Двигатель для межзвёздных перелётов

[Кремальера]

NASA пошло навстречу пожеланиям ув.Александра Анатольевича расширить кругозор по межзвездным атоллам-хабитатам.И вывалило рендеры 70-х годов над которыми работал центр Эймса.
https://www.nasa.gov/image-feature/retrofuturistic-nasa-space-art
https://www.flickr.com/photos/nasacommons/albums/72157644439092941/with/13889485757/

[PathFinder]

Вот не туда вы все смотрите!

Собрать частицы набегающего водорода и подразогнать...
Нет!
Если вы собрали частицы (не потеряв их энергию, то есть АДИАБАТИЧЕСКИ их сжали в коллекторе) вам уже не надо их еще разгонять.
Напротив. Вы можете их охладить частицами из бака.
Бортового запаса материи. Да хоть и того же бросового водорода (водород - лучше всего).
Тягу вы получите. И почти идиальную тягу.
И чем на большей скорости вы это начали делать, тем лучше. По-сути вам не нужна уже никакая анигиляция, если у вас работает коллектор на субсветовой скорости. Любой бортовой запас водорода работает как... антиматерия.
Прикольно?

Вот тут я недопонял. А энергия-то откуда берётся?

[сэр Милорд]

господа фантазеры и прочие ученые, вы хоть в курсе что в вакууме не нужна постоянная энергия, ибо в начале заданная скорость будет постоянна? пока конечно корабль не притянет какая ни будь железная планета. Но здесь можно и с запасом лететь.

[PathFinder]

Кстати Александр, я тут недавно сделал для себя открытие (если я всё правильно посчитал). Если равноускоренно разгоняться, то Лоренц-фактор будет возрастать на порядок через равные промежутки времени (с точки зрения ускоряемого объекта).
То есть Лоренц-фактор будет равен 10;100;1000 через время T;2T;3T соответственно (T зависит только от ускорения). Я как осознал это - прифигел даже  .

Вы знали? Или это общеизвестно?

[PathFinder]

господа фантазеры и прочие ученые, вы хоть в курсе что в вакууме не нужна постоянная энергия, ибо в начале заданная скорость будет постоянна? пока конечно корабль не притянет какая ни будь железная планета. Но здесь можно и с запасом лететь.

Да-да. Законами Ньютона тут все владеют в полной мере.

[alex_semenov]

Вот тут я недопонял. А энергия-то откуда берётся?

Когда тело движется на скорости 0.1с, каждый килограмм этого движения уже содержит энергию эквивалентную калорийности дейтерий-трития.
Когда тело движется на скорости 0.9с, каждый килограмм массы содержит энергию...

То есть.
Если на скорости 0.7с (к примеру) у вас корабль массой в 10 000 тонн и у него в баках заправлен ТУПО водород массой в 100 000 тонн, то вы можете этот водород "слить", отбросив так, что бы он слегка волочился за кораблем  (в системе отсчета его старта). Это что значит? Это значит что вы извлекли запасенную в кинетику топлива энергию для разгона оставшейся массы.
Как вы этого добились?
Вы использовали коллектор (другого способа нет). Собрали НАБЕГАЮЩИЙ водород, сжали его. Получили чудовищно горячую плазму, разбавили ее водородом из бака. Холодным. Условно конечно (там трудностей на самом деле тоже воз и маленькая тележка) В итоге получили БОЛЬШЕ плазмы чем собрали в коллектор и отбросили эту более холодную но более массивную плазму и ... у вас есть тяга. Заметная разница между торомжением в коллекторе и выхлопом в сопле. И не какая-то там тяга а почти идеальная тяга.
Финт в том что бы предварительно разогнать такой таранный конвертор. А потом вы тупо меняете предварительно разогнанную массу на скорость. Строго по закону сохранения энергии. И такой разгон выгодней чем разгон по формуле ракеты при больших Z.
Почему термоядерный прямоточник можно разогнать до 0.5с, когда просто ракету только до 0.1с при прочих равных.

