Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Я сильно подозреваю, что "Буран" и "Энергию" бросились делать только ради того, чтобы занять целое министерство хоть каким-то якобы полезным делом.

Нет, конечно, так вопрос не стоял ни у нас, ни в Штатах.

Разумеется!
А как вы себе представляете такую постановку вопроса?
Вышел к трудовому коллективу Устинов и сказал: "Товарищи! Нам нуже "Камаз" и Газ. Нужна разряда. Поэтому сливаем Луну. А вам, что бы вы были заняты вот задание - слепите некчемный ракетоплан. Вперед товарищи!"
Так?
Я допускаю что даже в самых келейных переговорах Никсона с Брежневым и Брежнева с Устиновым подобная "постоновка вопроса" прозвучала на эзоповом языке. В этом и суть всех политиков и их "работы". Они говорят одно, а понимают совсем другое.

Проект Шаттла - результат очень широкой и детальной дискуссии, отголоски которой и до нас докатывались в разного рода Экспресс-информациях. Шаттл победил с минимальным преимуществом, вероятно потому, что там всю жизнь оптимисты и хотели чего-то большого.

История Шаттла хорошо описана на западе и раскритикована.
Шаттл был ОГРЫЗКОМ от большой программы, которую НАСА нарисовало себе после Луны. Откройте журнал "Америка" у Хлынина.
Вот вам все планы НАСА. И челнок там - ЧАСТЬ программы колонизации Луны (вторая часть - как раз ЯРД).
Но им сказали: Вы охренели?
У нас дефолт, кризис! Мы вообще хотим вас распустить. Но делать это не будем. Так что урежте апетиты...
Они и урезали.  Осталась "дверца от автомбиля".

А Буран - результат единственно страха Политбюро "нырка над Москвой". У нас дискуссий не было, все решил Устинов (объявил решение ПБ), но все руководство предприятиями и военные были против Бурана.

Это - шумавая легенда. Да. Был расчет того же Келдыша. И статья была (эхом) в "Наука и жизнь" даже. Все отслеживается.
Но это - только ЛЕГЕНДА. Внутрирежимная байка.

Я знаю что с вами Иван спорить - все равно что бодаться с носорогом. Не раз видел это со стороны.
Но что скажу? Ваша версия событий нисколько не противоречит моей. Моя просто вскрывает глубинную причинность явления, а вы расписываете рябь на поверхности.
Главное. Реальность - всегда фантастичней любой  фантазии. Тем более фантазии народной.
Самая вкусная часть Лунной гонки - никем ни разу не вскрыта. Хотя одна статья мне попадалась... Не помню кого. У Хлынина опять таки.
Самая большая загадка - как мы так резко слили Луну? Буквально в один день 1974-го года.
Вопрос не в механизме (как там Устинов кому что сказал, как натравил на детище Королева Глушкова - это все шашечки, тактика).
Вопрос в причинных пружинах. А они - очевидны.
Если бы СССР высадился на Луну таки в 1979 или даже 1982-м, то это означало бы настоящую НИЧЬЮ.
Не символически-предательское "рукопожатие на орбите".
Наши старцы понимали, что это означало бы очередной вызов США. А мы этого уже не хотели. Мы хотели мирно сосуществовать. Мы (в смысле кремлевские старцы) хотели детанта. Хотели КОНВЕРГЕНЦИИ. Хотели признания на мировой арене равной среди равных. Поэтому и Женева... Поэтому и приторно-слащавая борьба за мир... Поэтому вполне уместно было покататься по Луне луноходом (для сохранения прижатие, хорошей мины при плохой игре) и все. Всяк сверчке - знай свой шесток.Мы уже не претендуем ни на какую мировую революцию, ни на какой коммунизм к 80-му году! Мы хотим построить социализм с человеческим лицом. То есть как у вас в Швеции...
Отказ от Луны - это была уступка и заявка на почетную сдачу капитализму. Первая в череде уступок, которые и закончился СССР.
Но если бы пятая H-1 таки полетела, то после 1975-го НЕ ПОПАСТЬ на Луну у СССР больше шансов не было. Смех смехом, но была набрана просто чудовищная инерция работ, проектов... Да, не по первоначальной схеме. Но мы бы были на Луне. Мы отправили бы марсоход и взяли бы грунт на Марсе пока США продолжали бы страдать своим никчемным "челноком" (его тоже рожали в мухак прогадив все сроки).
Поэтому все так топорно и обрубили с Н-1. Буквально одернули все министерство.
Поэтому так нещадно уничтожалось наследие Королева.
Но этого было мало. Точно так же как с NASA после удачной Луны не могли просто распустить контору, также точно надо было наш научно-технический потенциал после в приказном порядке неудачной Луны "заземлить" на совершенно кретинскую задачу "как у американцев". Летающий ангар с огромными крыльями...
Они, типа, знают что делают! Наша задача - обезьянничать!
Вперед парни, учить "осла говорить пока бай не сдохнет"!
Разумеется нигде эти мысли не произносились так беспардонно-открыто. Но политики на то и политики чтобы понимать непроизносимую правду без произнесения слов. Все было в полутонах, в полунамеках.
Вот вы Иван помните жизнь в СССР после 1975-го года?
Я пацаном был, но четко помню что именно с этого года все как-то неуловимо поменялось. Брежневу устроили помпезный лизоблюдский  XXV съезд (ни  КПСС (ни до ни после такой помпезности не было). И появилась масса политических анекдотов. Они и раньше были но теперь это стало как бы обязательным и повсемесным. Двоемыслие...
А суть ведь простая.
Брежнев под своими инсультами совсем сдал. Он и раньше не сильно царствовал, а теперь отдал все триумвирату Устинов, Громыко, Андропов.
При этом собственно именно Андропов по-сути и стал тайным правителем царства-государства.
И мы это "через анекдоты" очень четко почувствовали. Как-то сумрочно сразу стало в стране... Совсем безрадостно-безнадежно. 1975-й год. Поднимите журнальчики "Техника-молодежи" и вы сразу же почувствете даже по подбору материалов эту явную "полосу", "терминатор".
Луну мы проиграли не в 1969-м, а в 1974-м.
До этого мы все еще гоношились (сейчас как дадим! догоним и перегоним!). А потом - как обрезало.
Поэтому когда я смотрю фильмы, читаю книжки про тайны Лунной гонки я прям вижу как настаящую загадку этой гонки там всеми силами затушовывают всякими байками-рябью.
Да, понятно. Мы не могли высадиться первыми. Но мы могли высадиться вторыми. Почему не высадились?
Только не надо рассказывать сказки что уже сил не было.
А сараи с крыльями на ПОЛНОЦЕННОЙ сверхтяжелой ракете "Энергия" через десять лет запустить силы нашлись?

Почеу даже сейчас то что я говорю - неуместная правда?
Потому что если рассказать эту историю как есть, то получится что и СССР проиграл "гонку цивилизаций" не потому что социализм был менее прогрессивной системой чем капитализм, а потому что страну слила ее же элита. Как была слита Лунная гонка.
И если копнуть совсем глубоко, то найдем месть "лироков" "физикам", то есть никчемных политиканов технократам от науки и ВПК (мелочную антинаучную контрреволюцию). В общем много что найдем крайне интересного, что не вписывается в либироидные байки которые нам навязал "коллективный Запад" как побежденным вассалам.

[alex_semenov]

Возвращаемя к звездолетам

Глупо наедятся найти для   космонавтики некие НОВЫЕ, пропущенные основателями тероетического космоса технологии.

То есть-таки уже всё изучили. Все институты расформировать, всех ученых на пенсию. Все теоретические исследования прекратить.

Вы передергиваете.
Моя мысль - фундаментальных прорывов, значимых для создания межзвездной тяги уже не стоит ждать. Но что бы реализовать "уже известный" принцип нужно еще очень много глубокой науки (не говоря уже об инженерии).
Например, ключевое направления - физика плазмы (в том числе и то, чем занимался Иевлев). И не столько для термояда, сколько для создания магнитных зеркал и главное - магнитного парашюта. Без этой технологии можно попробовать, но  если будет освоена она все станет много проще.

Осталось придумать повод отправить туда людей.  Давайте придумаем сюжет для фантастики (пока планету не открыли объективно и не разочаровали).
Что бы могло бы заставить нас туда немедленно лететь и строить для этого взрыволет?

Никаких подойдёт?

Нет. Я уже эту версия озвучил (вне конкурса).

2. У планеты обнаружился инопланетный артефакт. Например, обнаружены пассивные или активные радиомаяки. Мы пощупали планету радаром (лидаром) и получили удивительно мощный/разумный отклик

Разве что. И то вызовет кучу споров на десятилетие, в том числе, "а вдруг прилетят и поработят" и прочая белиберда. Вопрос же, в чём здесь интерес группы, принимающей решения?

Понятно. Я изначально так и думал. Но оставалась надежда. Может можно что-нибудь придумать типа "на старуху проруха"?

1. Планета оказалась живой. Там обнаружились явные маркеры жизни.
2. У планеты обнаружился инопланетный артефакт. Например, обнаружены пассивные или активные радиомаяки. Мы пощупали планету рдаром (лидаром) и получили удивительно мощный/разумный отклик (почти сюжет "Ложная слепота" Питера Уотса) .
3. (Совсем прикольная идея) Планета оказалась... тороидальной.

это все замечательно. но ничего из этого не заставит людей строить взрыволет.
а вот очередная гонка сверхдержав - да.
поэтому я с надеждой смотрю на Китай...
ну, в виде возможного, но маловероятного сценария - гонка не сверхдержав, а их тнк-аналогов, в гипотетическом объединенном мире.
тоже не исключаю.
причем, как вы уже поняли, это не зависит от того, какая именно окажется Planet Nine, и окажется ли вообще.

Да, понятно.
Остается глубокое уныние?
ТНК начнут вести себя как государства тогда И ТОЛЬКО ТОГДА, когда примут на себя не только бонусы (типа они несут золотые яйца) но и обязанности государства.
Например воспроизведение трудовых ресурсов для своих производственных процессов.
А если они это начнут, значит мир совсем уже в глубокой заднице.
Впрочем, к тому и идет.

кстати, а как там у тороидальной плонеты обстоят дела с магнитным полем?

Я дал ссылку на видео, там это вроде вскользь обсуждается.

[alex_semenov]

Выложу ка я что-нибудь ну хоть в чем-то содержательное (пардон перевести пока не успел).
Недавно таки попался долго разыскиваемый мною материал по "Медузе" 1991-го года рождения.




SOME NEW IDEAS FOR NUCLEAR EXPLOSIVE SPACECRAFT PROPULSION

by Johndale C. Solem

ABSTRACT

Because of the deleterious effects of galactic cosmic radiation, solar flares, zero gravity, and psychological stress, there is a strong motivation to develop high-specific-impulse and high-thrust spacecraft for rapid transport of astronauts between the planets. I present a novel spacecraft design using a large lightweight sail (spinnaker) driven by the pressure pulses from a series of nuclear explosions. The spacecraft appears to be a singularly competent and economical vehicle for high-speed interplanetary travel. Remarkably, the mass of the spinnaker is theoretically independent of the size of its canopy or the number or length of its tethers. Consequently, the canopy can be made very large to minimize radiation damage from the nuclear explosions and the tethers can be made very long to mitigate radiation hazard to the crew. I calculate the specific impulse of the nuclear explosive propellant as a function of the mass and yield of the explosives and the thrust as a function of yield and repetition rate. I show that the weight of the sail can be greatly reduced by tethering the canopy in many places on its surface and that the canopy mass is directly proportional to the bomb yield and inversely proportional to the number of tethers. The pressure from the nuclear explosion imparts a large impulsive acceleration to the lightweight spinnaker, which must be translated to a small smooth acceleration of the space capsule by using either the elasticity of the tethers or a servo winch in the space capsule or a combination of the two. If elasticity alone is used the maximum acceleration suffered by the space capsule is inversely proportional to the tether length. I address the question of thermal damage to the tethers and canopy by cursory calculation for low-yield explosives. Finally, I derive the optimum canopy shape and show that it will generally intercept about 27r of the solid angle from the detonation point. Should the political questions connected with this unconventional use of nuclear explosives be favorably resolved, the invention will be a good candidate for propulsion in the Mars mission.

Introduction

The concept of rocket propulsion using a kind of disposable reactor or external nuclear motor * is nearly as old as the concept of a nuclear bomb. Nuclear explosive propulsion was considered in the late 50s and early 60s under the ORION ¹ program at Los Alamos ² and General Atomics Corporation ³. ORION was a heavy-lift vehicle, launched from the earth or from high altitude.
________
 * The first recorded discussion of nuclear explosive propulsion was in a Los Alamos Memorandum by F. Reines and S. Ulam dated 1947.
 
The nuclear explosives, which ranged in yield from a few tons to several kilotons, were detonated behind a pusher plate fitted with shock absorbers 4 to mitigate the impulsive acceleration. Nuclear explosive schemes using a pressure vessel and conventional rocket nozzle with liquid hydrogen or water as a coolant and propellant were also considered under the name of HELIOS.⁵ These were abandoned as being generally heavier and less effective than externally driven vehicles.

 A baseline U.S. Air Force design had a launch mass more than 3,000 metric tons (mt) and a payload mass of about 900 mt. The craft was a behemoth, frequently referred to as a space battleship. The pulse rate was ~  0.1 to 1 s^-1 and the springs and dashpots were designed so the crew would suffer accelerations of only ~ 10³ cm.s^-2. The mission of ORION faded as chemical boosters became more powerful and it was realized that nuclear warheads for ICBMS could be designed with rather modest weights.


At the dawn of the laser-fusion era, researchers believed that the use of microexplosions could greatly reduce the weight of ORION, certainly the shock absorbers could be made less massive or eliminated entirely. Under the unofficial title SIRIUSG, the laser-fusion innovators designed a spacecraft with a launch mass of a mere 20 mt and a payload of nearly 10 mt. They assumed, however, that the laser necessary for driving the fusion capsules 7 would weigh only 500 kg. We now realize that much bigger lasers will be required. Undaunted by the enhanced mass requirements, imaginative scientists at Lawrence Livermore National Laboratory have recently designed a huge laser-fusion-powered spacecraft, which has been dubbed VISTA 8.

