Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Значит так. Если кому интересны изотопные бабочки, летящие на свет...
примерно так:


Нет расчета - нет идеи.
Нужен расчет. Хоть самый тупой!
Открываем книжку "Физика полета" А.Л. Стасенко на странице  86 и читаем:

Тогда для тяги на единицу площади получаем

F/S ~ 2E-5 Н/м².

Значит тяга изотопного паруса составит малую долю,  ~ 3E-5 его веса.

Поверим. Там раньше идет расчет такого паруса. И используется для него полоний-210 (полураспад 138 суток).
(мы можем использовать и более мощные изотопы, с неделями полураспада, с пылу с жару, ведь мы точно знаем когда какой снаряд полетит. И значит можем иметь в принципе большую корректирующую тягу).
~ 3E-5 веса, это по сути ускорение такого паруса в ~ 3E-5g или ~ 3E-4 м/с²
Возьмем это за основу.
Последний снаряд в расчете Elinda летит дальше всего (108 а.е.) и находится в пути 447 962 с (чуть больше 5 суток).
Допустим мы начинаем корректировать нашим изотопным парусом траекторию с середины дистанции. То есть поворачиваем парус нужным образом и прикладываем тангенциальное ускорение (тягу) к траектории движения. На какое расстояние такой парус сместится за оставшееся время своего полёта?

S=at²/2

Я получил 7 525 123 м.  То есть 7 тысяч километров. Разумеется, это - идеализация. И все будет много сложней. Хотя бы потому что корректировать надо по двум осям. То есть на самом дела на корректировку по каждой из осей у проснувшейся  на пол пути "бабочки" остается по 111 990 с. И тогда максимальное отклонение по любой из осей снаряда уменьшается до 1 881 км при самом идеальном прицеливании (один выстрел - один труп).
И ещё. Мы рассматриваем прицеливание каждого снаряда по-отдельности где снаряд предоставлен сам себе (вот он и вот его цель и все). Но если снаряды видят друг друга по всей цепочке и на основании этого корректируют свой курс? Кроме того Земля (вернее Луна), если она видит каждый снаряд, то она может очень точно понять куда он летит и выдать ему очень правильные данные корректировки. Последний случай - очень сложная централизация (ведь общее число снарядов будет чуть ли не до миллиона). А первый вариант выглядит куда изящней. Снаряды могут вести себя как рой птиц привязываясь друг к другу. Знаменитый Рой...

[Проходящий Кот]

Ага , злой рой Станислава Лема.....

[alex_semenov]

Ага , злой рой Станислава Лема.....

Да.
Eще у Майкла Крайтона есть книга о том же - "Рой".



Красивые идеи притягиваются друг к другу. Верно?
Они тоже проявляют роевое поведение...

[николай теллалов]

книга о том же

не совсем

[Андрей Астрофизический]

А первый вариант выглядит куда изящней. Снаряды могут вести себя как рой птиц привязываясь друг к другу. Знаменитый Рой...

Меня это навело на мысль, а почему бы нам не запускать тогда снаряды "луча материи" из нескольких разных мест. Не обязательно куча "пушек" вдоль траектории разгона, но допустим 2-3.
Для тяжелых коротколетящих одна пушка, для средних вторая, для самых быстрых и маломассивных ускоритель где-то за Нептуном.

[alex_semenov]

Меня это навело на мысль, а почему бы нам не запускать тогда снаряды "луча материи" из нескольких разных мест. Не обязательно куча "пушек" вдоль траектории разгона, но допустим 2-3.
Для тяжелых коротколетящих одна пушка, для средних вторая, для самых быстрых и маломассивных ускоритель где-то за Нептуном.

Какой резон что-то располагать за Нептуном?
Не понимаю. Ведь все равно по сравнению с дистанцией в 100 а.е.  Нептун находится "почти у Луны". 29 а.е.

По поводу что для каждого типа снарядов нужна отдельная пушка.
Я в начале сказал, но мало кто услышал.
Концепция пушки для снарядов (всех калибров) - отдельная тема медитации.
У меня для этой медитации в кустах припрятан даже не рояль, а целый церковный орган!




Я же сказал что для запуска снарядов на Луне надо выстроит пушечный "Орган".
Конечно не я первый такую хрень придумал.



Для запуска нам на Луне потребуется многоствольная "артиллерия".
Но это не значит что мы собираемся каждый тип снаряда запускать из отдельной пушки.
Я в начале сказал что система будет двухступенчатой.
Это значит что КАЖДЫЙ снаряд (и килограммовый и граммовый) будет разгоняться точно так же как разгоняется и основной зонд. Но теперь очень коротким и мощным лучом материи с такой же структурой как и основной луч материи. Но теперь в качестве снарядов будет выступать поток плазмы, выстреливаемый (очень синхронно как органная музыка в соборе) из тысяч если не миллионов стволов "органа" на Луне.
Как будут расположены ускоряющие трубы "Органа"?
Понятия не имею.
Простейшее решение- концентрически. В центре - запускающая собственно снаряд пушка. На скорости, скажем 10 км/с. Скажем в зенит (но система должна, разумеется иметь свободу наклона к горизонту). Снаряд "подкалиберный", после выстрела в вакууме Луны он разделяется и раскрывается наш основной снаряд (лишнее улетает в стороны) и он дает на себя ориентировку- "я готов!" "вотон я!". Далее, выстреливают (допустим 100 000) плазматронов по самому внешнему кольцу, дающих относительно медленную но массивную плазму. После этого стреляет внутренний круг. Более быстрой но менее массивной. Далее - внутренний- еще быстрей. Далее -еще...
Ну и так До-рем-ми-фа-соль-ля-си!!!!
Первые медленные снаряды (очень массивные) будут разгоняться не всем комплексом, а только наружним кругом.
Но по мере перехода от килограммов к граммам разгон растянется от десятков секунд до тысяч. И тут будут работать большую часть времени плазматроны дающие пучьки в проценты света.
Отличие снаряда от зонда в массе (минимум в 1000 раз меньше) и в том что у него нет "нежной полезной нагрузки". То есть он может выдерживать удары в 10 000 -100 000 g.
То есть снаряд изначально планировался как магнитное кольцо-зеркало.
Если так, то для начала оно должно развенуться, зарядится и выстреливаться из центральной катапульты с теми же 10 км/с (для Луны достаточно более 2 км/с, кажется).
Неясностей - масса.
Но основная идея такая. Возле Луны мы очень быстро (1000 секунд) на относительно короткой дистанции (до 100 миллионов км) разгоняем снаряд точно так же как зонд. Но зонд разгоняется более крупными импульсами и гораздо дольше на гораздо более длинной дистанции.

Идея "органа" возникла как реакция на синтезированную апертуру у лазерного излучателя.



Еще одна причина луч материи назвать лучом. Если луч лазера мы можем собрать из множества отдельных относительно маломощных излучателей, то почему мы не можем этот же принцип "синтезированной апертуры" применить и для ускорителей?



Но здесь, разумеется будет совсем иная логика, только отдаленно напоминающая обычную волновую оптику.



Однако я полагаю что как излучатель в проекте Хокинга-Мильнера, так и наш излучатель по сложности сопоставимы. Более того, я думаю что у "Органа" будет даже попроще с точностью синхронизации материального луча. Единственное отличие - "Орган" нельзя поставить на Земле. Нужен идеальный вакуум. Ускорительная техника.
Да. еще. Пушки.
Надо понимать что отдельные ускорители нам понадобятся совсем особые. По-сути нам нужны не скорости (что такое 0.5с? Ерунда для современной ускорительной техники!) а именно ток пучка. Особенно большой ток нужен будет на самых "басовых" (внешних) ускорителях, которые начинают разгон. Это по-сути будут импульсные ионные двигатели.
То есть у нас будет не Жюль Верновская длинная огромная пушка.
У нас будет огромное поле (километры и километры) уставленное разнокалиберными короткоствольными "мортирами"-плазматронами, стреляющими очень синхронно.
При этом заметьте.
Такая система может начинать запускать следующий снаряд, не закончив запускать предыдущий.
Центральные "пушки"  еще разгоняют снаряд i-1, а мы уже пустили и начали разгонять внешними "мортирами" i-тый снаряд.
Как их лучи не перепутаются? А это - особый вопрос.
Я уверен он имеет решение (пускать надо по хитрой "винтовой" траектории если смотреть по лучу разгона, это сродни нарезу ствола).
Но главный вывод. Интервал между выстрелами может быть короче чем время разгона. Я выше говорил что снаряды должны стартовать через секунду (условно), а разгон самых последних займет тысячи секунд. Многоствольность решит эту проблему.
Хотя главная причина дробить излучатели на тысячи или даже миллионы стволов - плотность плазмы.  Мы не сможем просто выдать импульс нужной массы с нужной скоростью из одного ствола с такой чудовищной плотностью. Просто плотность тока не позволит. А если мы расположим излучатели на площади и направим их отдельные плевки в точку, то нужная плотность возникнет в этой точке (встречи пучка плазмы с разгоняемым снарядом - кольцом).
И еще.
Тысячи и тысячи отдельных пушек гарантируют надежность. Отказ одной, двух, десяти... Да хоть 100, на план выстрела не сильно и скажутся. В системе всегда должны быть избыточные (запасные, дежурно-аварийные) стволы, которые подключаются в случае отказа штатных.

В дополнение.
Вообще говоря, излучатель, так как он будет расположен на большой площади, можно совместить с солнечной электростанцией. А еще потребуются инерционные накопители энергии. Маховики. Они заряжаются постоянно, на а разряжаться будут согласно расписанию запуска. Ведь в начале пуска нам потребуется небольшая мощность но к концу она будет расти расти и достигнет пика перед самой отсечкой "очереди".

О наклоне ствола. Если Луна делает оборот 360 градусов за 28 дней, то для того чтобы удержать радиант выстрела в течении 5 дней надо синхронно наклонять все стволы системы на 64 градуса.  То есть от вертикали все стволы комплекса должны откланяться на 32 градуса на запад и на восток. Ну а наклон на север или юг потребуется для прицеливания на звезду-цель. Ведь не все они будут в плоскости лунного Экватора. Возможно для запуска в полярных направлениях потребуется строить отдельный комплекс для юга и севера.
Но совсем чокнутый вариант - сделать комплекс передвижным, чтобы он ездил по лунному меридиану с юга на север и обратно в зависимости от того, на какую звезду мы запускаем очередную экспедицию.

Еще.
Тонкость. Излучатели (или один излучатель с дорогой-мередианом для его движения север-юг) надо делать на той стороне Луны. Для системы нет принципиальной разницы видимая или невидимая сторона Луны. Но если система будет стоять на видимой стороне, то Земля будет воспринимать там ее наличие как потенциальное оружие угрожающее Земле. А на обратной стороне - пожалуйста!

Вопросы у уважаемого жюри?

[MenFrame]

Но по мере перехода от килограммов к граммам

Вообще нет смысла в такой разнице в массе. Одного порядка вполне достаточно. Зато избавляемся от огромных капитальных издержек связанных со строительством органа, а также снижаем мощность испарителя снарядов. Все это ценой 10 процентного снижения КПД.

[alex_semenov]

Но по мере перехода от килограммов к граммам

Вообще нет смысла в такой разнице в массе. Одного порядка вполне достаточно. Зато избавляемся от огромных капитальных издержек связанных со строительством органа, а также снижаем мощность испарителя снарядов. Все это ценой 10 процентного снижения КПД.

Не понял этой мысли. Что за 10%?
Почему массу отдельного снаряда надо снижать? У нас скорость растет от десятков тысяч метров в секунду до десятков тысяч километров в секунду. Если вы не снижаете массу снаряда в 1000 раз, то у вас энергия единичного импульса (кванта материи) возрастает в 1 000 000 раз. Какое зеркало такое может принять? Поэтому к финалу, как говорят военные, огонь надо "задробить". Отправлять тот же 1 кг за тот же интервал времени (благо он сильно растягивается до часов)  но 1000 мелких порций по грамму.

Кстати. Вы не забыли, что мы запускаем зонд всего лишь в 1 тонну массой?
Как по мне - это очень скромно.
Я полагаю что хорошая разведывательная экспедиция к живой экзопланете робота (в духе "фон-Брауна") это в 1000 раз более массивный агрегат. То есть 1000 тонн.
В этом случае у нас возникает потребность выстреливать в начале 1 тонные снаряды, а заканчивать килограммовыми.
Весь комплект придется увеличить в 1000 раз.

[crazy_terraformer]

Да. еще. Пушки.
Надо понимать что отдельные ускорители нам понадобятся совсем особые. По-сути нам нужны не скорости (что такое 0.5с? Ерунда для современной ускорительной техники!) а именно ток пучка. Особенно большой ток нужен будет на самых "басовых" (внешних) ускорителях, которые начинают разгон. Это по-сути будут импульсные ионные двигатели.
То есть у нас будет не Жюль Верновская длинная огромная пушка.
У нас будет огромное поле (километры и километры) уставленное разнокалиберными короткоствольными "мортирами"-плазматронами,

Короткоствольные  плазматроны для разгона плазмы до 0,5с ? Как насчёт рассеяния плазмы?

[Андрей Астрофизический]

Но если система будет стоять на видимой стороне, то Земля будет воспринимать там ее наличие как потенциальное оружие угрожающее Земле. А на обратной стороне - пожалуйста!

Самая замечательная деталь конструкции.
По этому концепту или какому другому, но обратная сторона Луны определенно очень удобна для ЭНЕРГОЕМКИХ астро-сооружений. Чтоб политики на Земле от их постройки не психовали.

[Андрей Астрофизический]

Все это ценой 10 процентного снижения КПД.

А расчет где? откуда вы это взяли вообще, как...

[николай теллалов]

Луну на Землю только не уроните, пушкари

[alex_semenov]

Короткоствольные   плазматроны для разгона плазмы до 0,5с ? Как насчёт рассеяния плазмы?

Вообще говоря с ускорителями я плаваю.
НО! Надо понимать что привычные нам длинные ускорители нас вводят в заблуждение. Мол 100 метров - минимум. Такие габариты нужны для накручивания гаммы (то есть релятивистского фактора) в крайне легком пучке (миллиамперном). Я полагаю что эти ускорители должны быть похожи на типичные ионные двигатели. А там дистанция разгона ионов - в общем то очень небольшая. Буквально, чем меньше - тем лучше. Но если слишком сильно сблизить сетки анода и катода, при миллионах вольт - будет пробой через вакуум. Надо в общем считать и уточнять конструкцию таких ускорителей. Я думаю большую длину "ствола" там будет занимать не ускоряющий зазор, а всякие "модуляторы", нейтрализаторы заряда, плазменная оптика и т.д. и т.п. А, кстати, чтобы получить ток, нужна площадь. И немала. Поэтому "мортиры".

Самая замечательная деталь конструкции.
По этому концепту или какому другому, но обратная сторона Луны определенно очень удобна для ЭНЕРГОЕМКИХ астро-сооружений. Чтоб политики на Земле от их постройки не психовали.

Но на той стороне Луны всяким звездоплавателям палки в колёса будут ставить представители чистой астрофизической науки. Ведь если там будет стоят такая машинка, представляете какие помехи она будет создавать для радиотелескопов?! А ведь астрономы уже давно ту сторону Луны рассматривают как свою вотчину. Там - радиотень от Земли. И тут - такая засада!

Луну на Землю только не уроните, пушкари

Это - совсем другой проект! И кстати, да. Кто владеет мощной базой на Луне, тот способен шантажировать любое государство Земли кинетическим оружием, по мощности сопоставимым с ядерным, но абсолютно чистым в смысле радиоактивных осадков. И огромные пушки-излучатели для этого не нужны.

[Андрей Астрофизический]

Для нужд астрономии как раз таки орбитальные конструкции мне кажутся более удобными. В точках лагранжа или еще где. А тень от Земли тупо экраном-отражателем организовать можно.

[alex_semenov]

Для нужд астрономии как раз таки орбитальные конструкции мне кажутся более удобными. В точках лагранжа или еще где. А тень от Земли тупо экраном-отражателем организовать можно.

А можете объяснить почему? Вот я, чисто интуитивно думаю, что поставить интерферометр (и чем больше там лучей, тем точней синтезированная картина!) на твердой поверхности - будет точней и надежней. Возможно я не прав, но обывательская интуиция говоит: 100 км интерферометр в космосе и 100 км интерферометр на обратной стороне Луны - разные вещи. Последний можно сделать ну очень мощным. Особенно если у вас на Луне есть производственная база, позволяющая производить детали такого телескопа (конечно, это задача не завтрашнего дня).
Хотя я могу предположить в защиту вашей позиции вот что. Адаптивной оптике висящей в космосе (которая чуть-чуть плавает туда-сюда относительно друг дуга) наверное все же проще компенсировать такое вот плавание, чем сумму всех колебаний грунта на Луне.  То есть жесткое основание уже ничего не стоит на фоне тех требований к "жёсткости" баз, которая обеспечиватся уже активным управлением через прецизионные измерения  лазерами, например.
Кстати, а вот для запуска активного звездолёта твердая поверхность нужна. Поглощать импульс при запуске. В космосе такую систему не подвесишь. Она действительно улетит с орбиты или упадет на Землю. Да и глупо подобную систему изготавливать на Земле и выводить ее на орбиту. Проще создать производство на Луне и создавать ее из местных материалов.

[Андрей Астрофизический]

Адаптивной оптике висящей в космосе (которая чуть-чуть плавает туда-сюда относительно друг дуга) наверное все же проще компенсировать такое вот плавание, чем сумму всех колебаний грунта на Луне.

Вот да. Да и в целом устранение всяких нежелательных вибраций куда проще ввиду того, что конструкция висит в невесомости. И даже несущие конструкции стокилометровой длины как бы не такая уж фантастика. На Луне в таких смысла 0 - не будут они несущими. А в невесомости при ничтожных нагрузках, придать конструкции не то чтобы жесткость, а ограничить ее пластичность некоторыми рамками - уже вполне может быть полезно.

[Кремальера]

Да и глупо подобную систему изготавливать на Земле и выводить ее на орбиту

Ничего не обычного в этом нет.ИМХО,первый звездолет(как и крупный инструментарий) так и будет выведен банальными хим.РН и собран на орбите.Зонтики Менторов/Орионов крайних серий имеют диаметр под 130 метров.Есть планы запуска КА с раскладываемой антенной с фермами  в 300 метров длиной.Фактически до астросооружений хомо не хватает одного порядка.

Проще создать производство на Луне и создавать ее из местных материалов.

Тогда как это еще не бывалые технологии.

[MenFrame]

Не понял этой мысли. Что за 10%?

Тот же случай что и с ионником. Нет нужды создавать оптимальную скорость истечения в самом начале разгона. Это приводит к гигантскому росту рабочего тела и даёт мизерны прирост КПД. В случае с парусом расти будет инфраструктура которую вы органом назвали.

А расчет где? откуда вы это взяли вообще, как...

Забыл что энергия квадратична скорости. Тогда потери будут около 1 процента.

[crazy_terraformer]

Проще создать производство на Луне и создавать ее из местных материалов.

Тогда как это еще небывалые технологии.

Но не сказочные. А основа уже для них есть на Земле.

[a_babich]

Я могу понять, почему вы рассуждаете так. Вы полагаете, что чтобы строить звездолеты, непременно нужно что-то вот эдакое технореплицируемое. А чтобы было что-то вот эдакое, надо непременно пере-обустроить общество и механизмы организации его деятельности. Это все во первых, долго, во вторых, далеко не факт, что вообще выполнимы те шаги которые вы поставили на роль промежуточных, и в третьих совсем не очевидно что к цели можно прийти только так и никак иначе.
Каждый человек в отдельности может быть кем угодно - гением, идиотом, героем, мерзавцем. Но если описывать человечество в целом, ближе всего к истине оказывается его описание как множества идиотов и мерзавцев. И именно по этому более эффективны те механизмы общественного устройства, которые полагают его именно таким - и предусматривают механизмы защиты от идиотизма и от мерзавцев, в особенности от вторых. Такова наша реальность. Пока только такие механизмы нам позволяют что-то организованно делать, другие механизмы добились меньших успехов, это факт.

1)грубо и по сути не совсем верно
2)точнее будет сказать, что человечество , если говорить об интегральных характеристиках - это совокупность социальных (общественных) животных с очень простыми и понятными инстинктами и рефлексами
3)проблемы местных сумасшедших в том, что у них в голове некоторая идеальная модель  человечества, в следствие чего они начинают нести пургу ничего не имеющую общего с реалиями
4)собственно непонимание другими сумасшедшими природы человека 100-200 лет назад привело к попыткам построения неработоспособных моделей социума и государства (в основе этих благих намерений опять же лежал некий  идеальный образ правильного во всех отношениях человека чем человеки не являются)