства - именно Луч (не очередь!). Именно потому что там очень хитро выстроены массы, интервалы, скорости. Они ВЗАИМОСВЯЗАНЫ в единое целое. В некий луч.

[Изобретатель]

Тут некоторые несознательные товарищи шибко возмущались по поводу названия "луч материи".

Полёт на струне.Резонанс (настройка)во время полёта.

[alex_semenov]

Тут некоторые несознательные товарищи шибко возмущались по поводу названия "луч материи".

Полёт на струне.Резонанс (настройка)во время полёта.

Да, красиво. Очень... Но "струна" - это уже украшательство (дополнительное название для гуманитариев). Излишняя поэзия, так сказать. А вот "луч материи" - скромно, но со вкусом!
 
PS. В догонку.
Ваш "резонанс" вот еще на что натолкнул. Луч, еще и потому, что как в обычном радиолуче, есть излучатель и приемник. И все параметры луча (масса, скорость, частота i-того снаряда), то есть НА ИЗЛУЧАТЕЛЕ, строго точно настраиваются по параметрам приёмника. Его масса, ускорении, мгновенной скорости приёмника на i-том шаге. То есть весь комплекс излучалель-поток-приёмник - ЕДИНОЕ целое. Конструкция в пространстве и времени. Но она нематериальна. Не связана жесткими материальными связями. Только через массу, скорость, частоту. Луч! Однозначно луч! А что же еще? 

[leon10010]

Если кто все же следит за полётом нашей коллективной мысли

Коллектив шибко небольшой, однако.

Но подскажу всё равно, как луч материи материализовать. Ну как бурильщики. Штанги, и по мере взлета наращивать. И подталкивать этой штангой.

[Изобретатель]

Да, красиво. Очень... Но "струна" - это уже украшательство (дополнительное название для гуманитариев). Излишняя поэзия, так сказать. А вот "луч материи" - скромно, но со вкусом!
 

Скорее романтика.Супротив сухого техницизма.И по Де Бройлю каждая частица-волна.Суперзадача,синхронизировать,настроить эту струну неимоверной  длины,чтобы не было ни одной фальшивой ноты.

[alex_semenov]

Если кто все же следит за полётом нашей коллективной мысли

Коллектив шибко небольшой, однако.
Но подскажу всё равно, как луч материи материализовать. Ну как бурильщики. Штанги, и по мере взлета наращивать. И подталкивать этой штангой.

Материализовать его "просто".
Допустим, у нас уже есть полная теория такого луча. То есть мы понимаем как задав одни параметры, получить на выходе другие. И главое- интервалы изменений выходных параметров физически вменяемы. Что дальше?
А дальше, мы увидим что "вменяемые" - понятие относительное.
Луч это три компонента.
1. Излучатель
2. Сам поток
3. Приёмник.

Параметры одного зависят от параметров другого. Почему бессмысленно было заниматься ими не имея теории луча.
И в какой-то момент мы поймём что тут не все так гладко. Простейший пример. Излучателю лучше что бы мощность была постоянной. Но как мы увидели - не получится. Тут придется потесниться (хотя смягчить ситуацию тоже можно). Другая сторона - приёмник. Там две проблемы. Собственно зеркало. Выдержит ли оно удар плазмы (масса которй меняется в 1000 раз и во столько же скорость, то есть энергия тоже меняется в 1000 раз!). Это - самый узкий вопрос.
Второй вопрос. Тоже сложный. Амортизатор. Если кто НЕ КРУТИЛ НОСОМ (не ленился) и разобрался с приводом взрыволёта, то вы там видите важную особенность. Точную периодичность взрывов. Амортизатор там никакой не амортизатор а МАЯТНИК с чётким периодом колебаний. Но в нашем случае чёткого периода нет. Поэтому возникает еще проблема - как быть с апериодичностью прилёта снарядов? Проблема? Да. Даже увидить ее - уже проблема.
Но проблема зеркала - проблема важней.
Далее. Луч. Мы уже видим что снаряды, скорей всего будут от 1 кг (примерно) до 1 г.  И все их надо как-то направлять. При этом тяжелые снаряды летят относительно медленно. А легкие "пушинки" быстро. Понятно что в этом случае придумать единую корректировку их траектории - невозможно. Для более тяжелых нужна одна система, для более легких - другая.
Идем дальше. Излучатель. Пушка.
Мы собираемся запускать снаряды с секундным (примерно) интервалом. И если первые снаряды мы еще можем помыслить запустить через секунду  (v = a), то субсветовые...
30 000 000 м/с. это при ускорении 100 000 м/с² будет уже 300 с.  Улавливаете? Пусть 30 с. Все равно не 1 с.
И если мы начнем теперь углубляться - у нас проблем воз и маленькая тележка.
И все их надо взаимоувязывать.
Но у нас теперь есть расчет луча как целого и мы видим границы необходимого и возможного.
Почему бессмысленно лезть в "кочки" не определившись с "горами"?
Почему я все время топил за получение теории луча? Нет теории - нет СВЯЗКИ деталей в единое целое. Что увязывать, какие параметры? Что шевелить на одном конце, что бы подобрать на другом?
Почему я говорю что методика работы с идеей порой важней самих идей.
Если вы программист и хоть раз САМИ собирали сложный проект, то вы понимаете что самая тонкая изобретательская деятельность - не то как написать код, а как написать и отладить ОТДЕЛЬНЫЕ части кода без увязки с остальным (еще не написанным) частями... Как я назваю это "придумать стапеля". Это требует больше всего изобретательности (и именно на устранение этого затруднения направлены все инструменты автоматизации процесса написания кода, всякие там "ларовели". Да, собственно и ООП - именно ради этого и введен! Для ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ работы с идеями). На этом и делятся настоящие программисты от "прошедших курсы". Технология сборки сложного изделия стоит на порядки дороже самого изделия. Со звездолётами этот закон возводится в квадрат. Даже концепцию собрать (не говоря уже сам звездолёт!)  - особое тонкое мастерство нужно.

[noxx77]

У нас дистанция разгона - какая угодно (много меньше дистанции полёта и значит "размерчик" - относительно свободен).

Технически нет - отклонение пуль надо учитывать. Либо ставить по пути какие-нибудь "маяки" для коррекции, что не гут. Дело даже не в электрическом заряде снарядов, а практической кучности самой пушки.

[alex_semenov]

У нас дистанция разгона - какая угодно (много меньше дистанции полёта и значит "размерчик" - относительно свободен).

Технически нет - отклонение пуль надо учитывать. Либо ставить по пути какие-нибудь "маяки" для коррекции, что не гут. Дело даже не в электрическом заряде снарядов, а практической кучности самой пушки.

Вот я не пойму этого стремления расставлять что-либо по пути.
Возможно я ретроград и дебил, но как мне не нравилась идея запуска зонда на расставленных по пути лазерных излучателях, так мне и не нравится идея Подвысоцкого (на которую сильно запал Панов), расставлять по пути звезолёта снаряды, на которые он будет налетать. Так и ваши "маяки" по пути...
Вы должны ПРЕДВАРИТЕЛЬНО выстроить сооружение в космосе длиной с дистанцию разгона. Мы уже выясили это порядка 100 а.е. Даже добраться туда - морока. А расставить по всей дистанции что-то?! Легче "башню Калидасы" построить! Ей богу!
Хотя, возможно, я туплю.
У всех есть свои пределы...
Не вижу проблемы с ТОЧНОСТЬЮ наверения снаряда. Вижу проблемы с выбором ДВУХ двигателей. Для легких - ясно. Это все тот же плазменный ветер. Скорость и масса в помощь. Но для тяжёлых  это не годится. Что масса большая, что скорость маленькая. Одно хорошо. Тяжелые и летят ближе. Тут вообще по-началу может быть и не придется целится. Но дальше - все равно надо. И вот для них корректирующий двигатель... гм...
Я вот думаю...
Есть одна до сих пор нафик никому не нужная идея...
Изотопный парус...
Просто и сердито. Удельный импульс - подходящий (если мы будем бездарно расходовать заметную массу снаряда на корректировку курса, мы снижаем кпд движителя, мы столько потратили сил что бы разогнать каждый грамм в этом килограмме и теперь мы сливаем половину что бы получить 1 км/с приращение? Расточительно! Корректирующий двигатель должен быть "ионным". Но ионный в 1 кг или 100 грамм не запихнешь. Да и сложность. Тысячи- миллионы же! Снаряды конечно будут в любом случае золотые, но все равно должны быть простыми. А вот изотопный и запихнуть - запросто. И простота предельная... Тут ему и место!) Одно горе - он не выключается. То есть  корректировать траекторию придется ПОСТОЯННО, поворачивая плоскость "паруса" (или что там у нас будет?). А это возможно?
Но если возможно, то аналогия с бабочками на свет становится теперь абсолютно полной. Они ведь все время движутся по спирали...
С бабочками тут еще что?
Бабочки в конце пути - сгорают.
Наши снаряды - тоже сгорают в плазму.
Красиво?
 
Как там сказал Туполев?
Некрасивый самолёт  не полетит!
У нас  же  идейной красоты - хоть отбавляй!

[alex_semenov]

Я тут пять минут подумал...
Если непрерывное прицеливание возможно (а оно 100% возможно! целые батальёны военных защитили на этом диссертации в "подземных" институтах кибернетики).



И изотопный парус способен его обеспечить тягой (там ведь поверхность к массе...), то может ну его нафик набегающий поток плазмы? Оставим его чисто для торможения у цели?
Зачем мучатся с двумя системами корректирующей тяги?
ВСЕ снаряды от 1 кг до 1 г - сделать с единой изотопной системой корректировки курса.
Все бабочки, всех размеров управляются одинаково. По одному алгоритму и одинаковой системой.

Что бы понять насколько эта идея годная - нужны граничные параметры. Нужна модель управления.
То есть. Что надо? Какое суммарное приращение скорости? Какая тяга достаточна (приращение импульса за секунду) и можно ли все это получить на изотопном парусе (крылышках бабочке, так сказать)?

Вдогонку.
Я  -дебил!
Изотопный корректирующий двигатель "выключить" - проще простого!
Развернуть его пока ненужную тягу по направлению полёта снаряда!!! И все!!! Пусть добавляет к скорости снаряда (в доли от света) свои несчастные метры или километры в секунду. Никакой роли эта едва заметная погрешность в скорости в итоге не сыграет. Погрешности там будут везде и куда большие.
То есть. В этом смысле (годится ли он как корректирующий) - все отлично. Качественно- несомненно! Осталось выяснить количественные границы. Нет расчета - нет идеи.