 We are now entering an era where manned fight to the planets is being taken seriously as evidenced by White House pronouncements on the subject. ORION may have a mission, but not the ORION of the past.

 MEDUSA

 For interplanetary missions, the vehicle will be assembled in space — it need not launch from earth as ORION did. Because there will be great concern that no radioactive debris reaches the Earth, the spacecraft will probably be assembled and launched from one of the Lagrange points. That location will place it well out of the magnetosphere and no charged particles will be trapped into Earth-bound trajectories.
 In addition to its ill-favored environmental impact, ORION suffered from several problems mainly owing to its mission: (1) the pusher plate intercepted only a small solid angle from the detonation point and, even though a great deal of effort was devoted to designing asymmetrical bombs, only a fraction of the bomb-debris momentum was collected for propulsion; (2) the pusher plate and attendant shock absorbers had to be enormously massive and had to be carried with the spacecraft as long as it was under power; and (3) radiation damage to the vehicle as well as dose to the crew was a continuing problem. In space we have a lot of room and no gravity to deal with, so we can replace the pusher plate with a large sail or spinnaker whose canopy can intercept as large a solid angle as we choose. The elasticity of the tethers or a smooth out the impulsive acceleration of the programmable servo winch can be used to canopy. The tethers can be tied in many places on the canopy’s surface to reduce stress on the canopy material*. As will be shown, the mass of the canopy is independent of its size and the mass of the tethers is independent of their length. The canopy can be very large and thus its fabric will be relatively immune to radiation damage from the nuclear explosions. Similarly, the tethers can be made very long, reducing shielding requirements for the crew. The concept is sketched in fig.(1).
________
  * Apparently this is not an obvious approach. That stress can be reduced in thk manner is not generally appreciated by sail or parachute makers.

One can visualize the motion of this spacecraft by comparing it to a jellyfish. The repeated explosions will cause the canopy to pulsate, ripple, and throb. The tethers will be stretching and relaxing. The concept needed a name: its dynamics suggested MEDUSA.

Pressure Pulse from an Explosion in a Vacuum

To get an estimate of the thrust imparted to the canopy and the specific impulse of the nuclear explosive, we need to know the pressure impulse imparted by an atom bomb exploded in a vacuum. To make this estimate, we must find the density and velocity distribution of the sudden expansion of a sphere of gas. There is no exact analytic solution to this problem, but an approximate solution can be constructed on the basis of an analogous plane problem. It is given in a book by Stanyukovich ⁹  and is quoted by Zel’dovich ¹⁰,

   (1)
 
where

(2)
 
c₀ is the sound speed, and E and m_b are the energy and mass of the bomb respectively.  The solution is valid only for integer values of a and the parameter C is determined from mass conservation. For our present purposes, we can choose γ = 5/3 and Eq. (1) becomes
 
   (3)
 
The equation of motion for the limits t → ∞  and R →∞ akes the asymptotic form
   
  (4)

 so the velocities of the fluid particles approach constant values and u ≈ r/t.
 
 Thrust
 
Say the spinnaker canopy is at a distance r from the bomb. The mass hitting the canopy per unit area per unit time is ρu. The momentum per unit area per unit time (momentum flux) is ρu². The debris stagnates against the canopy, which in the frame of the debris acts  like a piston moving at velocity y. The piston produces a shock in the colliding debris. The pressure behind this shock ¹¹ is 

  (5)
 
and because it is a shock, the density will increase a factor of

  (6)
 
 Thus the impulsive pressure exerted on the canopy is

  (7)
 
 for γ = 5/3. There will bean additional thrust imparted to the canopy by the re-expansion of the debris away from the canopy after stagnation. The largest possible impulsive pressure including all effects would be P = 2ρu², but because the debris will radiatively cool during stagnation, we will ignore the impulse from re-expansion.
 
Then the approximate pressure applied to the canopy is
 
  (8 )
 
Of course, the thrust is zero until the first debris arrives at the canopy, which occurs at a time
 
  (9)
 
The average thrust is simply

(10)
 
where A_P is the projected area of the canopy, and
 
  (11)
 
 where ∆t is the time between detonations.
 
Specific Impulse
 
From Eq.(8 ) we have the velocity imparted to the spacecraft with everything initially at rest as
 
(12)
 
where M_i is the initial total mass of the spacecraft. Suppose we constructed the canopy as a hemispherical shell with the bomb at its center. Then A_p = πr² and we have
 
(13)
 
If we use n bombs, the final velocity of the spacecraft is
 
  (14)
 
where V_i is its initial velocity. In the limit of a very large number of bombs (n →∞), we can approximate
 
   (15)
 
where gM_f = g(M_i — nmb) is the “dry weight” of the spacecraft. By analogy with the rocket equation, we have
 
  (16)
 
The specific impulse goes as the square root of the yield-to-weight ratio. A bomb weighing 25 kg with a yield of 25 tons = 10¹⁸ ergs would have a specific impulse I_sp = 4.25 x 10³ s. The best chemical fuels have a typical specific impulse of 500 s. To get to 50 km.s^–1, the final mass M_f would be about 1/3 the initial mass M_i.
 
Canopy Stress

 To find the time of maximum impulse pressure, we set
 
   (17)
 
 which gives
 
  (18)
 
which substituted into Eq. (8 ) gives
 
(19)
 
The spinnaker canopy can be tethered in many places, as shown in fig.(1). As a result of the pressure differential, the canopy will billow out in cup-like shapes between the tethers. For simplification, we take each of these cups to be spherical in shape. The stress in each cup will be related to the impulse pressure by
 
  (20)
 
where R' is the spherical radius of the cups, σ a is the stress in the canopy material, and τ is the thickness of the canopy material. Equation (20) can be rewritten as
 
  (21)
 
where σmax the stress limit (tensile strength) of the canopy material and τmin is the minimum canopy thickness. From  Eqs.( 19) and (21) we see that for a given canopy material, the canopy mass is (1) independent of its radius, (2) directly proportional to the bomb yield, and (3) inversely proportional to the square root of the number of tethers. The total mass of the tethers depends only on the force they must bear and is independent of their number.

If we fabricated the canopy in a quilt of equilateral triangles as shown in fig.(2), the total number of triangles would be
 
  (22)
 
where β is the edge length of the triangles and Ac  is the spherical area of the canopy (not counting the dimples). The smallest radius that can be obtained is approximately the distance from the center to the corner of the triangle, so the optimum cup radius is
 
(23)
 
The area of canopy material in a single cup is less than but approximately equal to β2√3/2. The total mass of the canopy is
 
  (24)
 
where η is the density of the canopy material. On average, the dimples (cups) produced by the multiple tethers increase the mass of the canopy by a factor of two over what it would be if the canopy were smooth.

It should be emphasized that this treatment gives an extreme upper estimate of the canopy stress. It does not account for the inertia of the canopy material and assumes infinite resistance at the points where the tethers are tied. It is an extremely conservative estimate.

Spacecraft Dynamics

If we neglect the mass of the tethers, it is easy to show that if both canopy and capsule are initially at rest and the canopy is suddenly given a velocity ∆V, then the position of the canopy is given by
 
  (25)
 
and the position of the space capsule is given by
 
  (26)
 
where the space capsule starts at the origin, l is the tether length, k is the spring constant for the tethers,
 
(27)
 
is the reduced mass and
 
  (28)
 
is the center-of-mass velocity. The spring constant of the tethers is given by
 
(29)
 
where A_t is the total cross sectional area of the tethers and Y is Young’s modulus for the tether material. The elongation of the tethers is given by
 
(30)
 
and from Eqs.(29 ) and (30), maximum elongation of the tethers is given by
 
(31)
 
The total mass of the tethers is m_t = A_tlη, so using the definition
 
(32)
 
in Eq. (31) we can obtain the total mass of the tethers
 
(33)
 
The mass of the tethers is independent of their number and independent of their length. The acceleration of the space capsule is
 
  (34)
 
so
 
  (35)
 
Using Eqs.(28), (29), and (35), we can write
 
  (36)
 
It is reasonable to make the canopy in the shape of a spherical segment at radius r out to angle θ as shown in fig.(2). The canopy area is
 
  (37)
 
and the projected area is
 
(38)
 
Following the same procedure that led to Eq.(12), we have the velocity imparted to the canopy with everything initially at rest as
 
  (39)
 
which when combined with Eqs. ( 24), (37), and (38) gives
 
  (40)
 
I will show later how to optimize θ for maximum F/W, but smaller values of  θ give smaller effective Isp.
 
Application to the Mars Mission

The principal reason for high F/W and high Isp  is to reduce exposure to GCR and solar flare radiation. Considerable uncertainty still surrounds the effects of exposures to skin, eye, and ljlood-forming organs (BFO ). NASA calculations show that a 22g.cm^–3 water shield 12   would reduce a large solar flare to 5 rem and the annual GCR to 24 rem. The minimum energy round trip to Mars is about 18 months giving 36 rem from GCR alone. Astronauts might accept these exposures on a one-time basis, but they are probably unacceptable when Earth-Mars travel becomes routine. Spacecraft volumes of 100 m³.person^–1 are used in NASA planning for two-month missions. A spherical four-man spacecraft would have a surface area of about 2.3x10²m², and the shield weight would be about 50 mt, assuming the NASA figures are accurate. But secondary radiation introduces a strong nonlinearity in the shielding requirement. If the tolerance levels for BFO were overestimated by as little as 30%, the shielding requirements would be quadrupled, and more than 200 mt of water would be required. NASA estimates have run as high as 1000 mt.

If the trip time is reduced by a factor of 5 to 10, the nonlinearity works so favorably as to reduce the shielding requirements to practically nothing. Part of the shield could be fuel (bombs), and could be made asymmetrical to point toward the sun in case of a solar flare. A crawl space inside the fuel could be used for shelter during a solar storm. Protons move more slowly than light, so the astronauts could be given some warning. Furthermore, solar-flare forecasting is becoming more accurate.
 
Example

It is time for a numerical example. For now, I will take θ = π/2 corresponding to a dimpled hemispherical shell. We can reduce the mass of the canopy indefinitely by increasing its radius and the number of tethers. The tethers and the canopy material become progressively thinner. Mylar can be fabricated to a thickness of about 1/4 mil, but other practical considerate ions, such as cost, will come into play long before the fabrication limit is reached. I will be conservative and say that we can spin-deploy a canopy 500 m in radius with 10⁴ tethers. For the bomb, we will again assume a yield of 25 tons ≈ 10¹⁸ ergs in a mass of 25 kg.

The best material for the canopy is probably high-strength polyethylene (aligned polyethylene). While it is essentially a one-dimensional material, we can easily imagine weaving it into a two-dimensional form much as they do for bullet-proof vests. The best material that is commercially available at this time is Allied Signal Spectra 1000, which has a density η = 0.97g .cm^–3, a Young’s modulus Y = 170 GPa, and a tensile strength σmax = 3 GPa. A material that has been synthesized but is not presently commercially available is Solid-State Extruded Polyethylene, which has a density η = 0.99 g . cm^–3, a Young’s modulus Y = 220 GPa, and a tensile strength σmax  = 5 GPa. Certainly materials superior to these will be available by the time manned interplanetary flight becomes a reality.

 Using r = 5 x 10⁴ cm, we have from Eq.(19)
 
   (41)
 
and
 
  (42)
 
With N = 10⁴ cups (the number of tethers is actually N + 2), Eq.(22) gives the triangle edge as
 
(43)
 
and the cup radius is
 
  (44)
 
Assuming we use Solid-State Extruded Polyethylene, we find from Eq.(21), that the canopy thickness is
 
(45)
 
and from Eq.(24)
 
(46)
 
To be conservative, I will multiply the canopy thickness by nearly a factor of four, making the canopy mass approximately 10 metric tons. From Eq.(39) this gives
 
  (47)
 
Taking 50 tons as a baseline space capsule weight, we obtain from Eq.(27)
 
  (48)
 
and from Eq.(28)
 
(49)
 
and from Eq.(33)
 
  (50)
 
 The maximum acceleration of the capsule is
 
  (51)
 
If we want the maximum to be an Earth gravitational acceleration (980 cm.s^–2 ), then the tether should be about 7.5 km in length. Each tether will be 1.16x10^–2 cm in diameter. The time interval between detonations should be
 
(52)
 
 
The Servo Winch
 
To make a nuclear explosive with mass 25 kg and yield 2.5 kT is not much more difficult or expensive than to make the 25-kg, 25 T device we have used in this example. Equation (16) shows that the higher yield device would have ten times the specific impulse. The bungee- jumping approach I have shown, however, would lead to impractically long tethers. A very attractive alternative is to use a winch. When the explosive is detonated, a motorgenerator powered winch will pay out line to the spinnaker at a rate programmed to provide a constant acceleration of the space capsule. The motorgenerator will provide electrical power during this phase of the cycle, which will be conveniently stored. After the space capsule has reached the same speed as the spinnaker, the motorgenerator will draw in the line, again at a rate programmed to provide a constant acceleration of the space capsule. The acceleration during the draw-in phase will be less than during the pay-out phase, which will give a net electrical energy gain. The gain will provide electrical power for ancillary equipment in the space capsule. I have not yet worked out the details of this approach. I will reserve it for a future paper.
 
Thermal Damage to Spinnaker

Tethers too close to the detonation point will melt. There is a natural stay-out region that will affect. the overall design of the canopy. Because of the low yield, I suspect the debris temperature to be more important than radiation. We want the temperature of the debris to be less than the melting temperature of the tether material, although this limit might be exceeded if the debris density is small enough and the specific heat ratio is favorable. We can crudely approximate the temperature of the debris by
 
  (53)
 
where T0 and ρ₀ are the temperature and density of the bomb at explosion time. Again choosing γ = 5/3 and combining Eqs. (3) and (53), we have
 
  (54)
 
 where ω' is the average particle weight (atomic, molecular, or whatever the state prescribes), NA = 6.02x10²³mole^–1 is the Avogadro constant, and k = 1.38 x 10^–16erg .⁰.K^-1 is the Boltzmann constant. The maximum temperature is found by setting
 
  (55)
 
which gives a time for maximum temperature
 
(56)
 
and when substituted in Eq.(54) gives a maximum temperature
 
  (57)
 
If the canopy melts at a temperature T_melt, then we must have
 
  (58)
 
If we take E = 10¹⁸erg, mb = 2.5x10⁴g, R0 = 20cm, Tmelt = 600⁰K, and ω' = 25, we obtain r >18m, which is not very restrictive. However, this crude approximation is also relatively sensitive to selection of γ.

Nuclear radiation damage is a long-term problem to be considered. If a hydride bomb is used, less radiation escapes and the neutrons that do emerge are less energetic.
 
Optimal Canopy Shape

As a final item, I turn to the question of the optimal “canopy shape. There is an intrinsic trade-off between thrust-to-weight ratio and specific impulse, both of which are functions of canopy angle 6 as given in fig.(2). The weight of the spacecraft is
 
W = (m_c+m_s)g,
 
where m_s is the mass of the space capsule plus the tethers, although the mass of the tethers will be a smaller component. The mass of the tethers may also be a function of θ if the capsule is not very far from the canopy. Using Eqs. ( 10), (37), and (38), we find the thrust-to-weight ratio is
 
  (59)
 
where P' is the time-averaged pressure on the canopy. Following the derivation of Eq.( 16) it is easy to see that the specific impulse will be
 
  (60)
 
The spherical segment angle θ_t/w for which there is maximum F/W can be found by setting
 
(61)
 
which gives
 
  (62)
 
In our numerical example, we chose m_s/4πr2ητ ≈ 5, for which Eq. (62) gives θ_t/w = 1.487 rad = 85.2°. Our use of θ = π/2 was pretty good.
 
Political Considerations

We are currently prohibited by treaty from: (1) deploying weapons of mass destruction in space and (2) testing nuclear weapons in space. MEDUSA violates neither the letter nor the spirit of either prohibition, but it does use nuclear explosives. The radioactive debris from MEDUSA’s exhaust is so finely dispersed that it will be nearly undetectable. I assert that MEDUSA’S net environmental impact is less than NERVA; you have to do something with the spent reactor. I see no reason why nuclear explosive propulsion for interplanetary missions cannot be made politically acceptable. Perhaps we can be more creative and consider an international mission in which the nuclear explosives were jointly supplied by the superpowers. What a wonderful approach to nuclear disarmament and the enhancement of science for the benefit of all humanity!
 
 
References
 
1 R. Gilbert, “Advanced Technology Program Technical Development Plan,” U. S. Air Force Systems Conm-mnd, SCLT 64-67 (1964).
 
2 C. Everett and S. Ularn, “On a Method of Propulsion of Projectiles by Means of External Nuclear Explosions”, Los Alarnos Scientific Laboratory LAMS-1955 (August, 1955).
 
3 M. Threshow, “ORION Parameter and Payload Study based on 200- and 4,000-ton Ref- erence Design,” General Atomic report GAMD-3597 (1962); J. Nance, General Atomic report GA-5572 (1964).
 
4 C. David aiid E. Hager, “Double-Stage Shock-Absorber Investigation,” General Atomic report GA-5911 (1964).
 
5 J. Hadley, 1’. Stubbs, M. Jensen, and L. Simmons, University of California report UCRL- 14238 (1965).
 
 6 D. Bhadra, “Pulsed Nuclear Propulsion, “ Appendix D of AL-TR-89-005, “Fusion Propul- sion Study,” July 1989, by Haloulakos (McDonnell Douglas) and Bourque (General Atom- ic).
 
7 R. Hyde, L, Wood, and J. Nuckolls, “Prospects for Rocket Propulsion with Laser-Induced Fusion Microexplosions,” Lawrence Livermore Laboratory, Livermore, Calif., UCRL-74218 -Rev. 2 (1972), AIAA Paper No. 72-1063 (1972); R. Hyde, “A Laser Fusion Rocket for Interplanetary Propulsion,” Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, Ca.lif., UCRL-88857 (1983), Conference 34, International Astronautical Federation (1983).
 
8 C Orth, G. Klein, J. Sercel, N. Hoffman, K. Murray, and F. Chang-Diaz, “VISTA: A . Vehicle for Interplanetary Space Transport Applications Powered by Inertial Confine- ment Fusion,” Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, Calif., UCRL-53802 (1985); C, Orth, G. Klein, J. Sercel, N. Hoffman, K. Murray, and F. Chang-Diaz, “Trans- port Vehicle for the Manned Mars Mission Powered by Inertial Confinement Fusion,” AIAASAE/ASME/ASEE 23rd Joint Propulsion Conference, paper AIAA-87-1904 Rev. 1, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, Calif., UCRL-96832 (1987); C. Orth, G. Klein, J. Sercel, N. Hoffman, K. Murray, and F. Chang-Diaz, “The VISTA Spacecraft: Advantages of ICF for Interplanetary Fusion Propulsion Applications,” IEEE 12th Sym- posium on Fusion Engineering, UCRL-96676 (1987).
 
9 K P. Stanyukovich, Unsteady Motion of Continuous Media, Pergamon Press, New York, flanslated by M. Holt, p. 501 (1960).
 
10 Ya. Zel’dovich and Yu. Raizer, “Physics of Shock Waves and High-Temperature Hydro- dynamic Phenomena,” Academic Press, New York, San I%ncisco, London, p. 104 (1966),

11 F. Harlow and A. Amsden, Fluid Dynamics, Los Alamos Scientific Laboratory Monograph LA-4700, p. 38 (1971).
 
12 L. Townsend, J, Nealy, J. Wilson, L. Simonsen, “Estimates of Galactic Cosmic Ray Shield- ing Requirements During Solar Minimum,” National Aeronaut ics and Space Administra- tion, Langley Research Center, Hampton, Va, NASA TM 4167; L-16715; NAS 1.15:4167 (1990), page 7, also J. Nealy, et al., “Deep Space Radiation Exposure Analysis for Solar Cycle XXI from (1975-1986 ),” AEROTECH ’90 Conference (Sept/Ott 1990), SAE Paper 901347.

[alex_semenov]

Красивое кино про Медузу...

http://www.youtube.com/watch?v=mT4ZdPRADEw#



Критиканы - идите в ж... отсюда.
Даже если и не полетит. Главное - нам интересно.
"НичтO творящее  нEчтo лучше чем нEчтo, творящее ничтО." (с)
Я понимаю. Вам скучно с вашими "ожиданиями" "новой физики".
Ждете? Ждите молча и не надо тему заливать желчью своей скуки.

Остальным.
Что тут интересно (для меня ново)?
Мне было интересно как автор считал удельный импульс.
Считал (приятно, черт возьми!) по нашему Станюкевичу и нашему же Зельдовичу!

Хотя как мне кажется модель слишком простая...
Потери через излучение никак не затрагиваются (насколько я понял). Но гидродинамика не  примитивное расширяющееся  больцмановское облаке раскаленных газов, а именно фронт ударной волны. Я нашел первоисточники (благо переводить не надо). Станюкевич и Зельдович - первейшие теоретики в этом.
Далее.
Проект делался под  быстрый полета на Марс.  На 25-и кг зарядах мощностью по 25 тонн.
И обратите внимание - упоминается (вскользь) возможность в зарядах использовать гидрид урана.
Это второй источник где это вскользь упоминается.
Первый - доклад Улама по примитивному взрыволету 1955-го года (есть на руках рассекреченная часть, но пока не только не переведен мною, но даже не отформатирован как этот).
Еще.
Указывается что перейти од 25 т ТНТ при 25 кг заряда к 25 кТ ТНТ при тех же 25 кг должно быть не так уж и сложно. То есть автор вполне допускает использование данной концепции и для более высоко импульсных систем (межзвездного класса).

[alex_semenov]

Текст молниеносно автопереведен без всякой дополнительной команды"

Машинные переводчики умнеют год от года! 
В общем-то поэтому я и выложил вытянутый из корявой pdf-ки и отрихтованный (отформатированный) материал.
По-сути, это был маленький эксперимент над форумом. Можно ли в сообщение впихнуть за 60 картирок формул? Потянет движок? Не будет тормозить? Потянул. В фейсбуке такое невозможно. Даже высоколобом в ЖЖ было (не знаю есть сейчас?) ограничение на длину текста.

В 50-60-е годы у амеров был проект такого подрыволёта со стальной сферой диаметром метров сто и соплом с одной стороны. В центр, по замыслу авторов, закидывались тактические субкритические атомные снаряды килотонного эквивалента от той их атомной пушки. В принципе это даже могло себе летать. Только как закинуть такую сферу на орбиту или сваять её там, проект не предусматривал... 

Вы о взрыволетах Коула? Вот я как-то захотел порисовать:



На Авиабазе я даже тему завел для обсуждения этой концепции. Больше как историческое расследование.
Что интересно? Сначала предполагалась 40-метровая сфера. Потом 90-метровая. Потом Коул решил что надо использовать атмосферный воздух и предложил ряд "наследников фау-1": 



Мне попадалась в сети восторженная статья на итальянском 1961-го года, где крылатый воздушно-реактивный монстр Коула по названию путается с "Орионом" и рассматриваетя как наше счастливое неизбежное будущее. Коул на этом не остановился. Он в
частности придумал еще больший воздуходву-взрывоплан, "Альдебаран":
 


Но и это были не самые крупные из его мечтаний... Так что 100 метров - это не предел! 
Вот поройтесь если есть желание.
Эпоха! Какая эпоха была!!!
 
Но, что можно сказать мы, потомки?
Прожекты Коула хоть и были публично самыми известными, я думаю, были не самыми инженерно и научно проработанными.
В частности, глядя на данную идея СРАЗУ ЖЕ приходит мысль применить к данному двигателю не обычное для ЖРД ракет колоколообразное, а клиновое сопло, используя взрывную емкость для формирования клина:

Это же очевидный ход! Как Коул до этого не додумался предлагая свои первые же прожекты-пузыри?
До клина не додумались и другие (смотрите какая чудовищная арматура "держит" огромное колоколообразное сопло на рисунке ниже).
Дальше всех (детальнее всего) в этом направлении импульсной ядерной тяги (взрыв в центре сферы) продвинулись в Ливерморе с проектом "Гелиос" (в статье  по "Медузе" есть ссылки на все это. Вскользь но есть). У них получалась по-сути крошечная камера для взрывов!



Удивительно, что проект разрабатывали практически уже после подписания Московского договора 1963-го года. Часть материалов по нему сейчас рассекречены. Результат у разработчиков получался не ахти какой (хотя и сопоставимый с результатами ГфЯРД). Но что бы получить хороший удельный импульс, нужно было в качестве рабочего тела использовать не воду (как мечтал Коул), а все тот же неудобный водород, что сильно (как мне кажется) снижало ценность идеи.
Но самое удивительно - профессиональные оружейные атомщики (не дилетанты!) планировали использовать в "Гелиосе" заряды (внимание!) мощностью всего 5 т ТНТ и при этом закладывать в них по 2 кг "урана". При этом говорилось что заряды были достаточно примитивно устроены (их будет много и они будут относительно дешевые, мол это - не проблема на фоне давления, температур и т.д):



Это все детали, которые известны по схеме заряда.
Меня это насторожило. Во-первых. Крайне расточительно тратить 2 кг ВОУ (высоко обогощенного урана) на 5 т ТНТ.
Во-вторых. 2 кг даже ВОУ сжать "примитивным" зарядом до критической массы просто невозможно. Не важно какой выход.
Что бы был выход - нужно перейти за критическую массу. И легко подсчитать что дабы перевести в надкритисность 2 кг оружейного урана  нужна просто уникальная система сжатия. Никак не примитивная.
Что за неувязочка?
Я стал рыть и расточать нарытое (там на форуме Авиабазы). И в целом сложилось одно маленькое открытие, как мне кажется (у всякой, даже глубоко зарытой тайны что-то да торчит наружу!).
Называется "гидрид урана" или "гидридная бомба". Полистайте (кому интересно) найдете замечательную историю с двумя "неудачными" тестами гидридных бомб у Ливерморцев в самом начале их творческого пути. С этими идеями носились еще при Манхэттене. Но "похоронили окончательно" в начале 50-х. Ливермор уходил из Лос-Аламоса, забирая все самые завиральные идеи на разработку. Поэтому их первые испытания были в основном провальными.
Кстати. В СССР тоже планировался тест с гидридом урана в начале 50-х, но был отменен (насколько нам известно).
Общепринято что идея - нерабочая. Но подозреваю что это полуправда.
Нерабочая для больших бомб. Но с поганой овцы...
Все до сих пор покрыто тайной. И не удивительно. Но догадка такая. Да, гидридная бомба не может выдать больше 200 т ТНТ как ее не конструируй. Сколь угодно тонкие игры с замедлителем (с умеренным сдвигом сечения деления) приводят к тому что процесс деления идет медленно и заряд слишком рано разлетается. Поэтому нельзя получить даже килотонну "с этой овцы". НО! Если вам нужно всего 100-10 тонн, то гидрид урана вполне годная идея. И (самая интересная догадка) годится даже НЕ СИЛЬНО обогащенный уран. Полагаю (на глаз) 30-50%. Во всяком случае второе испытание дало те же 200 тонн, хотя там использовался куда более дешевый гидрид урана. По сути это был импульсный одноразовый реактор на слегка замедленных нейтронах.



Если так, то картина маслом (как у Дэна Брауна или у Тома Кленси ) получается красивая. Логика очевидна. На пике космического прожектерства все конторы (в том числе и Ливермор) брались за космические прожекты. И каждый "пекарь" пек из того, что у него было в заначке. У Ливермора была в заначке тайна гидридной недо-бомбы. Вот они и решили прикинуть можно ли это применить к полету на Марс? Появилось исследование. Теперь не секретную часть рассекретили (мол и мы были когда-то рысаками!). А гидридную "изюминку"  - остались под покровом тайны.
Знал ли Коул о гидреде урана?
Не знаю. Но он  как-то подсчитывал цену бомб и она у него получалась вполне сносной. Однако мне уже попалось две ссылки где сей "секрет" мельком фигурирует как намек. В данной работе 1991-го года (а работа родом из Лос-Аламоса, между прочим) упоминается гидрид  и в работе Улама 1955-го гидрид урана упоминается (даже просто гидрид).
Улама, считается родоначальником взрыволета "внешнего" сгорания, то есть "Ориона" (это ведь совсем другая и захватывающая история! И такой же взрыволет проектировался и у нас. Взрывает Сахарова и там тоже есть интересные моменты!). Но если посмотреть эту стартовую работу Улама, то там рассматриваются обе концепции. И внутреннего и внешнего сгорания. Многие в 50-х это рассматривали. Коул просто оказался самым распиаренным. Он был визионер, мечтал о выходе из колыбели.
 

Медуза это четверть того шарика. Шарик был нужен, чтобы использовать 99% продуктов взрыва, а у медузы почти всё усвищивает в пустоту.

Коль скоро вы Боб снизошли вникнуть с суть этой инженерной концепции, то я вам спешу сказать, что вы (как и уважаемый всеми нами Борис Штерн с 27 минуты) тут воспроизводите общеизвесную чушь.

И кстати, автор идеи "Медузы" тоже на эту чушь ссылается, обосновывая свою концепцию.
Коул тоже в конце 1950-х тоже ссылался на эту чушь.
Чуш была увековечена в монография по теоретической космонавтике. В частности у Пэдерсона:



Да. Логика очевидна. Но телесный угол имеет значение только если у вас ИЗОТРОПНЫЙ взрыв.
Если же вы хорошо его направили, то вам все эти аргументы - пофиг.
Почему Дайсон писал кипятком от "Ориона"?
Мало кто понимает.
Даже сын Дайсона, описавший историю проекта в деталях так и остался в недоумении, почему проект изначально так сильно покрывали грифом "секретно"? Считается, что все дело в тайне маломощных атомных бомб.
Но пардон, в то же время испытывали У ВСЕХ НА ГЛАЗАХ знаменитый "Дэви Крокет"!



А Коул у всех на глазах (в открытой печати) подсчитывал для своего "внутреннего сгорания" цену ядерных мини-зарядов (которые должны были бы сгорать куда чаше чем в "Орионе" и быть куда меньше по мощности!).
Чушь собачья!
Согласны?
Вы все еще следите за детективной историей?
Не потеряли интерес?

Ответ я думаю вот в чем.



Я уже выставлял это ни раз. Механизм направленного взрыва тягового модуля "Ориона" это самая страшная атомная тайна всех времен и народов - секрет радиационной имплозии в водородной бомбе.
Страшная-страшная формула из... школьной физики (с закрытыми глазами!): "пэ-равно-эн-ка-тэ!":

P=nkT

На этом "секрете" по-сути и работала, как слойка Сахарова, так "атомное обжатие" в более совершенных бомбах.
Просто ("просто"!) в термоядерной бомбе радиационная имплозия разгоняет цилиндрическую  или сферическую  вторую ступень внутрь, а в "Орионе" радиационно аблирует плоскость из материала с большим Z  и "как ракета" разгоняет рабочую массу (а она может быть какой угодно! Хоть вода! и тут она "полезная нагрузка" "ракеты") очень кучно в сторону толкающей плиты "Ориона".
Если бы народу тогда же выдали ЭТИ детали "Ориона" (а без них невозможно понять почему это такой крутой движок, круче всего что можно придумать!), то пришлось бы приоткрывать главную тайну водородной бомбы. А это было сделано в США только в 1979-м году несанкционированно (и есть подозрение что это была организованная утечка. Это - логично. Никакие секреты нельзя держать вечно. И если безобразие нельзя предотвратить, его надо возглавить).

Обратите внимание. В тяговом модуле "Ориона" рабочая масса разгоняется до скорости истечения (хоть 50 км/с хоть 150, да хоть 1000!) как единое целое. Как снаряд. Как холодная твердая (разумеется при таких ускорениях она - квазижидкость) единая масса. Но так как тысячной доли от полезной энергии (паразитка есть всегда в любой тепловой машине) достаточно что бы эту массу не то что испарить, но превратить в плазму, то эта изначально разогнанная за микросекунды чушка и превращается в облако плазмы, в горячий шар (вернее блин), который и несется к плите.
Оцените красоту процесса!
Материя не нагревается, а потом разгоняется как во всех остальных ТЕПЛОВЫХ ракета. Она разгоняется, а потом нагревается. В этом - успех идеи. Изюминка. Ее феноменальная эффективность.
Поэтому никакое "внутреннее сгорание" и рядом с этим не лежало!
Потом, когда этот "плевок" плазмы летит к цели, он эволюционирует. В частности Дайсон прикинул, что блин в силу внутренней термодинамики будет стремиться вытянутся в колбасу, колбаса в блин... Дурачки не глубоко мыслящие любители "Ориона" до сих пор думают, что это - главный принцип кумуляции. Но это просто бонус. За счет этого бонуса и получается ужать Ориону плиту с 40 метров до 10 (в проекте NASA), где его удалось вписать  на первую ступень "Сатурн-5".
Кино (для самых маленьких и впечатлительных):

http://www.youtube.com/watch?v=JtYisD7RqWk#

Что тут не правильно? Виден (хотя вряд ли он будет виден) конус летящей плазмы к плите при каждом взрыве. Но по идее конусов должно быть два. Просто из закона сохранения энергии импульса. Почти вся масса модуля - в связке аблирующая плита+рабочая масса. Плита летит назад, масса - вперед. А ядерный заряд - легкий нагреватель "сбоку".
Улавливаете идею?
Какая эффективность коллимации в таком "сопле"?
Я прикидывал. Там есть тонкости (красивые получаются формул и кривые) но в целом результат обещает быть лучше чем в самом лучшем сопле Лаваля. И понятно почему. Тут с самого начала организация материи не теряется в чистом тепловом хаосе, что бы потом по формуле Карно платить за порядок (упорядоченность струи).  Вернее таки теряется, но раньше, при переходе в рентгеновское излучение внутри атомного заряда. Но как раз поэтому я и говорю что проблема потери с излучением - самая большая проблема. А коллимация, доля потерянной энергии - это ерунда. Тут если у вас от плиты плазма ОТРАЖАЕТСЯ (что есть еще один вопрос! И Дайсон на нем собаку в свое время сожрал) то зеркало получается с очень высокой эффективностью. Я не удивлюсь есть получается 80-90%! У лучшего сопла до 70-75%!
Куда уж лучше?
Проблема межзвездного "Ориона" (пну Штерна, незлобно, ибо мужик ну очень симпатичный, как ни крути и по-сути коллега по межзведным бредням) не в том что почти вся энергия разлетается куда попало. Да, почти вся будет разлетаться, но не в виде плазмы, а в виде излучения.  Вот в чем главная загвоздка межзвездного Ориона.
В межпланетном такой проблемы нет.
Там удельная мощность заряда 0.01-0.1 кт/кг. При такой плотности энергии она очень хорошо переходит в энергию плазмы. А вот при 1 кт/кг -10 кт/кг она почти вся "естественным образом" уходит в свет. Как ей это не дать сделать и улететь на водородных бомбах к звездам - главная проблема.

[alex_semenov]

Где-то я уже эту Медузу видел.Какой-то полу-военный проект.У Ориона ведь были способы апгрейда.А вояки которые и финансировали весь этот проект,хотели прикрутить к нему дубину поувесистее.

У вояк? Гм...  В первый раз слышу. Кассаба-гаубица? - это с параллельной ветки эволюции взрыволетов (и выше я раскрыл свой взгляд на эту ветку). Направленный взрыв.
"Медуза" же в этом смысле -  родственник взрыволета Коула и "Гелиоса". Анизотропный разлет энергии.
В чем ценность этой идеи (как по мне)?
Смотрите.
Это - маятниковый привод. Чисто механически, конечно, он ближе к "Ориону" так как взрывы редкие и тут нет сопла. Тут "плита", то есть "спинакер". Нет камеры в которой греется газ и потом истекает из сопла. То есть по способу создания тяги "Медуза" ближе к внешнему сгоранию чем к внутреннему (в общем смесь бульдога с носорогом). Поэтому тут маятник.
Нужно аккумулировать импульс и растягивать его на равномерное движение. У взрыволета Коула (или "Гелиоса") тоже была подобная проблема - сглаживать импульсы. Но там она сильно смягчалась. Там взрыв, выделение энергии происходило за микросекунды, а истечение (то есть создание тяги) длилось уже миллисекунды (в 1000 раз дольше). И это приводило к тому, что вам не нужен такой мощный амортизатор (рекуператор энергии-импульса). Кроме того, сфера получалась очень тяжелая. Она была по-сути самым массивным элементом конструкции, поэтому амортизатор там нужен был самые простой.
В концепции же "Медуза" по-сути вся конструкция - этакий амортизатор.
Это маятник в свободном полете. "Орион" тоже. Но там толкающий маятник, а тут - тянущий. И это, кстати как плюс так и минус.
Минус в том, что тут невозможен ХОЛОСТОЙ ХОД в случае осечки.
Когда спинакер движется на вас вы просто обязаны его оттолкнуть очередным взрывом (или остановить взрывом половинной мощности). Иначе купол налетит на капсулу и медуза "схлопывается".
Но платой за это (все в этом мире оплачивается!) - чудесные весовые характеристики этой концепции взрыволета.
Обратите внимание. Базовый проект полета на Марс - 50 тонн. Всего лишь!
Для классического "Ориона" такая миниатюризация невозможна.
По сути у вас раздутая, самонапряженная конструкция. Все тут работает на разрыв,  почти ничего - на сжатие. А это значит что вы можете использовать тут технологии "мыльного пузыря". Помните? Я все время говорю: настоящий звездолет - это всегда будет мыльный пузырь. Классический "Орион" - единственный квазиреалистичный концепт, который не вписывается в принцип "мыльного пузыря" (почему - отдельное расследование. Но возможно просто потому что на классическом "Орионе" и не получится улететь к звездам).
Так вот "Медуза" - вписывается.

Если масштабировать "Орион" с межпланетной (1000 тон пустой массы минимум) до межзвездной версии, то неизбежно нужно увеличивать массу. У Дайсона диапазон масс 1 000 000 - 100 000 тонн. Вряд ли такой звездолетный привод получится вписать, скажем в 10 000 тонн сухой массы. Но ведь мы хотим послать корабль-робот к живой планете полегче (тон 100!) но наверняка подальше чем 10 св лет! Верно?



Злоба дня в чем? Заслать хорошо вооруженный автомат-ЗОНД на примерно 50 св. лет изучать чужую жизнь!
А это что значит?
Это значит что нам нужно пулять относительно легкий звездолет с большой скоростью. Больше 0.1с. Желателно 0.3-05с!
И как мы теперь понимаем, сделать это можно только используя некий внешний привод.
Не важно какой. Лазер, мазер, поток частиц, материи... Двигатель для такого перелета должен оставаться дома.
Допустим мы его создали.
Остается проблема - затормозить.
Решение уже есть. Магнитный парашют. НО! Никакой парашют не может слить до нуля скорость падения.



Магнитному парашюту пофиг с какой скорости начинать. Качество парашюта определяется до какой скорости он работает.
Чем лучше парашют тем на меньшей скорости перестает работать (то есть его тяга уже неотличима от 0).
Чем она определяется?
Надо еще разбираться, но ключ - плотность тока в сверхпроводниковом кольце. И сейчас эти показатели хреноватые. Парашют перестанет работать на примерно 0.01с. Но это еще 3000 км/с!!! Если нам повезет и мы найдем какой-нибудь чудо "анабтаниум"-сверхпроводник, то возможно дотянем до 0.001с (300 км/с) и тогда можно будет до конца слить скорость магнитной петлей. 300 км/с - это уже скорость солнечного ветра или это уже то, что можно погасить маневром Оберта у звезды.
Но что если нам не повезет?
Нужна система дотормаживания. Взрыволет тут - ЕДИНСТВЕННАЯ (увы и ах!) подходящая концепция.
Но мы же собираемся тормозить у цели ЗОНД! То есть порядка 100 кг.
Межзвездный взрыволет (3000 км/с) по классической схеме "Орион" не получится. Для межзвездной колонии - вполне (кстати для нее и магнитный парашют работать будет дольше, лучше, такова геометрия! Площадь - квадрат размера, а масса подрода - прямая пропорциональность - "пи-эр" всего лишь). Вот тут и всплывает "Медуза"...

Заинтриговал кого-нибудь?

[alex_semenov]

А почему в СССР небыло проекта ядерного корабля такого как "Орион"? Неужели недогадались?

Был. И занимался им...



Знакомая личность?
Плохо вы знаете историю!
Что вам известно про "Маму Кузьмы?" Не про конструкцию (про нее никто толком ничего не знает, что - отдельная интрига), а про ее историю.
По легенде наш взрыволет был предложен Никите Сергеевичу одновременно с 100-мегатонной бомбой.
Никита бомбу "съел" (как уверяет легенда), а наш  пламенный взрыволет - выплюнул (волюнтарист!).
Но это - легенда.
Да, понятно что впервые публично идея летать на атомных взрывах в СССР была озвучена на том знаменитом застолье (и оттуда пошли широкие слухи). Но задолго  до этого в Арзамасе-16 более года велись работы по этому проекту. Без приказа Партии и Правительства таким безобразием не стали бы заниматься. Данныне отрывочные. Ничего конкретного. Известна неприятная история с забытыми на окне секретными чертежами именно взрыволета и про то как (уже тогда гуманист!) Сахаров уговаривал секретчиков не наказывать виноватого (вроде сам Сахаров и спровоцировал ситуацию по увлеченностью обсуждения).
Самое интересное (и неожиданное).
Мне попалась информация (в мемуарах) что тот самый Иевлев ездил к Сахарову в Арзамас в 1959-м (кажется) именно для того что бы сравнить идеи. Его ГфЯРД и взрыволета. И из этих мемуаров всплыла интересная тонкость:

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СБОРНИК ВЫПУСК 1 (146)
ВИТАЛИЙ МИХАЙЛОВИЧ ИЕВЛЕВ В НАУКЕ И ЖИЗНИ
Центр Келдыша 1996 стр. 72-74

И еще. После того как у нас окончательно выкристаллизовалось решение двигателя схемы В в виде газового реактора с почти не смешивающимися тепловыделяющей и теплопоглощающей струями газа, Виталий Михайлович доложил об этом варианте А. П. Ваничеву и М. В. Келдышу. Расчеты показывали, что решение это теоретически обосновано, хотя возможности практической реализации такой схемы вызывали, естественно, множество вопросов. М. В. Келдыш одобрил продолжение работы по этому направлению.
Незадолго до этого академик А. Д. Сахаров предложил использовать для разгона космических кораблей взрывы небольших атомных бомб за кормой корабля, выполненной в виде массивной металлической плиты.
Не знаю, по каким соображениям, но М. В. Келдыш пришел к выводу, что В. М. Иевлеву и А. Д. Сахарову пора обменяться идеями относительно возможных путей использования ядерной энергии в двигателях, в которых температура рабочего тела не ограничивается температурой стойкости материала конструкции твэлов. И вот Виталий Михайлович и я на служебном самолете прибыли к А. Д. Сахарову в его городок, названия которого мы тогда по известным причинам не знали и не пытались узнать.
Встретил нас Андрей Дмитриевич очень радушно, проводил в гостиницу (в номер, в котором обычно останавливались приезжавшие к А. Д. Сахарову министры), а потом пригласил на семинар, где и состоялся основной обмен информацией.
Семинар этот проходил в сравнительно небольшой комнате с большой доской из линолеума для записей мелом. Присутствовало в комнате человек 15-20 сотрудников Андрея Дмитриевича, и было достаточно тесно. Что нас с Виталием Михайловичем поразило сначала, так это то, что почти все присутствовавшие были достаточно молодыми людьми, в большинстве своем до тридцати лет (правда, и самому А. Д. Сахарову не было тогда еще и сорока). Работавших с A. Д. Сахаровым в то время известных корифеев на семинаре не было (одного из них, известного физикохимика А. И. Бродского, Виталий Михайлович тихонько показал мне на следующий день утром в столовой).
Сообщение Виталия Михайловича было выслушано с большим вниманием. Вопросы задавались толковые, по существу затрагиваемых физических и газодинамических процессов.
А. Д. Сахаров очень кратко рассказал у доски с мелом в руках о способах уменьшения критической массы заряда и, в частности, о рассматриваемом им в то время методе обжатия заряда с помощью резкого повышения напряженности электромагнитного поля, созданного предварительно в специальном соленоиде.

Выделено - мною.
В сети есть тысячу раз перепечананный куцый обрывок истории про наш взрыволет. Ухватил первую попавшуюся ссылку (разницы нет. все они дают одно и то же).



Но это настолько обрезано, что чудится мне что это дозированная порция некой дезы.  По-настоящему значащих деталей (как у "Ориона") нет. Я долго думал что их и не должно быть. Мол, толком ничего и не было. Но оказывается были детали. Вылазят то там то здесь. Магнитное сжатие - это более чем детали! Другое дело чем все закончилось? Возможно пшиком. Но работы велись. Недолго, но велись и у нас.
Но ясно что у нас эта идея не получила поддержки на верху. Келдыш поддерживал Иевлева. По-сути Арзамас занимался взрыволетом в конец 1950-х от части от "безделья" во время моратория на ядерные испытания.
Взрыволет нигде не получил поддержки.
Идея на первый взгляд слишком безумная. Не своего века идея...
Хотя вот Нильс Бор ее оценил.
Он носился с идеей сотрудничества СССР и США и когда ему идею показали первое что он сказал - мы должны это предложить сделать совместно с русскими! Он был зациклен на сотрудничестве.
Все маститые физики (например Ричард Фейнман, друг по-сути Дайсона) считали идею технически блестящей и вполне реализуемой. Но политически она была совершенно неуместной.

[alex_semenov]

Продолжаю наполнять эту ветку позитиФФом!
Продолжаем разговор!

И так - к звездам... с полными  бомболюками!



Смотрите. Удельный импульс (вернее приведенную скорость истечения) любого взрыволета абстрактно можно описать из простых соображений сохранения энергии так :



 
q -  удельная калорийнсть тягового модуля. Мы выяснили что реально были чистые термоядерные заряды с 5 кт/кг. Предел Тейлора считается 6 кт/кг. Но не факт, что для гражданских зарядов нельзя сделать больше, скажем, за счет обильного использования трития. Однако если речь идет о торможении у цели, вряд ли стоит полагаться на большие запасы трития (который исчезает на 5.5% в год за счет радиоактивного распада).

e  - доля энергии бомбы, которая переходит в энергию  плазмы (1-e - доля паразитного излучения). Для зарядов >1 кт/кг "по умолчанию"  e ~ 0.01-0.1. Это очень мало. И это - главная проблема. Однако есть данные (см. ниже), что это значение можно как-то увеличить по крайней мере до 0.4.

k - коэффициент коллимации. То есть какая доля изотропно направленного импульса превращается в направленный. Если у вас  полусфера-бланкет, которая принимает импульс изотропно разлетающейся из центра плазмы без отражения той, то  k =0.25. Если у вас хорошо направленный взрыв на, скажем, идеальное магнитное зеркало для плазмы, k ~ 0.9-0.8.

В недостижимом идеале:  e=1, k=1, q=6 кт/кг (1 кт = 4.2e+12 Дж), u = 7 099 км/с
И при отношении массы ракеты к массе топлива z=3 (как у Дайсона) мы имели бы конечную скорость звездолета в 0,0328 с.



При z=9 (максимальное, разумно мыслимое массовое число для одной ступени ракеты) -  0,0545 c.
Это очень хорошее значение. С такими параметрами можно уже летать между звездами, если освоить технологию магнитного парашютирования до 0.01с (а это уже мыслимо), то скорость перелета может составить без малого 5%  (0,0445с) от скорости света. То есть 10 св. лет за чуть более 200 лет.
 
Но у нас напрашивается более реалистичный случай: ek=0.25, ke=0.1 q=6. Тогда  u= 561 км/с и конечная скорость даже при z=9  всего 0,0043с. Даже если бы у нас были заряды с чудесной калорийностью 10 кт/кг, конечная скорость в этом случае все равно была бы неприемлемой: 0,0056c

Понятно, что надо поднимать e и k и при этом стараться сделать это так, чтобы это не сильно снижала и без того малое q.
Однако ясно, что если у вас есть обычный ядерный заряд с калорийностью q, то для того чтобы повысить  для него e,  вам потребуется, скажем, окружить заряд какой-то инертной массой-конструкцией или ввести некие дополнительные конструкционные ухищрения, которые приведут к утяжелению инертной части заряда. В итоге ваше q станет заметно меньше.
То же самое касается и коллимации разлета плазмы в самом заряде. Дабы сделать его не изотропным, а узко-направленным, вам придется как-то утяжелять тяговый заряд и q уменьшится еще больше. В классическом межпланетном "Орионе" направленность взрыва как раз и достигается тем, что сам энергетический заряд на порядок легче, чем сама ракетная масса, которая и формирует "ракету" узко-направленного разлета, "впитывая"  рентген бомбы.

Конечно, нельзя исключить чуда, что природа оставила нам лазейку так сконструировать заряд, что он будет и направленным, k~1, и иметь высокий e ~ 0.7, и при этом все эти особенности  очень удачно  поднимут и q  узко направленного заряда за "предел Тейлора" в  6 кт/кг. Но пока такое решение не будет показано в явном виде, бессмысленно на это рассчитывать.

(кликните для показа/скрытия)

Такое чудо-решения я и называю "загадкой Дайсона". Только такое решение позволило бы получить объявленные Дайсоном параметры продвинутого или как он назвал "импульс-ограниченного" звездолета в статье "Межзвездный транспорт".
Например, k=0.95, e=0,8, q= 8 кт/кг, тогда u= 6 965 км/с и при z =3, прирост скорости до 0,032с
Почти как объявлено у него в таблице.

(кликните для показа/скрытия)

Есть ли у меня идея КАК?

(кликните для показа/скрытия)

Т-с-с... есть... , но я боюсь ее спугнуть...

Будем реалистами.
 
Прежде всего. В знаменитой статье Теодора Тейлора о ядерном оружии третьего поколения, где выход того или иного вида энергии взрыва может быть искусственно увеличено или подавлен, и где он объявил о теоретически возможном пределе удельной мощности боевых ядерных зарядов в 6 кт/кг, есть график:
 


Нам не ясно как добиваются объявленного здесь  e=0.4 и как понизится в результате q, но можем допустить, что вряд ли расплата будет более чем в 2 раза. То есть для такого e можно принять q=3 кт/кг.

Далее. Наибольший вклад в снижение удельного импульса вносит k - коэффициент  коллимации (он вне знака радикала). И тут наиболее обнадеживающая идея - дабы далее не снижать и без того низкий q, задачу коллимации надо вынести за пределы заряда. Пускай заряд остается изотропно разлетающимся, а нам  надо совершенствовать зеркало звездолета.

Если бы изначально принятая полусфера в центре которой происходит изотропный разлет принимала импульс упруго как зеркало, а не как поглощающий экран, то по законам оптики для нее  k=0.75. И нам известно решение-кандидат, зеркало с таким качеством коллимации. Виток с магнитным полем - магнитное зеркало. Или даже несколько витков нужным образом расположенные.



И так. Мы можем рассматривать как реалистичный оптимизм ситуацию: e =0.4,  k=0.75, q=3 кт/кг. Тогда u =2 380 км/с и предельная скорость при z=3  -  0,011с, а при z=9  v=0,018c

Для перелета между звездами за приемлемое время этого все еще не достаточно. Однако, этого уже достаточно чтобы дотормозить после "сброса" любой межзвездной скорости реалистичным магнитным парашютом.



То есть обеспечить прибытие исследовательской экспедиции к звезде цели при любом активном методе запуска такой экспедиции от Солнца (лазер, поток частиц, поток материи).
Это решение половины проблемы. Но это хорошая половина.
Стакан не на половину пуст.
Он - на половину полон.


Ясно, что если у нас межзвездный зонд в 100-1000 тонн, то в качестве последней дотормаживающей  ступени нам нужно что-то на тему "Медуза".
Легкое и ажурное. С консистенцией "пузыря".
Но нам надо ее усовершенствовать (в исходном видео это не годится). Вместо "спинакера"-парашюта, который в изначальном проекте поглощает изотропно разлетающуюся плазму (с эффективностью коллимации порядка 0.2-0.25) мы должны использовать систему токовых витков  - магнитное зеркало.
Замечательно вот что.
Токовая петля в отличие от "спинакера" сама себя раздувает. А если вы расположите в пространстве две токовых петли на некотором расстоянии друг от друга (большую впереди меньшей) с однонаправленным током, то они будут друг друга отталкивать. То есть вы получите магнитно-напряженную (раздутую) тонкую стуруктуру-зеркало. Вам осталось присоединить к нему эластичные стропы и...



Здравствуй неведомая иная жизнь!



Круто? (как я борюсь с упадочничеством и неверием в светлое межзвездное будущее на этой ветке?!)
 

[alex_semenov]

Избыточная информация. 

Где?
А... понял... в спойлере... действительно...

[alex_semenov]

Вернусь к давно пропущенному. Но осадочек остался.

А вот теплопроводность - расчитывается, из свойств вещества оболочки и параметров излучения. И тут вылазит интересная вещь - теплопроводность фотонного газа зависит от куба температуры (почему 1-2 кэВ рентген держат тонкие стенки бомбы, а 10 кэВ из плутониевого ядра улетучиваются весьма быстро), поэтому стационарного случая (отношение температур на внутренней и внешней поверхности оболочки как константа) не будет, а будет тепловая волна - холодная часть оболочки, фронт волны с экстремальным градиентом температур, короткий переходной участок, и прогретая часть, в которой градиент температур минимален. И эта волна движется через слой изолятора со скоростью

Пока она движется, излучение, считай, заперто, и если оболочку удастся разогнать до того, как волна выйдет наружу, то почти вся энергия останется в плазме - но это случай для зарядов пданетарного Ориона, когда есть толстая пластина. Если же волна выходит наружу, тут и начинаются настоящие утечки.
Вот, кстати, обратим внимание на формулу теплопроводности.
в ней l - длина свободного пробега фотонов, которая, для рентгена 1-100 кэВ пропорциональна кубу энергии квантов, а значит можно записать соотношение для потерь

приняв потери малыми, имеем долю ушедшей энергии вида

elind, объясните что в формуле скорости тепловой волны  T₁ и T₀?
здесь:



с - я так понял скорость света.
l₀ - свободный пробег фотона в ХОЛОДНОМ материале?
уточните что есть  h?
Я было подумал о планке, но судя по размерности - это должны быть метры (сантиметры). То есть это толщина слоя? Чем толще слой тем медленней движется волна? Как то контринтуитивно это.
Но главное.
При температурах дифундирующего излучения (как я понят это T₁) в сотни миллионов градусов у меня получалась по вашей формуле скорость фронта на порядки больше скорости света. На чем я затупил и застрял (какие бы T₀ я не фантазировал!).
Но вопрос по-сути для меня ключевой. Если эта скорость относительно не велика (границу я нашел как оценить), я почти у цели к разгадке "загадки Дайсона"...
Я даже картинку тепловой волны по вашему объяснению еще тогда нарисовал:



но все для меня повисло в тумане непонимания плюс возникли неотложные проблемы по жизни.
Но хочется доразобраться...

И, кстати, для мегатонного заряда с оболочкой весом в 100 кг и радиусом 1 метр, потери на рентген составят всего четверть, в то время, как стандартная боеголовка радиусом 25 см - много больше единицы (что, согласно положению, значит выход за зону применимости формулы, и обеспечивает те самые 90 % греющих космос).

Можно ли это понимать так?
Берем бомбу "стандартную" в 25 см диаметром. Помещаем ее в центр сферы из материала с большим Z и по массе, допустим, равной бомбе-сердцевине (удваиваем массу устройства) но диаметром 1 метр. Этакий кожух. И подрываем заряд в центре. Вуаля? Получаем бомбу той же мощности с всего в два раза большей массой и нужного диаметра?
Задача перекачки энергии света в энергию плазмы решена ( 75% в энергии плазмы)?
Вряд ли.

[alex_semenov]

Я не являюсь фанатом классических взрыволётов, ИМХО, их время прошло. На их место пришли корабли с пульсирующими термоядерными двигателями, в которых нет бомб  топливо составляют миниатюрные "пилюли", запуск термоядерного взрыва производится за счёт удара магнитным и/или лазерным импульсом. Да, такой пепелац непригоден для запуска с поверхности любой атмосферной планеты, но, во первых, он может быть значительно меньше классического взрыволёта, во вторых, он безопасен во многих отношениях, начиная от бесполезности захвата его топлива террористами, в третьих открывает перспективу создания относительно массовых флотов и относительно быстрых перелётов по Системе.

Все подобные системы - "воздухоплавательные прожекты" прекрасного века праздности и скуки...  Идейный мусор, не лишенный своего очарования.
Это не повод для спора. Это констатация факта. Бесспорная констотация, как удары молотка, вгоняющие гвозди в крышку гроба.



Два гвоздя...
Две претензии ко всем этим прожектам (всем одновременно!!!).
Первая - слабая.
А это возможно?
Возможно заставить ЭТО летать?
Я не стану  уныло-банально разглагольствовать (хороший писатель выполняет две задачи: известное представить как новое, а новое - как всем известное) о том, что управляемый термоядерный синтез это шорох орехов (по высказыванию Курчатова) - то есть бесполезная трата сил и времени, синикура для целых поколений ученых и т.д. и т.п.
Это - злобное злопыхательство!
Зависть!
Я - не такой.
Я верю!
Истово верю в управляемый термояд!
Добьют таки ITER. Пустят! Будет у нас стабильно гореть плазма! Какое с этого будет молоко для народного хозяйства - отдельный и очень холиварный вопрос.
Но мы - о космосе же? Там почти нет вопроса цены. Там есть вопрос массы...
Для космоса тогда станет второй вопрос.
Как это все заставить летать?
Вы видели эти установки?
ITER:



NIF (National Ignition Facility):



В сравнении с 4000-ным в"Орионом" эти СООРУЖЕНИЯ просто гиганты! Согласны?
Это пока строится или не совсем работает... Но не будем привередничать!
Мы верим что все это заработает!
Но то как это должно заработать - уже видно. Это - инженерный факт.
Факт!!!
И уже сейчас из этого инженерного факта ясно что это горы, которые рожают мышь.
Не то что полететь (даже в вакууме) это не сможет... Это вообще не того параметра системы.
Невесомость - невесомость. Но такой параметр как киловатт/кг даже там - фактор. И поверьте (я тут - гуру). Для межзвездной - фактор первостепенный. Вызывающей-ограничивающий. Хотя вы - о межпланетке. Тут все проще...
Однако.
Подумайте. Даже после того как в подобных системах ОБУЗДАЮТ все проблемы, удельная масса (ватт/кг) у них хоть сколько-нибудь приблизится к параметрам, скажем... эм... паравоза?
Паровозы не летают. Но если их вывести на орбиту- полетят, есть же умельцы, запускающие электромобили... Верно?
Но хотя бы так вы сможете УЖАТЬ параметры подобных систем (еще раз смотрим на фото!) до сравнимых, скажем с ядерным буксиром?



У меня есть СИЛЬНЫЕ сомнения.
То есть. Существует две научно-инженерные проблемы.
Первая - добиться управляемой реакции.
Вторая - добиться что бы подобные энергоустановки хотя бы приблизились по энерговооруженности к уже имеющимся ядерным электроракетам.
Лично мое мнение?
Вторая проблема на порядок сложней первой.
Но допустим я ошибаюсь.
Допустим приблизились или даже сравнялись.

Вторая претензия.
И это (как мне мнится) УБОЙНО-сильная претензия.
А зачем?
Я вообще НЕ ПОНИМАЮ зачем это все нужно?
Зачем делать сложно, когда можно сделать просто?
Уже же есть системы!
То же самый ядерный тягач РОСАТОМ! Или там какой-нибудь "Прометей" от NASA!
Зачем изобретать велосипед?

***
Что хочу добавить. Отойдите в сторону господа и посмотрите на яркий пример некого удивительного (хотя привычного) явления.
Насколько живучи в народе (и неглупом народе) ПРЕДЕЛЬНО-ПУСТЫЕ, если беспристрастно, логично на них взглянуть, мифы!
Этот же - не единственный.
Еще Джонатан Свифт этому ужасался. А до него Сократ...
Мы - очень необычный вид животных.
Наша склонность верить в ОБЩЕПРИНЯТУЮ чушь - запредельна.
Сам всю жизнь себя ловлю на этом и никак не могу все выловить (бесполезно!).
Гитлет (или Гебельс?)  не был гением, когда сказа, что народ поверит в самую нелепую ложь, если ее часто ему повторять.
Он просто понимал, что сам факт раскрытия этой "тайны" нисколько не изменит ее силу. Понимал и веселился!
Наша способность "плыть как все" - наша величайная сила и наша же величайшая слабость.
А разум - лишь ИЗРЕДКА уметь различать одно от другого.

Я почему "так влюблен" во взрыволеты? Думаете я такой милитарист? Я так люблю радиактивный пепел себе на голову?
Я не начинал с собирания (как марки) разных картинок и чертежей британского "Дедала" (в конце концов Андрей Первушин мне переснял и прислал фото всех страниц отчета британцев)?  Я как и все нормальные люди долго и мучительно избавлялся от мифа. Нехотя, тыкаясь, ища "лазейки", а вдруг?
Но природа устроена мудро.
Есть простые факты.
Например почти все электроустановки, пропускающие через себя некий ПО-ток (трансформаторы, генераторы) энергии имеют некую предельную удельную мощность. И она практически никогда (при всем многообразии методов и схем) не бывает выше 1 кВт/кг. Ну 2 кВ/кг.
Есть исключения. Уникумы.
Скажем газотурбина доходит до 20 кВт/кг.
ЖРД-двигатель. Тут вообще получаются чуть ли не гигават на кг.
Эти примеры настолько редки что легко исследовать ПРИЧИНУ их уникальности.
А поняв ее, больше никогда не забивать себе голову глупыми надеждами.
Если у вас есть 1 000 000 устройств (не важно каких) с удельной мощностью не вызе 2 кВт/кг, то КАК комбинируя все это (перебирайте как хотите) можно получить удельную мощность итогового устройства больше?
Есть способ?
Есть.
Один.
Собрать бомбу.
 

Вернусь к давно пропущенному. Но осадочек остался.

Ув.Александр Анатольевич,у меня закрался,так сказать, вопрос личного характера.Скажите как на духу:зачем вам "изделие"?Вам же уже сейчас не звездолет нужен.Ну вот лично вам,-вы хотите хлопнуть Вилли Вонку и лишить планету шоколада?

Кремаьера, не ужели вы думаете что я ТАКОЙ  маньяк?
Вы меня обижаете!
Да, я маньяк! Но я НЕ ТАКОЙ  примитивный маньяк!
Кого-то там хлопнуть. Завалить Башни... Господи, как же это ПОШЛО!!!
Настоящий маньяк разве ради такого станет напрягаться?
Ладно бы очистить всю планету от рода людского... Да и то - хе_ня это все. Не стоит даже клацанья клавиатуры на это потраченной...

Поймите. Настоящий Маньяк, Маньяк с большой буквы работает ТОЛЬКО на бесконечность!
Исключительно!
Меньшее (конечные цели) ему не интересно!
 

[alex_semenov]

Тем не менее, независимо друг от друга и в США и в СССР пришли к выводу не продолжать разработки атомных взрыволётов. Причем в США уже после натурных испытаний микро-макета. А в СССР это вообще не пошло дальше разговоров и возможно какого-то закулисного эскизирования.
Никаких "политических" причин на это небыло, скорее наоборот. Термоядерные бомбы взрывали столько сколько хотели. Экология считалась ну никак не на первом месте по важности. Бюджет никто особо не считал, особенно если была возможность "утереть нос" "пиндосам" с одной стороны или "комунякам" с другой, такая возможность только добавляла шансов на разработку перспективных технологий (если конечно идея имела смысл). Но, нет, проекты позакрывали и забыли.
Вместо этого начались стройки и запуски обычных космических ракет.

Это даже нет желание разбирать на фразы и убойно уничтожать!
Как, LV46, КАК можно с таким... кю... картиной мира, пониманием прошлого ПРОДОЛЖАТЬ жить?
Хотя... только с такой, наверное, в этом дурдоме и можно!
Не просто жить, а счастливо жить!
Счастье - в неведении... (с)
 

Существует две научно-инженерные проблемы.
Первая - добиться управляемой реакции.
Вторая - добиться что бы подобные энергоустановки хотя бы приблизились по энерговооруженности к уже имеющимся ядерным электроракетам.

Первая - этим занимаются физики экспериментаторы, остается смотреть только, что у них получается.
Управляемая реакция уже есть, остается добиться положительного выхода энергии.
От экспериментальной установки с положительным выходом до летной с характеристиками существенно выше, чем имеющиеся ЭРД, дорога уже понятная и она не длиннее, чем дорога от первых ракет ГИРДа до Р-7.

Я бы вам не простил Иван, если бы вы именно ТАК не отреагировали на этот мой выпад!   
Давно здесь сидим! (с)

И было бы с моей стороны просто неприлично с вами на эту тему не пободаться.
Хорошая аналогия. первые ракеты ГИДРа и P-7
Дорога была очевидна?
Задним числом - да. Задним числом всегда прямая столбовая...
Но если беспристрастно?
На этом пути был ряд ЧУДЕС. Подарков природы о которых гирдовцы ДАЖЕ НЕ МОГЛИ мечтать (а они - случились).
Если бы не случились, кто бы сейчас знал хоть что-то о гирдавцах?
То есть. Да, упорство нужно.
Но одного упорства, веры в мечту - мало.
Нужно тупо везение.
На пути к P-7 было неожиданное чудо цепных химических процессов, например. Семенов только-только вывел теорию и из практиков-инженеров мало кто прозорливо знал что в махонькой-махонькой камере сгорания можно сжигать буквально РЕКИ  окислителя и горючего (окткрыли эксперементально что можно сжигать жидкости и были страшно удивлены!). Потому что есть чуда экспоненциального закона химической кинетики. Даже при небольших давлениях чудо имеет место, а при повышении... По-сути единственный ограничитель скорости горения - процесс перемешивания.
Вы помните легендарный эпизод как были наши эксперты-сидельцы из шараг удивлены увдидев ГИГАНТСКИЕ камеры Фау-2?
Этого просто не могло быть!!!
1945-й год.
Это ключевое чудо. Подарок судьбы. Но не единственное. Далеко не единственное.
Например, никто не мыслил вертикальный старт ракеты. Все мыслили с эстакады и понятно почему (кстати современная молодежь может понять почему тогда так мыслили?)!
Но случились целый ряд чудес из совсем не их области...
Посмотрите как виделись космические ракеты еще за 3 года до запуска P-7 (первой космической, которая на самом деле никакая не космическая)!
http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/z-s/1954/10/10-74-luna1.html



Пример из журналистского 1954-го показывает как виделась идея спецам в 1930-х (писаки всегда отстают лет на 20)!
Чудес ждали. Но СОВСЕМ ДРУГИХ! Даже за 3 года до мало кто верил в химию, например!
Да в общем и после спутника все "ЗНАЛИ" что химия - ненадолго. Временное решение...
То есть.
Что бы пройти трудный и победоносный путь, нужно было действительно наткнуться на НЕОЖИДАННЫЕ чудеса.

(кликните для показа/скрытия)

а где чуда не дождались ВОВРЕМЯ "проявить гибкость" - это тоже понадобилось. Но кто это теперь вспомнит? Победителей не судят!

Поэтому соглашусь с вами.
Да, возможно у всех этих ваших чудестных систем есть будущее. Но то что мы рассматриваем по ссылкам так же похоже на чудестную реальность как ракетопланы-космолеты 30-40-х на современные ракеты... Как свинья на коня или конь на свинью (даже и не знаю!). Различие именно в НЕПОНИМАНИИ подарков, которые ждут впереди и неполучение подарков там ГДЕ ОЖИДАЛИ.

Управляемому термояду нужна целая цепочка чудесных подарков что бы он хотя бы догнал (не то что обогнал) уже имеющиеся системы.
Пока что мы видели только гору сложностей (поэтому и выстроены такие установки-монстры).
Возможно природа и смилостивиться ДАЛЬШЕ?
Но это будет на нее не похоже!
 

Вы ссылочку выше посмотрели на Бояршинова? 
Как вам его точка зрения?

[alex_semenov]

h - толщина фронта теплового скачка, для плотных материалов - что-то около сантиметра.

Ага... Если это ширина фронта который движется через всю толщину теплоизолирующего экрана (назовем это так), то когнитивного диссонанса не возникает. Вот тут:



У вас (вторая строка) h вроде выводится как функция от трех температур. C T₀ и T₁ вы вроде поясняете ниже. Но что такое T₂?
В любом случая я взял  h=0.01м, по-максимум. Сантиметр.
 

l₀ - свободный пробег фотона - но фотона теплового спектра при температуре кинетически-лучистого равенства плотности энергий, Т₀, соответственно, температура этого равенства, и для урановой оболочки в бомбе составляет двадцать пять миллионов градусов.

Ага... Вот почему у меня получалось больше скорости света... Я решил что это температура холодного материала.
T₀ = 25 000 000 К.
Думаю что для свинца, там, вольфрама эта температура мало отличается?
Можно мне туебню чуть подробней пояснить как это высчитывается?

При такой температуре основная доля теплового спектра будет иметь длину свободного пробега l₀=1,7*10^-6 метров. Для заряда калорийностью 6 кт/кг и плотностью 1 т/м³ температура внутри (почти вся энергия в излучении) будет 110 миллионов градусов, тогда, подставив в формулу, имеем скорость тепловой волны чуть ниже тысячи километров в секунду.

Пробег l₀, как я понимаю - это какая-то эмпирика?  Берется на каком-нибудь графике, из таблицы?
Я пробовал это неумело сделать сам, но у меня получался пробег примерно на порядок больше.

(кликните для показа/скрытия)

Потуги здесь:



Я брал на графике сечение 3,50E+03 барн и для свинца получал пробег рентгена 4,52E-05 м
Хотя я теперь вижу что я то брал сечение  для температуры 45 кэВ = 495 270 000 К
Но 25 миллионов где-то на порядок меньше.
Вроде...
Но вообще 25 миллионов, по этому же графику это где-то 2.5 кэВ. И по картинке уже сечение на два порядка больше (ближе к синему кубику, им я отмечал температуру от первички при сжатии вторички).
Теперь у меня получается пробег при 25 миллионах на порядок меньше чем у вас...
Гм...

Хорошо.. T₁ = 110 000 000 К

(кликните для показа/скрытия)

как у вас получилось 110 миллионов?
Я получил только 76. Где ошибся?
Моя логика:
Килотонна 4.2e+12 Дж. При 6 кт/кг это 2,52E+13 Дж/кг при плотности 1000 кг/м3, плотность энергии u=2,52E+16Дж/м3

отсюда:
=75 983 569 К

Подставляю все в:



Получаю:

1,7e-6*3e+8*(1,1e+8)^3/21/0,01/(2,5e+7)^3 = 206 875 м/с

Почему у меня получилось в 5 раз меньше чем 1000 км/с?
Единственный спорный параметр - h. "около сантиметра"
Возможно у вас h меньше? Если взять h=2.5 мм (четверть, то есть "около сантиметра") то и получим "чуть ниже" тысячи км/с.
Нет?

[alex_semenov]

Elind, это прежде всего для вас!
 
Голубчик! Напрягемя! Мы почти у цели!
 
 
Ключевая идея в которую я вцепился как тот Дуримар  вцепился в свое ведро, и ну никак не могу отпустить.
При температурах 1-5 кэВ давление света ниже давления плазмы, а давление плазмы ниже абляционного давления. То есть свет на два порядка давит слабей. Но давление света - четвертая степень от температуры.
Поэтому, когда у вас уже выгорел термоядерный заряд и температура стала на порядки выше (называют температуру в пол миллиарда градусов!) давление света превосходит все прочие давления. Оно доминирует беспредельно!
В частности,  вот тут:



Если это поверхность второй ступени бомбы еще при сжатии внутрь, то белые стрелки (абляция) на два порядка передавливают желтые стрелки (давление света). Материя улетает влево. Однако если это прилегающая к уже выгоревшему термоядерному горючему оболочка, рвущаяся наружу, то на порядки более горячие желтые стрелки на те же два порядка передаривают белые. Абелируй не абелируй - эту хрень, материю (ионы, электроны) тупо уже гонит сверхдавлением фотонов вправо. И очень сильно гонит. Быстро. Есть надежда что быстрей, чем свет пробивается сквозь эту преграду что бы побыстрей сбежать в виде рентгена.
Это идея качественно. Но количественно... Нет расчета (оценки) - нет идеи.

Отвлечемся от энергетики и КОНСТРУКЦИИ заряда.
Я хочу разогнать материю на неком небольшом участке оболочки толщиной l до скорости  v=7 000 000 м/с давлением света под ней. Вот хочу - и все! Зная давление P из температуры фотонного газа T, я хочу оценить за какое время это можно было бы сделать, если бы (да кабы!) оболочка оставалась непрозрачной.
Представим для начала оболочку некой супертвердой супернепрозрачной материей (абстрактным абсолютно твердым телом) с плотностью ρ  как у вольфрама, а давление света под ней - постоянным.
V- объем, F-сила, m - масса, S  - площадь.
Школьная физика от Перышкина нас учит:





Не совсем школьная (σ- постоянная Стефара-Больцмана, Т - температура термоядерной плазмы в бомбе) говорит:



в результате:



Пусть толщина оболочки - 5 см = 0,05м.
Плотность вольфрама 19 252 кг/м3
Возьмем температуру внутри термоядерной бомбы оценочно в 110 000 000 К
Тогда время разгона до 7 тысяч км/с нашей оболочки составит 1,96E-07 с.
190-200 наносекунд.
Свету, что бы пройти эти 5 см через вакуум нужно всего 1,67E-10 с, то есть, если очень упрощенно, что бы разогнать оболочку до заданной скорости, скорость проникновения света сквозь эту оболочку должна быть как минимум в 1000 раз меньше скорости света. 300 км/с.

Почему я зацепился именно за скорость тепловой волны?

Это и есть скорость выхода света через оболочку на ее поверхность (до тех пор вся энергия остается заперта внутри бомбы).
Эта модель - примитив дилетанта. Все там много сложней (Тут нужен Зельдович, Станюкевич и Ландау в придачу!).
Но любая сколь угодно сложная модель должна допускать задним числом аппроксимацию некой упрощенной (любые сколь угодно сложные вещи имеют свойство объясняться просто).
Вдруг моя детская модель на это годиться?
Шанс есть.
Смотрите.
У вас тепловая волна движется со скоростью почти тысяча км/с. Значит в 300 раз медленней чем свет. А по моей оценке надо в 3 раза дольше. Хотя, если взять h поменьше (как получил я) то по времени - вкладываемся.
В общем, мое упрощение мало что пока показывает.
Ни да ни нет.
Но что оно показывает, что необходимое время "удержания света" (хотя возможно бесполезное) у меня обратно пропорционально четвертой степени температуры. То есть нужное время "задержки" очень чувствительно к оценке температуры фотонного газа. Увеличьте ее в два раза и скорость волны нужна уже в 73 раза меньше света.
Еще раз.
Это расчет  на участке оболочки. Вы считаете все время сферу, как я понял? Но сфера - не лучшее решение. Форма- отдельная тема рассуждений. И если мы  прорвемся к цели на этом ма-а-а-леньком участке оболочки, нас возможно ждет настоящий подарок природы в самом расположении уже деталей изделия.
Я уже вижу просто чудесную конструкцию заряда. Никто нигде никогда к ней и близко не подошел. Хотя я не понимаю, как к нему можно не прийти, зная как на самом деле работает межпланетный тяговый модуль Ориона. Дайсон просто ОБЯЗАН был в эту идею уткнуться носом, владей он секретом водородной бомбы и секретом Ориона... А он всем этим точно владел. И куда лучше чем я (полный профан в физике!)

Да, общая энергетика всего устройства тут пока не оценивается. Но лично мне ясно что если мы таки разогнали оболочку в фронт плазмы со скоростью 7 000 км/с до того как свет вышел на поверхность, то наша разлетающаяся плазма в общем то впитала практически всю энергию взрыва в виде своей кинетической энергии.
Фотонный газ просто тупо  "всосался" в это движение. Куда ему еще деться? Это же энергия, которая тупо должна сохраняться как ни крути. И если она пока что не вышла на поверхность, но оболочка уже разогнана до 7 тысяч, то на вспышку рентгена остается десятая часть!  Ну там, 10-20% может быть и все же сбежали как вспышка рентгена. Куда без этого? Но нам это уже не важно.

Это, конечно, мои фантазии-хотелки.
Но есть надежда, что не беспочвенные.
Дайсон не зря два раза в статье "Межзвездный транспорт" намекает на  оболочки сверхновых звезд, которые разбегаются со скоростью 10 тысяч км/с.
Что разгоняет эти оболочки до таких скоростей?
Давление света. Других кандидатов нет.

[alex_semenov]

т.е. нужно просто сделать бомбу чуть горячее? не 110, а скажем, 220 млн К?

Если совсем просто, то в общем то да.
Но это та простота, которая хуже воровства.

О святой простоте.
Когда почти год назад я увидел эту формулу:



я в ней уловил сходу одно: T₁ - в третей степени (мне понятно почему, наше знакомство с Elind здесь и началось по-сути с этого при разговоре о КВС-гравицапе).  Свет идет сквозь толщу преграды крутым фронтом (этим и отличается нелинейный лучевой теплоперенос от линейного, насколько я могу судить) и время  прохода фронта через преграду толщиной l грубо получается:

 
А мои влажные юношеские ожидания выше, утверждают что время разгона этой самой преграды давлением запертого света:



Надеяться на чудо (что энергия света большей частью уйдет в импульс материи) можно только, если t₂ < t₁. И желательно в разы! И если (если! но не факт!) все остальные параметры в расчетах "статичны" (слабо зависят от температуры фотонного газа), то получается что подняв температуру газа в n раз, мы и улучшим для себя соотношение времени в n раз. Но даст ли это пользу - зависит от абсолютных значений сравниваемых параметров.
В этом была надежда и неопределенность (она же сохранилась).

Но!
И вот тут уже о простоте худе воровства.
Во-первых это противоречит уже двум имеющимся у меня простым моделям. Прошлогодней от Elind и еще более древней от AlexAV. Насколько  я могу судить, там получается все наоборот. Выше температура (у Elind - плотность) - выше потери.
Но (возможно я и не прав, каюсь заранее) все эти модели - сферический конь в вакууме.
Достаточно грубы.
Куда лучше, чем у меня (я и рядом не стоял), но тоже не достаточно адекватны.
Так, например, (я во всяком случае считал так) температура T₁ высчитывается как "средняя по больнице". Берем УСРЕДНЕННУЮ энергию всего изделия, делим на среднюю плотность заряда и размазываем это как плотность энергии фотонного газа по всему объему.
Даже если бы вся масса бомбы у нас была сосредоточена на переферии, а фотонный газ гулял (можно сказать) в абсолютно пустой середине мы бы должны были иметь  уже совсем другую модель, скажем, теплопереноса.

То есть "поднять температуру и все"  - не получится. 

Нечего там поднимать. Температура там в разных местах - разная. И есть места, где температуры более чем достаточно. То есть, если такой механизм и есть, то он должен уже работать в реальных водородных бомбах.
Но почему не работает?
Можно придумать массу причин. Например все мои фантазии - фигня если у вас половина энергии из урановой оболочки. То есть "грязная" бомба.
Главный аргумент против моих мечтаний - взрывы (правда очень допотопных водородных бомб, скорей всего грязных) в космосе в 1950-1960-х наглядно показали что разлетающейся плазме достается церковная десятина (в лучшем случае, некоторые умники на Авиабазе пытались и ее отобрать чуть ли не до нуля!). Остальное уходит в свет. Где чудо?
Я НАДЕЮСЬ, что все дело именно в конструкции бомбы. Вы же видели типичную конструкцию обычного боевого заряда?

Вот представьте (хотя это пример неудачный, тут грязный усилитель который все испортит! Но допустим уран в оболочке мы тут заменили на вольфрам). Вторая ступень. В ней "лидочка" D  уже выгорела и дала пол миллиарда Кельвин в полой сфере F (хотя там есть еще  одна сфаре E, но не суть. Учтите - это еще и сильно сжато!) Вот оболочка F начала разлетаться с нужной нам скоростью 7 тыс/км. Чудо случилось. Помечтаем. Что дальше? А дальше эта волна упорядоченной материи налетит на материал в световом канале, на внешнюю оболочку, на шар плазмы от  более "холодного" первичного модуля... Представили? Начинается гидродинамика и "стиральная машинка". И вся упорядоченная энергия (плотность ее - чудовищна!)  опять (микросекунды) сливается в хаос. То есть в ... свет. Рентген.
Если и был у нас эффект, то что было - то сплыло.
Как учил В. И. Ленин?
Энергию (власть) мало взять. Ее дальше надо унести (удержать). А для этого нужна бомба специальным образом устроенная.
Я во всяком случае надеюсь, что это все-таки уже как-то научились делать, когда разглядываю картинку из статьи Тейлора (уверен 40% - это крайне консервативная оценка. В таких статься дают явно заниженные данные):

в СН, кстати, оная температура составляет от 1 (перед смертью) до (момент вспышки) 10 млрд К...

Тут еще нужно смотреть где эта температура? В центре или на поверхности?
Вы знаете сколько фотон из центра Солнца путешествует на поверхность?
Миллион лет.
Но согласен. Там и размеры "чуть" иные. Размер имеет значение. Но и материя там полегче, кстати. Z там у разлетающейся плазмы не бог весть какой (первая половина таблицы Менделеева), да и плотность (если не ошибаюсь) чуть другая чем в бомб... Подобие тут очень общее. Это надо тоже иметь в виду и сильно не раскатывать губу.

Да, идея скорей всего - ерундовая. Надо быть маньяком (возможно даже профаном?) чтобы тут на что-то надеяться. Из тысячи маньяков, вцепившимися в свой навязчивый бред только одному повезло вцепиться в что-то стоящее. Но если все маньяки прозреют, "поумнеют", то у нас как у человечества дело - труба. Так что ... "Делай что должен и будет что будет!" (с) 

[alex_semenov]

Valerij56!
Валерий? 1956-го?  Много видели? (Реальное лицо на аватаре - это всегда сильная позиция). Я конечно зря вам там отвечал так нагло-развязано. Мы вроде тут впервые общаемся? Не красиво с моей стороны. Извините. Но я пользуюсь принципом: только хорошего человека можно послать нах... если послал плохого - туда ему и дорога!

Я понял вашу мысль очень хорошо. Я через это проходил много лет назад.
И в общем-то вы от части правы. Но только от части. То есть вы даже не понимаете насколько вы не правы.
Истина глубже и неприятней.
Отсюда тут такой пессимизм гуляет.
Но мы- стоики?

Вы достаточно (и содержательно) написали что бы я понял что вы понимаете, а что нет.
Вот и давайте в два шага попробуем сравнить "картины мира" если вы настроены серьезно.
Мне кажется вы сможете осилить много букв (если действительно из 1956-го)

Удельная мощность. Энерговооруженность.
Вы понимаете что это такое? Это - просто. Очевидно.
Количество ватт на килограмм.
Почему я вокруг этого пляшу? Потому что это - основа темы.
Но я не видел ни одной статьи (даже серьезной, не говоря уже популярной) посвященной межзвездным перелетам где вопрос об удельной мощности ставился как КЛЮЧЕВОЙ вопрос межзвездного полета.
Нет пока что понимания этого у "массового носителя идеи"
И я не удивляюсь что и у вас - тоже.
Вы как?
Вы понимаете почему удельная мощность звездолета - главная проблема МП (межзвездных полетов)?
Все остальные - в прицепе к ней.
Это - точка отсчета. "Сильное обобщение" без которого бессмысленно прикасаться к теме.
Не понимаете этого - не понимаете ничего.
Согласны?
Если нет - то я попробую вас убедить. Наберитесь терпения. Это - действительно важнее всего остального.
Без этого - как заниматься физикой, не понимая трех законов Ньютона.
Закон энерговооруженности - первый закон звездоплавания.
Энерговооруженность первое и значит главное препятствие на пути к звездам.
Не скорость света, не калорийность топлива. Эти препятствия тоже есть. Но они не самые ограничивающие. Самая ЖЕСТКАЯ проблема - энерговооруженность.
Вот этот график вы видели?



Сторожили темы его видели сто раз. Но вы вроде как сюда вклинились недавно? Объясняю.
Представьте некую абстрактную ракету, для которой мы можем произвольно выбирать скорость истечения из сопла u в широком диапазоне скоростей. На графике это ось абсцисс. Скорость истечения ракетной массы из сопла.

Здесь рассмотрен очень конкретный пример по дистанции перелета. Наша ракета совершает перелет к Альфе Центавре. L= 4,5 св. лет. И делает это по наименее энерговооруженной траектории. То есть, она предельно медленно разгоняется и тормозиться. Она не выключает двигатель весь перелет. Разгоняется, разгоняется, разгоняется с минимально возможным ускорением доходит до "середины" (на самом деле это совсем не геометрическая середина дистанции) и развернувшись хвостом к цели все так же медленно тормозит... Разумеется, так как она все время теряет массу, она движется с разным ускорением в начале и в конце. В общем,  задача расчета такой ракеты - очень интересная задача. Я ее осилил не сразу (исходную формализацию вообще сделал наш местный гуру от физики AlexAV и показал этот же график нам но без решения, пришлось решение искать самому, за что я ему очень благодарен как учителю).
Вы понимаете, ПОЧЕМУ данная АБСТРАКТНАЯ ракета имеет ЭКСТРЕМАЛЬНО минимальную энерговооруженность? Любая другая может лететь эту же дистанцию иначе, быстрей разгоняться, быстрей тормозить, какое-то время лететь по инерции. Но любой такой другой ракете потребуется уже большая энерговооруженность. Большее ускорение. А этой нужен минимум. Меньше сделать никак нельзя. Просто не позволяет данная дистанция.
Понять что это траектория с минимумом мощности - очень важно. Нужно ПРОЧУВСТВОВАТЬ драму! Надо ОСОЗНАТЬ ФАКТ, Что снизить этот минимум при перелете ЛОГИЧЕСКИ невозможно. Если вы это поняли - вы на пол пути к просветлению. Дурак на такой подвиг духа не способен. Ну и хрен с ним! Вы, я надеюсь, сможете! Я верю в вас!
Далее.
Для этой гипотетической ракеты мы можем четко определить энерговооруженность
M₀ - масса пустой ракеты. W -  это полезная мощность ракетной струи. Вычисляется она просто. Мощность это Джоули за секунду. Если наш, не важно какой, гипотетический ракетный двигатель, за каждую секунду отбрасываете  m_t [кг/с] рабочей массы, то   W = m_tu²/2. То есть W - секундная кинетическая энергия отбрасываемой массы. Это просто и очевидно. Атомный, анигиляционный, ионный, фотонный... это все НЕ ВАЖНО какой принцип (фотонный я сюда зря приплел ну да ладно).
Что за двигатель? Нас это не волнует. Любой двигатель этому подчиняется. При этом внутри него будет выделятся мощность заметно больше W. Двигатель же не все превращает в полезную работу. Часть идет в потери (скажем тепловое движение струи) и в паразитку (нагрев и разрушение двигателя). Верно? Но нас тут интересует именно только полезная мощность. Мы ведь этим графиком показываем предельную границу. Барьер. Нам нужны параметры НЕ МЕНЬШЕ чем... Поэтому тут берется W - полезная.
Далее.
Энерговооруженность. Ракеты. Назовем это маленькой w. Это W/M₀
Да, у ракеты есть какая-то ракетная масса и она делает общую массу ракеты переменной. Но она расходуется и поэтому бессмысленно ее считать в балансе энерговооруженности. Ракета это сооружение с пустыми баками. Нас как инженеров интересует именно минимальное w для минимально энерговооруенного перелета к Альфе Центавре.
Улавливаете цель расчета?
Строится система уравнений и в итоге мы получаем зависимость времени перелета в зависимости от выбранной нами для ракеты u и w

t =f(u, w)

Не будем лезть в дебри. Если есть желания, я вам разжую решение. Это интересно. Но это в общем то задача для упорного школьника.
Результат ее решения - на графике выше.

На этом графике каждая кривая соответствует определенному  w, который выбирался произвольно с шагом на порядок.
10 ватт/кг (то есть полезных ватт в двигателе в ракетной струе на килограмм пустой межзвездной ракеты)
100 ватт/кг
1000 ватт/кг
10 000
100 000

Каждая кривая подписана.
Что интересно? Видны экстремумы. Минимумы. То есть, оказывается, для каждой ракеты есть оптимальная скорость истечения u при которой ракета затрачивает минимум энергии и поэтому быстрей добирается до цели.
Оценили  "открытие"?
Для многих это действительно открытие. Некоторые достаточно образованные до сих пор верят что чем больше u тем ракета эффективней (благоглубость подаренная нам братьями Стругацкими в "Страна багровых туч").

Почему это так, есть экстремум - отдельная и красивая (опять таки) задача теоретической космонавтики (и вот ее можно уже встретить во многих книгах по ракетной динамике).
Но для нас в этом графике самым главным откровением является иное.
Годы.
Время перелета - годы.
И каждая кривая - это БАРЬЕР. Абсолютный барьер. Непреодолимый барьер. Такой же абсолютный как скорость света. Даже нет. Еще более непреодолимый. Ибо тут самая примитивная, базовая физика из учебника Перышкина (по сути).
Алькубьери и спутанность тут НЕ ПРИПЛЕТЕШЬ.
Нельзя имея энерговооруженность 100 вт/кг ракеты и добраться до Альфы Центавры БЫСТРЕЙ чем за 2000 лет.
Видите?
А имея 10 кВт/кг  вы не можете туда прилететь раньше чем через 400 лет.
Это тоже видно?

Энерговооруженность - это приговор.
Я это понял чуть раньше из куда более простых соображений. Я брал даже не ракету а некий гипотетический звездолет постоянной массой M₀ и с неким гипотетическим двигателем который (для простоты) равномерно разгонял наш аппарат до середины дистанции L/2 приобретая пиковую  скорость v. А потом так же тормозил у цели. В итоге время перелета было t= 2L/v. Это легко понять. Это задача для третьего класса. И так как полезная энергия в точке поворота E =M₀v²/2, то легко высчитать и  полезную мощность (о реальной речи нет!) этого гипотетического двигателя.
W= E/t/2. Следите? Отсюда высчитать и его энерговооруженность.
Все просто.
Примитивно просто.



Посмотрите. Если в прошлой задаче про ракету мы хотя бы знали что это ракета, то тут мы даже не знаем что это за двигатель (и даже движитель). Какая-нибудь прямоточка Бассарда? Может быть. Да хоть паровоз на межзвездных рельсах!
НЕВАЖНО. Важно, что есть законы "школьной" физики, которые диктуют нам твердое условие: для перелета к звезде на дистанцию L за выбранное вами время T  ваш аппарат, не важно как он устроен, должен иметь энерговооруженность не ниже некого минимума энерговооруженности w. И это минимальное w прямо пропорционально квадрату L и обратно пропорционально кубу T.
Тип привода только меняет коэффициент при этой пропорциональности.
Вот почему я  действительно вроде как тут "гуру".

Это - фундаментальный закон звездоплавания, который выведен на этом форуме совершенно случайно, пардон, мной и ни одна "б-ядь" нигде на просторах  интернета его не опубликовала до сих пор (хотя может быть уже кто-то это уловил и где-то пересказал). Никто до этого форума не проговаривал это ВОПИЮЩЕГО ФАКТА так ясно и четко как это делаю вам я здесь сейчас.
Это - шокирует. Всякая работа по звездолетам должна начинаться с этого! Но нет!
Начинается с баек про антиматерию и ядерное топливо.
Это тоже важно. Но это - второстепенно. Если люди не понимают этого (что первично, что вторично) - они не понимаю в вопросе межзвездных перелетов ничего! Они - профаны.
То есть теория звездоплавания (назовем это так) до сих пор - алхимия. Лженаука. А все кто вокруг этих тем толкаться, в общем-то, шарлатаны. Поэтому всех вновь прибывших тут часто встречают недоброжелательно...

Если вы понимаете этот принцип, осознаете его непреодолимую перво степенность, вы  (возможно впервые в жизни) реально прикасаетесь к проблеме звездоплавания, а не собираете марки с красивыми картинками (аннигиляции, бульбуляция, д-хренация...).

Закон энерговооруженности звездолета - качественный и количественный.
Его вывод - обескураживающий. Еще раз смотрите на график для ракеты (хотя ракеты - не единственный вид привода. Но наш спор возник именно вокруг ракет, верно?).
Если вы хотите долететь хотя бы до ближайшей звезды за приемлемое для вас время (ну хотя бы столетие-два!) вам нужна ракета с ЧУДОВИЩНОЙ энерговооруженностью.
Как она должна быть устроена?
Это не важно как. У любой ракеты можно вычислить энерговооруженность. И она должна быть в итоге просто очень большой. Запредельно большой. Обескураживающе большой. Если на графике выше для каждой кривой взять оптимальное u, то можно  построить семейство кривых времени оптимального перелета ракеты с оптимальным истечением  на произвольную дистанцию (дважды оптимально-минимальной ракеты!):



И из него видно, что нам нужна не просто хорошая удельная мощность. Нам для ЛЮБОГО звездолета нужна просто фантастическая удельная мощность!
Пока - все.
Продолжение - следует. Я еще не закончил. Я беру паузу. Поизучайте то, что я вам рассказал и показал. Если вы это видите в первый раз,  и если вы с этим не согласны - дальше двигаться просто бесполезно. Это будет метанием бисера перед свиньями.
Я не пытаюсь вас унизить. Просто это действительно очень важно, если вы хотите вникнуть в тему по-взрослому.

[alex_semenov]

Вот этот график вы видели?

На этом графике 1000 Wt/kg, 4,5 св. лет = 900 лет.

Посмотрите.

Посмотрел таблицу 1000 Wt/kg, 4,5 св. лет = 487 лет.
Мне не понятно.

Я не понял ваше затруднения? Единственно что там может сбивать с толку, что 1000 написано как 10 00.
Я говорил:
100 вт/кг - 2000 лет.
10 квт/кг = 10 000 вт/кг ~ 400 лет.
А если брать 1 квт/кг =...
Ага...
Я понял... Вы о таблице на этой картинке?


Так это же совсем другой ПРИВОД! Это вообще нечто гипотетически-волшебное.
С чудесным двигателем и волшебным движителем где вся полезная мощность тратится на разгон.
Не ракета.
В ракете как у ДВИЖИТЕЛЯ есть свой КПД. Меньше 1 (в оптимуме ~0.6). То есть полезная мощность струи W не всецело расходуется на прирост кинетической энергии пустой ракеты. Поэтому у ракеты будут показатели заметно хуже чем  у волшебного двигателя (где этот кпд ~ 1) что вас и сбивает с толку.
Я ведь сказал, что закон энерговооруженности действует для ЛЮБОГО привода (прямо пропорциональна квадрату дистанции, обратно кубу времени перелета). А тип привода только меняет коэффициент. Вот разные коэффициенты для ракеты и для гипотетического двигателя (в таблице) вас и сбивают.
Понятно?

Вообще-то мы рассматривали помимо равноускоренного волшебного и ракетного, еще некий с равной мощностю (ускорялся по гиперболе), там получился третий коэффициент но при том же L²/T³. Кстати этот неизвестный тип привода оказался самым энергетически оптимальным движителем, что не удивительно (вот у него кпд=1). Хотя в природе его может и не быть. 

(кликните для показа/скрытия)

а может и быть.... гм... но это совсем-совсем другая история... до нее бы дожить... Вот если мы действительно найдем Золотой Грааль, "Загадку Дайсона" и покажем как можно разогнать тяжеленный взрыволет до 0.03с с массовым числом 3, я вам покажу как можно разогнать с него очень легкую вторую ступень до 0.3с... Но пока - тс.с.с.с! Не спугнуть идею... они очень пугливые...

[alex_semenov]

Тут любят кидаться такой фразой (типа) 450 страниц в теме (уже 479)  - и ни какого обнадеживающего результата!
Это ли не доказательство что тема - дерьмо?!!

"Шеф все пропало, все пропало, шеф!!!" (с)


Так вот.
На форуме появилась такая функция как фильтр. Включаешь по данному участнику темы и смотришь сколько этот автор тут написал.
Я выбрал себя. Получилось 68 страниц.
То есть я написал в эту тему 68/480  ~ 14%. Я конечно самый плодовитый тут. По-сути я и тяну эту тему.
Хотя у темы есть отец-основатель. Всеволодсон. Я отфильтровал и его (правда его банили и он менял ники, но не суть. мы же статистикой тут занимаемся плюс-минус лапоть...)
Он написал сюда 7.9%.
Я решил выбрать еще пару соратников, которые ГАРАНТИРОВАННО выступали тут по существу (так сказать "совет главных конструкторов"). Редко но метко. Например всеми тут почитаемый AlexAV (кто нибудь скажет что это не достойный располагаться в призидиуме местных академиков муж?!) У него 2% на этой ветке. Ну а такие молчуны как Фортунатус тут и одной страницы не заполнил. То есть. Тенденция очевидна...

14+8+2+ (1)... ~ 25%

Это, пардон, можно сказать СОДЕРЖАТЕЛЬНАЯ часть всей темы. Хотя, конечно я - графоман. Мог бы и поскромней. По сути я бы оценил долю своей графомании (от всего написанного здесь всеми ) в 5%.
То есть из 68 моих страниц 24 (5% от 480 страниц) - графоманские излишества. 35% всего написанного мной можно было бы не писать (я знаю, найдутся такие, кто скажет что я процент флуда у себя занизил - но надо понимать долю иронии в этой всей математике).

Почему я отнял от 25% 5 процентов (присвоив все это себе как графоманию)? Потому что согласно эмпирическому закону Парето 80% полезной работы приходится на 20% усилий и остальные 20% на 80% усилий.
То есть мне, как заводиле, должно было бы принадлежать "по справедливости"  9-10% всех текстов. Как местному "кормчему".
Я оцениваю, что  составленный мною убывающий список местных гуру (первые названы, остальные ушли в 1%) - это список тех 20% сообщений, которые и создают почти весь контент - 80% ценной информации.
Обратите внимание. Я не говорю что все кто не попал в мой "элитарный" список - тут бесполезные флудеры. Я же говорю о сторожилах и завсегдадаях плюс редкие кто по-существу. Но есть и те кто давно, завсегда и не попадают в мой список. Обидно? Не думаю что сильно.
Они тут не лишние. Отнюдь. