Двигатель для межзвёздных перелётов

[MenFrame]

энергия ушла в импульс ракеты

Этого не может быть, есть закон сохранения импульса. Получить импульс ракета может только за счет обмена импульсом. Энергия в импульс не "уходит".

Конечно импульс рабочего тела и ракеты должен быть равным, а вот энергия не должна быть равна. Ибо импульс пропорционален скорости, а энергия пропорциональна квадрату скорости.

[Gleb1964]

Да, можно выбирать систему отсчета, в которой отброшенное рабочее тело покоится или имеет минимальную кинетическую энергию. В этой системе отсчёта выглядит так, словно вся кинетическая энергия досталась ракете.

Ну так у нас есть система отсчета в рамках старта. На старте(в баке) рабочее тело имеет нулевую энергию. Когда оно выброшено на оптимальной скорости, оно тоже имеет нулевую энергию по отношению к своему первоначальному положению. Ни какая другая система отсчета кроме стартовой здесь не уместна.
Если энергия рабочего тела в итоге не изменилась по отношению к стартовой системе, значит вся энергия ушла в импульс ракеты.

Тут ещё такое дело - покоящееся (в системе старта) рабочее тело не участвует в передаче импульса ракете от слова "совсем". Оно сохраняет свой нулевой импульс, как и на старте. Даже, если и переместилось в пространстве. Если будет покоится всё рабочее тело, ракета тоже никуда не летит.
Алекс предлагает разогнать ракету и считать "старт с ходу", скачав в ракету некий начальный импульс. После чего его "идеальная ракета" выбрасывает рабочее тело с нулевой скоростью, а то есть нового импульса рабочее тело не создаёт, а только перераспределяет начальный импульс, пока он весь не достанется полезной нагрузке в пропорции массового числа.
Характерно, что если этот самый "начальный импульс" вкачать сразу полезной нагрузке, то получится та же конечная скорость. 
Ну, а начальный импульс придается по тем же законам, что было на картинке - некая масса улетает в противоположную сторону, обеспечивая, таки, классический ракетный полет.

[MenFrame]

После чего его "идеальная ракета" выбрасывает рабочее тело с нулевой скоростью, а то есть нового импульса рабочее тело не создаёт,

Для нас самое главное побольше энергии вкачать именно в ракету и поменьше в рабочее тело. Скажем если соотношение рабочего тела к ракете будет 4 к 1 по массе, то при равном импульсе, энергия ракеты будет в четыре раза больше, энергии рабочего тела. Соответственно оптимальная скорость истечения будет выше скорости ракеты.

[Gleb1964]

Для нас самое главное побольше энергии вкачать именно в ракету и поменьше в рабочее тело.

Так известно, увеличиваете массовое число, ракета получает импульс отталкиваясь от более массивного тела, получается лучше распределение энергии.
А если в ракету вкачивать энергию, без импульса, так она, чего доброго, и расплавится может. 
А рабочее тело, неподвижное в стартовой системе, импульса ракете не дает. Идеальная ракета Семенова та, которая никуда не летит. 

[Андрей Курилов]

После чего его "идеальная ракета" выбрасывает рабочее тело с нулевой скоростью, а то есть нового импульса рабочее тело не создаёт,

Для нас самое главное побольше энергии вкачать именно в ракету и поменьше в рабочее тело. Скажем если соотношение рабочего тела к ракете будет 4 к 1 по массе, то при равном импульсе, энергия ракеты будет в четыре раза больше, энергии рабочего тела. Соответственно оптимальная скорость истечения будет выше скорости ракеты.

Нет, строго говоря, конечная кинетическая энергия ПН вам не нужна, нужен импульс. Распределение энергии между рабочим телом и ПН - пофигу, нужны конкретные масса и скорость

[Gleb1964]

нужен импульс

И я о том же. Нужно изменение импульса полезной нагрузки.
Кинетическая энергия, приращение кинетической энергии, импульс - это есть величины зависимые от выбора системы отсчета. Изменение импульса (векторная величина) не зависит от системы отсчета.
Как работает ракета с этой точки зрения?
Начальный импульс всегда нулевой. Работа ракеты заключается в том, чтобы используя энергию, перераспределить импульс между рабочим телом и полезной нагрузкой, так, чтобы добиться максимального изменения (приращения) импульса полезной нагрузки.
Соответственно, критерий оптимальности - максимальное приращение импульса полезной нагрузки. Плевать, как при этом распределяется энергия. Из ракеты, например, будет казаться, что вся кинетическая энергия досталась рабочему телу. А вот приращение импульса будет одинаковым, какую систему отсчета не выбери. 