[alex_semenov]

Кстати. Я не зря сомневался, кажется (чуйка уже выработалась. если все так хорошо - не сработает)
По поводу маневра Оберта у черной дыры.
Какой радиус Шварцильда у дыры? И смотрите. Наш корабль падая на черную дыру разгоняется почти до света и... он находится в перицентре  у дыры для маневра лишь миг (и то сильно замедленный гравитацией). Все что можно сделать ... взорвать одну бомбу в перигелии. Наверное. Не более.
Надо считать детали.
Но одна сумасшедшая идея вырисовывается сразу. Использовать черную дыру как ускоритель снарядов. Бросаем на дыру снаряды массой 2М, они ускоряются почти до света падая в дыру. Там в перицентре взрывом-импульсом отбрасываем половину массы и у нас из черной дыры летит масса  M на почти скорости света (надо считать детали, может и 2/3 от начальной массы можно?). Так кидая бомбу за бомбой можно сформировать мощный "луч материи", который и будет разгонять корабль.
Не так красиво как разгонять целого корабля маневром у дыры, но такой ход по-моему лучше чем пытаться оседлать джет...
Кстати, надо посчитать маневр Оберта у других необычных звезд. Скажем синих гигантов. У них и масса и диаметр орбиты (то есть можно долго разгоняться)... 
Интересная новогодняя тема!
Таким образом добравшись до одного такого объекта в галактике, можно заселить (без особого надрыва) всю галактику.
Ну и скопления в гало... Не только же соседние галактики осваивать!

С наступающим, кстати, новым годом!

[Инопланетянин]

господа фантазеры и прочие ученые, вы хоть в курсе что в вакууме не нужна постоянная энергия, ибо в начале заданная скорость будет постоянна? пока конечно корабль не притянет какая ни будь железная планета. Но здесь можно и с запасом лететь.

Про это все курсе, но в курсе ли вы, что если лететь медленно, то придётся расходовать постоянную энергию на фотосинтез и прочее поддержание жизни? И это будет немалая энергия. А если лететь быстро, то где взять столько энергии на однократный разгон?
Межзвёздный перелёт это в любом случае дорого и энергоёмко.
Есть ещё гибернация, но это не для людей в современном смысле этого слова.

[Mercury127]

Вы использовали коллектор (другого способа нет). Собрали НАБЕГАЮЩИЙ водород, сжали его. Получили чудовищно горячую плазму

ну, собственно, дальше можно не продолжать... большая часть нажитого непосильным трудом (инерция набегающего потока никуда не делась, на ее преодоление уйдет часть кинетической энергии самого звездолета) тепла плазмы высветится рентгеном на месте, до того, как мы успеем его чем либо разбавить... заодно оный рентген оттолкнет любой разбавитель не хуже взрывающейся бомбы.
короче, закапываем обратно...

[Mercury127]

Там в перицентре взрывом-импульсом отбрасываем половину массы и у нас из черной дыры летит масса  M на почти скорости света (надо считать детали, может и 2/3 от начальной массы можно?).

между прочим, от ВРАЩАЮЩЕЙСЯ дыры можно и БОЛЕЕ начальной энергии (те более 2М) получить...

[leon10010]

Вы использовали коллектор (другого способа нет). Собрали НАБЕГАЮЩИЙ водород, сжали его. Получили чудовищно горячую плазму

ну, собственно, дальше можно не продолжать... большая часть нажитого непосильным трудом (инерция набегающего потока никуда не делась, на ее преодоление уйдет часть кинетической энергии самого звездолета) тепла плазмы высветится рентгеном на месте, до того, как мы успеем его чем либо разбавить... заодно оный рентген оттолкнет любой разбавитель не хуже взрывающейся бомбы.
короче, закапываем обратно...

И как только самолеты с пропеллером продираются сквозь земную атмосферу... А то и того хуже, с турбиной..

[elind]

И как только самолеты с пропеллером продираются сквозь земную атмосферу... А то и того хуже, с турбиной..

Самолёты, даже с турбиной, не сжимают газ до такой степени, когда излучательное охлаждение становиться значимым фактором раз, и используют источник энергии на борту два.

[olenellus]

Вопрос лишь в том как РАЗОГНАТЬ корабль и запас обычного водорода до скорости близкой к свету (превратьить все это в своего рода антиматерию для набегающего на корабль вещества).
Для этого можно было бы конечно попробовать какой-нибудь финт в духе маневра Оберта у черной дыры

Только не надо сильно раскатывать губу. Если я чего не напутал, максимальный эффект, который можно извлечь из чёрной дыры при падении на неё "через бесконечность", будет выражаться формулой



где — отлётная скорость после манёвра, а — х.с. ракеты в предположении .

Так, на "химии" (мгновенно отрабатывающей, Ваши опасения насчёт времени для манёвра имеют основания) при х.с. 10 км/с получаем отлётную скорость в 2400 км/с. Для взрыволёта с х.с. 100 км/с имеем отлётную скорость 7700 км/с. Впечатляет, конечно, но это не релятивисткие скорости. Да они и не могут быть релятивисткими, как это очевидно из приведённой формулы.

Как получить формулу? У орбит пробных тел в поле дыры Шварцшильда один из инвариантов движения это удельная энергия (отношение энергии пробного тела к его энергии покоя)



где — это локальный гамма-фактор в (чосинус гиперболического угла поворота собственной скорости тела относительно направления, заданного временной шварцшильдовской координатой, , где  — это тот самый угол), а — гравитационный радиус дыры.

Мы предполагаем, что ракета из бесконечности, где она имеет нулевую скорость, подлетает к чёрной дыре как можно ближе для совершения манёвра. При этом, надо считать, но, кажется, это будет совсем не около горизонта. Кажется, подлетев на нерелятивисткой ракете к горизонту, пилот гарантирует своё проваливание под горизонт. В любом случае, мы считаем, что в момент работы маршевого двигателя локальная скорость ракеты близка к скорости света. Это значит, что в момент работы двигательной установки , а значит

При ракетном манёвре происходит поворот вектора собственной скорости на гиперболический угол . То есть угол мгновенно заменяется на угол .

Далее нехитрыми разложениями до первого порядка малости получаем величину изменения удельной энергии, которая набирается только за счёт изменения гаммы

.

Отсюда и из выражения для сохраняющейся удельной энергии можно сделать вывод, что разница в гаммах на подлётной и на отлётной траекториях на любом, но одном и том же расстоянии от дыры, равна

.

На бесконечности у нас изначально ракета покоится, т. е. , а значит . Отсюда получаем, используя формулу
, после ещё нескольких разложений до первого порядка малости, исходную оценку.

Самое любопытное, только что заметил, что эта исходная приблизительная формула совпадает с точной формулой эффекта Оберта для ньютоновской механики, если предположить, что при манёвре ракет разгоняется до скорости света.

Если же до горизонта долететь без засасывания не получится, и манёвр придётся выполнять на значительном расстояние от него (надо точно смотреть свойства решений, так ли это), т. е. локальная скорость на манёвре будет заметно отличаться от скорости света (гамму нельзя считать бесконечно большой), то формула скорректируется до



(И опять получилась ньютоновская формула.)

Это видно из формулы



которая в итоге даёт

.

Как-то так. Надеюсь, нигде сильно не ошибся.

[olenellus]

Если вы собрали частицы (не потеряв их энергию, то есть АДИАБАТИЧЕСКИ их сжали в коллекторе) вам уже не надо их еще разгонять.
Напротив. Вы можете их охладить частицами из бака.
Бортового запаса материи. Да хоть и того же бросового водорода (водород - лучше всего).
Тягу вы получите. И почти идиальную тягу.

О чём идёт речь? Звучит как-то странно.

[anai]

По схеме двигателя коллайдера - Бассарда https://ru.wikipedia.org/wiki/Межзвёздный_прямоточный_двигатель_Бассарда
Пример расчёта сбора межзвездного газа для случая радиуса поля захвата 50 км. Тогда

 R=50 000 м
 Площадь захвата=7 853 981 633,97 м2
 Скорость (берём максимальную из раздела Ограничение на скорость) = 35 700 000 м/с
 Время = 1 сек
 Просеянный объем = 280 387 144 332 889 000 м3
 Плотность среды  = 1E-21 кг/м3
 Полученная масса = 0,000 280 387 144 332 890 кг

Вопрос какова плотность межзвездного газа в пространстве Толиман - Солнце

[alex_semenov]

Я смотрю новогодний вечер (замшелых ретрофутурологов) обещает не быть  томным?

Только не надо сильно раскатывать губу. Если я чего не напутал, максимальный эффект, который можно извлечь из чёрной дыры при падении на неё "через бесконечность", будет выражаться формулой



где — отлётная скорость после манёвра, а — х.с. ракеты в предположении .

Так, на "химии" (мгновенно отрабатывающей, Ваши опасения насчёт времени для манёвра имеют основания) при х.с. 10 км/с получаем отлётную скорость в 2400 км/с. Для взрыволёта с х.с. 100 км/с имеем отлётную скорость 7700 км/с. Впечатляет, конечно, но это не релятивисткие скорости. Да они и не могут быть релятивисткими, как это очевидно из приведённой формулы.
...
Как-то так. Надеюсь, нигде сильно не ошибся.

Да, вы правы. Как водится. Я слишком раскатал губу. ДАЖЕ в ньютоновской механике маневр Оберта не творит чудеса. Можно было сесть и разобраться а не фантазировать на "пяный" глаз...
Вот коэффициент на который умножается дельта-вэ в апецентре при маневре Оберта по механике Ньютона :



Идея использовать дыру в том что скорость покидания тела (горизонта событий, радиуса Шварцильда), вэ-эскейп, у черной дыры может быть вплоть до скорости света. В этом замануха. У дыры можно получить по-идее самый большой выигрыш от маневра Оберта.
Да. Так и есть. Но не скорость, близкую к свету...
Забудем пока о проблеме ускорения (падая на дыру со скоростью почти света у вас есть только миг на разгон)
Приравняем в формуле выше вэ-эскейп к 1. Тогда дэльтв-вэ будет в долях света. Смотрим. Если дельта-вэ много меньше 1, то мы получаем хороший множитель под корнем.
Скажем 0.001с. Тогда 1+2*1000 ~ 2000.  Но теперь из этого берем корень... 44,7. И умножаем на те же 0.001с.  0,0447с - получаем на порядки меньше скорости покидания тела (в данном случае скорости света, 1с).
Скорость на бесконечности можно получить сравнимой со скоростью покидания (1 и не важно чего это один) только если если дельта-вэ близка к 1 (в единицах скорости покидания). Тогда под корнем ~ 1+2~3. Корень из 3  ~1.7, чуть больше 1. Умноженное на чуть меньше дельта-вэ 1 получаем примерно 1 (может получить и чуть больше). Хитрость может быть использована при дэльта-вэ скорости, скажем, 0.33с (в три раза меньше света). Тогда по классике маневр Оберта у дыры (на границе сферы Шварцильда) даст 0,86с. Неплохо, в целом но как почти мгновенно разогнаться в перицентре до 0.33с?!!! Это немыслимо. Как по времени так и по затратам энергии. Это портит всю затею.
То есть маневр Оберта классный, но губу надо закатать...
Релятивистская формула (интуитивно непонятная) будет отличаться от классики Ньютона только тем, что при малых скоростях дельта-вэ (~0) неотличима от классики а на больших (дэльта-вэ ~1)  она не позволяет получить ни при каких обстоятельствах  скорость на бесконечности больше 1 (классическая позволяет, если коэффициент "усиления" Оберта чуть больше 1). То есть? релятивизм  вводит некую "балластирующую" поправку, срезающую такой финт. А так принцип тот же что и в механике Ньютона (закон сохранения энергии). Вы можете получить скорость на бесконечности близкую к 1, но тогда вам дельта-вэ надо иметь всего пару раз меньше света, не на порядки меньше (как я размечтался), что делает маневр  не таким привлекательным, как я нафантазировал. Маневр работает очень круто если НУЖНАЯ ВАМ скорость на бесконечности заметно меньше чем скорость убегания от небесного тела.

Ладно, бог с ними с межгалактическими перелетами пока.
Хорошо, давайте посмотрим вот что. Что можно выжать из Оберта в пределах Галактики?
Голубой гигант, например.



Масса такой звезды  где-то на порядок больше массы Солнца. Это хорошо. Скорость убегания по-идее должна быть в корень из 10 больше. Не 600 км/с а уже 1800 км/с. Но  и тут засада.... Радиус. Диаметр (и значит радиус маневра) у гиганта больше где-то в 100 раз.
С одной стороны это круто (есть время на разгон) но... вторая космическая у любого тела:



То есть корень из 10/100 ~ 0,33
Скорость убегания "с поверхности" такой звезды получается даже в три раза меньше чем у Солнца....
 
Хорошо, но тогда что получается? У красных карликов должно все работать наоборот?



Оказывается нет (смотрим таблицу по ссылки). Как раз масса и радиусы карликов разного спектрального класса переведены в удобных нам единицах - доли от массы и радиуса Солнца. И видно что масса и радиус уменьшаются от класса к классу ПРИМЕРНО пропорционально.
То есть скорость покидания на поверхности красного карлика такая же примерно как у Солнца.
Ничего особо тут выиграть нельзя.
А вот со временем маневра там явно  хуже. По-сути времени при облете звезды "на бреющем" оказыается на порядок (грубо) меньше. И значит на порядок нужны большие ускорения при торможении.
Это к тому, что если разогнаться у Солнца межзвездные колонисты могут с ускорением в 2g  достигнуть  300 км/с, то тормозить, слить эту скорость у цели-красного карлика - это проблема. Нужно до 20g...
То есть это должны быть небольшие корабли (крупные суда такое ускорение не выдержат, даже если людей поместить в какую-нибудь антиперегрузочную ванную).

[alex_semenov]

И как только самолеты с пропеллером продираются сквозь земную атмосферу... А то и того хуже, с турбиной..

Самолёты, даже с турбиной, не сжимают газ до такой степени, когда излучательное охлаждение становиться значимым фактором раз, и используют источник энергии на борту два.

Да. Все что нагрето до температур, условно, сопоставимых с энергией 0.01-0.1с (эм-ве квадрат на два за килограмм)- стремится слить эту энергию  из материи в виде света. Это очень хреновое обстоятельство. Возможно это НЕПРЕОДОЛИМЫЙ барьер.
AlexAV, тут выше показал же, что набегающий водород просто физически (из простого уравнения адиабаты) нельзя слишком сильно сжимать в воронке. Иначе он нафик сольет всю свою энергию тупо через самые разные типы излучения (механизмов - тьма)

По схеме двигателя коллайдера - Бассарда https://ru.wikipedia.org/wiki/Межзвёздный_прямоточный_двигатель_Бассарда
Пример расчёта сбора межзвездного газа для случая радиуса поля захвата 50 км. Тогда

 R=50 000 м
 Площадь захвата=7 853 981 633,97 м2
 Скорость (берём максимальную из раздела Ограничение на скорость) = 35 700 000 м/с
 Время = 1 сек
 Просеянный объем = 280 387 144 332 889 000 м3
 Плотность среды  = 1E-21 кг/м3
 Полученная масса = 0,000 280 387 144 332 890 кг

Вопрос какова плотность межзвездного газа в пространстве Толиман - Солнце

Если вы хотите освоить таранный привод (любой) вам нужен заборнир размером с Землю. Примерно. 10 000 км... 20 000...
И чем больше - тем лучше.
И, кстати, сжимая межзвездный газ, скажем до 10-20 км "горловины" (да, да, меньше никак!) вы сжимаете его в миллион раз. Оцените повышение температуры... Тут ИНЖЕНЕРНЫХ сложностей - более чем достаточно.
Мы же пока не разобрались даже с самыми общими принципами (псевдореализмом идеи таранного конвертера)...

Если вы собрали частицы (не потеряв их энергию, то есть АДИАБАТИЧЕСКИ их сжали в коллекторе) вам уже не надо их еще разгонять.
Напротив. Вы можете их охладить частицами из бака.
Бортового запаса материи. Да хоть и того же бросового водорода (водород - лучше всего).
Тягу вы получите. И почти идиальную тягу.

О чём идёт речь? Звучит как-то странно.

Я много лет назад уже написал эту писульку (и на долго про нее забыл, а зря)...

"Парадокс" межзвездной прямоточки.

Поводом для обсуждений стал странный двигатель Подвысоцкого. С тех пор этой идеей заболели даже дипломированные физики. Тот же Панов много приложил усилий в споре будет ли такая идея В ПРИНЦИПЕ работать или нет?
Речи идет о последней идее.



Когда у нас нет на борту источника энергии. Энергия возникает от взаимодействия с набегающим веществом. Подвысоцкий хочет расставлять по ходу корабля некие снаряды, то есть так как я и описал в этой полу-шутливой популярной работе. Я это использовал только для иллюстрации принципа, а он РЕАЛЬНО хочет так делать.
Я считаю это ГЛУПОСТЬЮ НЕСУСВЕТНОЙ.
Двигатель Подвысоцкого. Как он есть в деталях.
Но в нем заложен ТЕОРЕТИЧЕСКИ верный принцип, который я и назыавю принципом таранного конвертера.
Это не двигатель.
Двигатель ДОБЫВАЕТ энергию. Здесь нет источника энергии. Это как велосипед. Механизм конвертирования одной кинетической энергии в другую. Преобразования энергий тут нет. Хотя, конечно кинетика в тепло, а потом тепло в кинетику (и тут нужен хитрый механизм не растерять энергию, иначе все будет напрасно).
Я читал споры высокоумных мужей. Того же Панова. Они заблудились в трех соснах. Людей плющит на вопросе "откуда энергия"?
Правильно плющит.
Энергия из кинетической энергии первоначально разогнанной массы.
То есть.
Представим себе ИДЕАЛЬНЫЙ таранный конвертер.
Сам конвертер (вторая ступень) пусть весит 1 условную единицу массы (не важно сколько, пусть 1000 тонн). Но в баках запасено еще 100 едениц материи. Скажем, кристаллического водорода. И вот эти 101 единица массы уже разогнаны... скажем ... до 0.033с.
Взрыволет Дайсона их уже разогнал.
Представили.
Ступень отделяется, разворачивает совок (магнитный, разумеется), запускает АДИАБАТИЧЕСКИЙ конвертер и начинает сжимать межзвездный водород....
Как? Не важно. Да хоть вот так:



(как по мне в такой конфигурации больше смысла чем в привычной лейке-воронке). Межзвездный водород сжимается в горле воронки и... в ней разбавляется свежими порциями водорода. Если энергия сжатого межзвездного водорода почти вся РАЗМЕШАЕТСЯ с холодным впрыснутым водородом и эта более холодная, но массивная плазма так же хорошо расширится в сопле (по-сути с обратной стороны  магнитная "воронка" - это же магнитное зеркало, возможно в 100 км в диаметре) то мы получим тягу.
И сразу вопрос.
До какой скорости В ИДЕАЛЕ мог бы разогнаться такой конвертер, когда израсходует последний грамм запасенного рабочего тела на борту?
Из закона сохранения энергии это легко посчитать.
В начале конвертер имел массу 100 условных единиц (101 не суть) и скорость 0.033. И это все имело кинетическую энергию (по классике ) эм-вэ-квадрат на два.
Знач, так как иных источников энергии нет, и нет потери энергии (они пренебрежимо малы), если масса уменьшилась в 100 раз, скорость пустого корабля возросла... в 10 раз. До 0.3с
Если же у вас, запас рабочего тела, скажем в 4 раза больше массы пустого конвертера, скорость конвертера будет в 2 раза выше в конце разгона.
В корень из изменения массы.
Тут нет извлечение энергии (еще раз) из неких закромов.  Тут идет просто обмен кинетической энергии, массы на скорость. И по-сути нкакого двигателя Подвысоцкого нет. Никакого чуда. Чудо за кулисами - разгонник.
Это своего рода "планер", которому нужен тягач.
Тягачом, как раз мог бы выступить "Орион". Очень кстати его недостаток тут превращается в достоинство. В чем и изюминка. Последняя.
Взрыволет имеет ограничение по скорости истечения. Условно 0.025с и бомболет "любит" огромную стартовую массу (сотри тысяч тонн миллионы тонн). И пока вы его разгоняете до сопоставимой скорости (0.03с) - все хорошо. У вас РАЗУМНОЕ массовое число. Разумное оно будет и, скажем при 0.05-0,06с (две ступени). Но дальше - начинает работать проклятье ракеты.
Что бы разогнать 1000 тонный взрыволет Дайсона до 0.3с вам какое нужно массовое число (по формуле Циалковского)?
exp(0.3/0.025)-1=162 753 .
То есть при массе полезной нагрузки (при невесомой ракете) в 1000 тонн, взрыволет на старте будет весить (округляем) 170 000 000 тонн.
Но если у вас двухступенчатый корабль где вторая ступень - таранный конвертер?
Первая ступень - взрыволет, разгоняющий до своих оптимальных 0.033с, а вторая ступень - таранный конвертер.
Считаем конвертер невесомым (или сам конвертер входит в эти 1000 тонн). При этом конвертер пока идеальный (мы же исследуем принцип).
Что бы конвертер увеличил свою скорость в 10 раз, он должен иметь в 100 раз больше запас рабочего тела (водорода) чем весит сам. Квадратично.
То есть полезная нагрузка взрыволета (вторая ступень) должна весить 100 000 тонн (округленно).
Но у Дайсона столько же весит ПУСТОЙ взрыволет! И для него нужно массовое число 4 что бы разогнаться до начальных 0.033с.
Таким образом суммарное массовое число двухступенчатой системы для 0.3с составит 400.
И стартовая масса 400 000 тонн.
Ну пусть 600 000. Да хоть миллион. Это все равно заметно меньше (принципиально меньше) чем 170 миллионов при использовании ракетного принципа в лоб (не важно что там, много ступеней, корабль-автофаг, это пока шашечки, мы же решаем общие вопросы).
Улавливаете идею?

Это плюсы. Еще раз. Вам тут не нужен управляемый термояд. Но вы должны научится без потерь сжимать, разбавлять и выбрасывать набегающий межзвездный поток. И тут требования (я моделировал) очень жесткие. И это - минус. Их там тьма. Идея красивая, но реализация почти немыслимая! Потерю 5-10% энергии на всех стадиях еще можно терпеть. Но больше - выигрыш от таранного конвертера резко начитает улетучивается.

Если же вы освоите управляемый магнитный термояд и соедините его идеей таранного конвертера (концепция RAIR Бонда, как я понял), то вам разгонщик не нужен. Корабль сначала разгоняет себя как ракета, потом как таранник, который на "дозвуке" (до бассард-барьера) греет собираемый в воронку водород, через термоядерную реакцию, потом (после 0.1с) по-сути все остаточное термоядерное топливо становится ценным не столько как топливо, сколько как таранная масса (на самом деле такая "переоценка" происходит плавно и постепенно). Даже горя в двигателе, температура термоядерной плазмы после барьера уже будет МЕНЬШЕ чем у сжатого в воронке водорода и теперь не двигатель греет собранный водород, а наоборот. Зачем жечь тогда реактор? А подогревать впрыскиваемую массу все равно полезно. В любом случае у вас будут потери и их надо будет компенсировать.
То есть, если у вас будет не просто таранный конвертер, а таранный двигатель с внутренним термоядерным сгоранием, то вам не обязательно иметь столь совершенную воронку и механизм преобразования энергии как в конвертере. Но все равно желательно всё это иметь с эффективностью поближе к 1.
И если так (близко к 1) то по-стуи вам нужно запасать на борту столько термоядерного топлива что бы энергия его сгорания почти равнялась конечной кинетической энергии межзвездного корабля с пустыми баками. У вас почти идеальный привод (двигатель плюс движитель). И тогда все сложности расчета, интегрирования (итог всех режимов полета) в конце концов сводятся к простому балансу энергий топлива и кинетики корабля. Который я тут и привожу все время (но народ не понимаем к чему это):



Если бы мы могли 100% термоядерной энергии превращать в движение плазмы и 100% энергии водорода размешивать с термоядерной энергией и при этом со 100% эффективностью выбрасывать из чудо-сопла-магнитного зеркал, то в принципе на детерии (или гелии-3 плюс дейтерий, тут можно использовать даже в одном двигателе разные режимы горения на разных этапах работы движка) можно было бы при массовом числе Z=35 разогнаться до 0.5с
Или до 0.35с при 50% потерях (но не в таранном конвертере, а в термоядерном двигателе)...
Теоретически мечтать можно.

[alex_semenov]

Я понимаю что трудно поверить что такая странная возможность есть.
Но на самом деле она давно известна, скажем, воякам.
То же гиперзвуковое оружие и гиперзвуковой движок.



(последняя версия - очень концептуално на нашу похожа)
В чем там проблема?  То что топливо при гиперзвуке, при таком сверхзвуковом сжатии не успевает СГОРЕТЬ в камере сгорания.
С этим много мучаются.
И когда мучения доходят до отчаяния то нередко можно услышать идею, что В ПРИНЦИПЕ, на больших Махах, в общем-то особо сжигать что-либо и не нужно. Ибо энергия сгорания топлива все равно становится сравнимой  с энергией сжатого забортного потока и добавляемого в поток топлива как просто вещества.
Ну смотрите.
На 20 махах (6.6 км/с) кинетическая энегия каждого килограмма вещества (что на борту что за бортом) 20 МДж/кг.
А теплота сгорания керосина (только одного керосина без окислителя!) 40 Мдж/кг.


Поэтому как раз можно просто  разбавлять сжатый поток тем же водородом (и не важно что он не успевает сгореть) - тяга все равно будет возникать.
Другое дело, что если эта масса еще все-таки и горит, то расход массы будет поменьше на ту же тягу. Ну и такой режим "холодного" разбавления работает лишь на больших махах. А как до них еще разогнаться?
Нужен отдельный сверхмощный тягач (у вояк, возможно, - "списанные" сотки для тех же модушей "авангард").
Или нужен двигатель-многорежимник (древняя но так и не осуществленная в авиации мечта).
Так вот. В приложении к звездолетам. Версия бомболет как тягач плюс таранный конвертер - это решение в лоб. Возможно, как "Авангард" Путина...
Ну а термоядерный таранно-прямоточный звездолет - это звездолет-мечта. Предел, к которому ТЕОРЕТИЧЕСКИ может стремиться концепция термоядерного звездолета ВООБЩЕ. То есть звездолета с бортовым и конвенциональным (неэкзотика, распространенные по всей вселенной изотопы водорода и гелия) термоядерным источником энергии.
Как по мне даже 25% от света (световой год за 4 года) - очень круто.
Ну а 35% или даже 45%... 50%.... Это уже манна небесная!
Хотя...
Ну подумайте. 2 года световой год или 4 года световой год... Большая разница?
В общем,  термоядерный таранник, это как жизнь с  бородой у Ложкина...
Не корабль, а мечта!!!



Хотя и не релятивистский, субрелятивистский, но все равно "властелин гАлактики!" куда хочу - лечу. Быстро лечу!  Межзвездную среду использую и для разгона и для торможения. Предел эффективности! Ну а топливо на очередной бросок к звездам - везде заправлюсь...
Как по мне - это предел мечтаний!

[Проходящий Кот]

И без всякого МЧД?

[Streamflow]

Так и быть, скажу и я пару слов.

Я понимаю что трудно поверить что такая странная возможность есть.
Но, на самом деле она давно известна, скажем, воякам.
То же гиперзвуковое оружие и гиперзвуковой движок.

Неужели это так трудно сделать - поверить? Ведь верят же здесь любой галиматье. Да еще просто удаляют то, что подрывает их веру.
Ну, а об этих мыслях... Да, давно известно, что впрыск в камеру сгорания скрэмджета (ГПВРД) водорода в количестве, большем стехиометрического, увеличивает его тягу и удельный импульс. То есть этот "излишний" несгорающий водород и есть тот самый "сбрасываемый балласт".

Это не двигатель.
Двигатель ДОБЫВАЕТ энергию. Здесь нет источника энергии.

Энергия из кинетической энергии первоначально разогнанной массы.

Естественно. Если мы уже накопили кинетическую энергию, то сбрасывая ее через расход массы, мы можем ее тратить в работу силы тяги. Вопрос только в том, чтобы делать это эффективно. И еще один, более важный вопрос - как разогнаться до такого режима. Именно над этими вопросами мы когда-то задумывались. Формально все повторяется на других физических процессах один в один.

Я читал споры высокоумных мужей. Того же Панова. Они заблудились в трех соснах. Людей плющит на вопросе "откуда энергия"?

Значит, они не "высококумные".