[olenellus]

Да, Gleb1964 молодец! Ключевая ошибка расчёта оптимальности по Семёнову — неучёт начального разгона до ненуловой скорости.

Давайте переформулируем задачу. У нас есть ракета с фиксированным массовым числом и с фиксированным бюджетом внутренней энергии, но с переменной скоростью истечения. Вопрос: какой режим истечения нужно выбрать, чтобы при данных параметрах получить наибольшее приращение импульса ПН (при разгоне в пустоте по прямой)?

Ответ. Профиль скорости истечения должен быть таким, чтобы в каждый момент времени скорость истечения была равна текущей скорости ракеты в системе отсчёта старта плюс скорость всего отброшенного рабочего тела в той же системе отсчёта при гипотетическом разгоне той же ракеты в импульсном (пушечном) режиме.

Добавил.
Что в пределе бесконечно большой массы рабочего тела и даёт режим Семёнова.

[Maki]

Попался в сети калькулятор солнечных парусов. http://www.georgedishman.f2s.com/solar/Calculator.html
Возможно, кому-то пригодится.
Мне не подошёл - скорость микроскопических объектов он считать отказался.

[cryon]

Для достижения скорости в 2000 км в сек подходит как солнечный парус(например надувное кольцо с пленкой перекрывающей его из минимального слоя диэлектрика необходимого для отражения света что составляет для видимого света несколько нанометров+ вес усиления из аэрографена+ вес самого бублика) и так и лазерный парус так и парусник на америции 242 м с дополнительным источником нейтронов.
С такой скоростью полет до системы центавра составит 660 лет, и вес полезной нагрузки составит не более нескольких килограмм.

Описание парусника на америции вот:
Парусник на ядерных реакциях на втором реакторе на америции 242м с выделением 3.6 нейтрона на реакцию с размещением  нескольких таких реакторов  под слоем паруса из америция 242 м толщиной  3.2 микрометра, а так же экранировать слой замедлителя второго реактора от радиаторов второго реактора и самого паруса(который нагрет так же) с помощью зеркала отражающего большую часть инфракрасного излучения и использовать на замедлителе газовый холодильник охлаждающий нейтроны до 50 кельвинов то можно добиться использования 1.8 реакций на втором реакторе с выделением 5 лишних нейтронов из которых 1 нейтрон проходящий под углом не больше 9 градусов к парусу и таким образом путь в америции не меньше 24 микрометров будет реагировать на парусе.  Таким образом на 2.8 реакции + масса замедлителя и холодильника будет выделяться ульный импульс в 7000 км в сек и возможен разгон до скорости в 2000 км в сек при тепловыделении на парусе и на втором реакторе в 15 кватт на кг веса.



Проблемы начинаются если вести к другой звезде значительный вес - например людей. Пока это осуществимо только на очень медленном корабле на реакторе с турбинами и генератором и vassimir подобным двигателем.

Концепция же dp ffre - реактор на осколках деления на пыльной плазме имеет существенное ограничение работоспособности конструкции - нейтроны улетают в сопло до того как они прореагируют с ураном или плутонием так как при температуре 1500 к пробег нейтрона в уране 800 микрометров, и пробег осколков деления при потере 17% скорости - всего 2 микрометра так что нейтронам нужно 400 раз отразиться от модератора чтобы прореагировать в веществе пыли в реакторе, таким образом так как нейтроны летят во все стороны в модераторе нейтронов они покинут сопло раньше чем прореагируют. Я не нашел ни чего в западных источниках о ffre по этому поводу.

[ziggyStardust]

Импульс - это одно, а кинетическая энергия - совсем другое. Это ОРТОГОНАЛЬНЫЕ законы сохранения.

Можете это формализировать!? Напомню...

 В том-то и дело, что это возможно один закон сохранения, вот только чего и где и до каких пределов ...

[alex_semenov]

Импульс - это одно, а кинетическая энергия - совсем другое. Это ОРТОГОНАЛЬНЫЕ законы сохранения.

Можете это формализировать!? Напомню...
В том-то и дело, что это возможно один закон сохранения, вот только чего и где и до каких пределов ...

Хлопцы, честно? Я испытываю ЧУДОВИЩНУЮ тоску от необходимости тут с вами спорить и что-то объяснять. Выяснять что кто недопонял.
Или что я недообъяснил.
Идея которую мне приписывают НЕ МОЯ! Я ее уловил (подхватил и сам разложил себе) у Лендиса в презентации с полуслова. Но потом же (сам же фома не верующий!) я еще и нашел все эти идеи (очень вскользь) у других авторов. Таких как Зенгер  (хотя график k=1-1/(Z+1) я нигде не видел. Но вывести его - два пальца об асфальт).
Спор может быть вокруг недопонимания мелких деталей "оформления" мысли (что в общем то познавательно, согласен). Но не самого принципа. Сути.
Недавно слушал Хазина. Экономиста, чуть ли ни единственного на всей планете Земля, которого я не считаю гом_ном (без шуток. Западная экономическая наука - лысенковщина. Лженаука!!!).
С ним пытался спорить некий экономический либироидный прыщь из Лондона. Мол, покажи и разверни. Вцепился в детали (натасканая сволочь)
Хазин его очень красиво отшил.
Он сказал что его опыт говорит: кто хочет разобраться - поймет с полуслова. С полуподсказки. Ну максимум подсказки. А если человек урод и дебил, зацепился и "включил дурака" чтобы отстоять свой символ веры (мы все такими можем быть) - то сколько с ним не спорь, все БЕЗ ТОЛКУ. Если разумеется, ты сам не хочешь использовать эту "стену" или "грушу" для тренировки своего понимания предмета (студент- тупой! три раза объяснил! САМ ПОНЯЛ! а он - нет!). Так вот, я готов разжевывать, когда сам хочу себе разложить по полочкам. Но тут - не тот случай. Раскладывать уже нечего. Все где надо лежит.
Не интересно мне.
Извините.
Дальше - сами!

[Андрей Астрофизический]

кто хочет разобраться - поймет с полуслова. С полуподсказки. Ну максимум подсказки. А если человек урод и дебил, зацепился и "включил дурака" чтобы отстоять свой символ веры (мы все такими можем быть) - то сколько с ним не спорь, все БЕЗ ТОЛКУ. Если разумеется, ты сам не хочешь использовать эту "стену" или "грушу" для тренировки своего понимания предмета (студент- тупой! три раза объяснил! САМ ПОНЯЛ! а он - нет!)

Это мне немного напомнило соседнюю тему...
Про 6-й фактор менеджмента производства. Сутки вроде как, прошли. Не замечаете аналогии? Вы там тоже кой-чего упорно не хотите понимать. Ну или, не желаете признавать наличествующие факты, если угодно.

[alex_semenov]

Это мне немного напомнило соседнюю тему...
Про 6-й фактор менеджмента производства. Сутки вроде как, прошли. Не замечаете аналогии? Вы там тоже кой-чего упорно не хотите понимать. Ну или, не желаете признавать наличествующие факты, если угодно.

Да.
Но там у меня "не хватает слов".  Языка. И я больше злюсь не на вас, а на себя. Заметили? Там - холивар и безобразие (веселое).
А тут что?
Все формулы в три действия! Формулы, КАРЛ!!! Куда уж проще и понятней?!!! 
Графики (да и мысленные эксперименты) - все ПРЕДЕЛЬНО ясно и понятно. О чем спорить? Я не понимаю!!!
Да. Есть простые вещи, в которых можно заблудится.
Та же термодинамика например... Там масса такого... Но в данном случае блудить с остальными в трех соснах - скучно.
Это как разбираться со сверхсветом.
Вот пока я не придумал ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ и ясный наглядный эксперимент объясняющий почему сверхсвет невозможен (задачу я себе поставил много лет назад! и даже не надеялся что найду решение), я мог принимать участие в таких безобразиях.... Но вот появился ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ОТВЕТ в три действия ...



Все.
ПОШЛИ ВСЕ НАХ_!!!
В сад! И там разбираться в собственных незакрытых гештальтах!
Я свой закрыл.

[Андрей Астрофизический]

Но там у меня "не хватает слов".  Языка. И я больше злюсь не на вас, а на себя. Заметили? Там - холивар и безобразие (веселое).
А тут что?

А я и не про тут.
Я предлагаю ТАМ продолжить. То, что ТАМ и было. Тем более, повод недавно успешно приземлился.

[MenFrame]

конечная кинетическая энергия ПН вам не нужна, нужен импульс.

Тут дело такое, при фиксированной массе ракеты, импульс и энергия созависимы. Чем выше энергия, тем выше импульс.

Распределение энергии между рабочим телом и ПН - пофигу

Нет не пофигу....Ибо чем выше кинетическая энергия ракеты, тем выше ее импульс.

[olenellus]

Все формулы в три действия! Формулы, КАРЛ!!! Куда уж проще и понятней?!!!

И всё же, формулы оказались бессмысленными. Во-первых, как тут уже отмечалось, величина КПД ракеты как отношение разности кинетической энергии ПН к энергии, высвобожденной в камере сгоранеия, некорректна, так как зависит от точки зрения. Смотря из какой системы отсчёта его считать, КПД может получиться хоть меньше единицы, хоть больше единицы, хоть даже меньше нуля. Как отметил Gleb1964, имеет смысл оптимизировать только приращение импульса (или набранную конечную скорость, коль скоро масса ПН постоянна). При этом, если смотреть из системы старта, то оптимизация набранной кинетической энергии, конечно, равнозначна оптимизации приращения импульса, вот только численное значение такого "КПД" имеет мало смысла.

Теперь по поводу оптимизации, при заданной ПН, энергетических затрат для достижения заданного приращения скорости при заданном массовом числе, или, что тоже самое, оптимизация приращения скорости при заданных энергетическом бюджете и заданном массовом числе, или оптимизация массового числа при заданной конечной скорости и энергетическом бюджете надо решеать именно так

Ответ. Профиль скорости истечения должен быть таким, чтобы в каждый момент времени скорость истечения была равна текущей скорости ракеты в системе отсчёта старта плюс скорость всего отброшенного рабочего тела в той же системе отсчёта при гипотетическом разгоне той же ракеты в импульсном (пушечном) режиме.

Доказательство. Применяем теорему Кёнига (тривиально проверяемое утверждение о том, что кинетическая энергия системы точек равна сумме кинетической энергии центра масс системы точек, как если бы в нём была сосредоточена вся её масса, плюс сумма кинетических энергий точек системы в системе покоя её центра масс). Посмотрим на конечное состояние после разгона. Имеем ПН и совокупность выхлопа. Между ними поровну поделено приращение импульса, так что в сумме ноль. То есть, приращение импулса ПН тем больше, чем больше совокупное приращение импульса рабочего тела. Кинетическая энергия выхлопа равна, по теореме Кёнига, сумме квадрата импульса делённого на две массы выхлопа и кинетической энергии выхлопа в системе покоя его центра масс. Сумма полных кинетических энергий выхлопа и ПН равна выделенной энергии. Соответственно, чем меньше конечная совокупная кинетическая энергия выхлопа в системе его центра масс в конце разгона, тем больше приращение импульса у ПН. Максимальное значение получается тогда, когда кинетическая энергия выхлопа в системе его центра масс равна нулю. Тогда приращения импульсов соответствуют таковым для пушечного разгона (вся энергия мгновенно выделяется для разгона всего рабочего тела). Отсюда вывод об оптимальном режиме разгона: скорость истечения в каждый момент должна быть такой, чтобы выхлоп в системе старта двигался со скоростью, которую бы приобрело рабочее тело при пушечном разгоне. Скорость эта рассчитывается однозначно из задания двух из трёх величин: приращение скорости, энерговооружённость ракеты (на массу ПН, рабочего тела или всей ракеты) и массовое число. Вышеописанным профилем скорости истечения оптимизируется оставшаяся третья величина.

Если разгоняться как у Вас, то есть, сначала получить какой-то импульс небольшим количеством топлива, а потом стараться остановить оставшийся выхлоп в системе покоя старта, то получится менее оптимально. Можете проверить (формулами) на игрушечной кирпичной ракете Глеба, отбросив сначала, например, одну треть рабочего тела для начального разгона, а затем оставив две трети в состояние покоя относительно старта. А потом попробуйте описанный выше способ: либо пушечным разгоном сразу тремя кирпичами, либо последовательно по частям. Результат будет один и тот же и лучше, чем в первом случае.

[Павел Васильев]

Графики (да и мысленные эксперименты) - все ПРЕДЕЛЬНО ясно и понятно. О чем спорить? Я не понимаю!!!

Тогда вперёд к звездам, в Аризону на 7-й Симпозиум Межзвёздных путешествий https://irg.space/irg-2021/

[leon10010]

Но вот появился ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ОТВЕТ в три действия ...

Можно какой то прибор построить по этим формулам? Вот когда построите - тогда и ответ будет.
 Нельзя лошадь позади паровоза запрягать.

[Rattus]

Можно какой то прибор построить по этим формулам?

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80_%D0%9C%D0%B0%D0%B9%D0%BA%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%81%D0%BE%D0%BD%D0%B0

[Иван Моисеев]

У меня возник вопрос - какой должна быть стартовая масса ракеты на химическом кислород-водородном двигателе (скорость истечения 4000 м/с) чтобы разогнать килограмм полезной нагрузки до скорости 0,1 с.
У меня не получилось посчитать.
Может быть кто-нибудь здесь сможет?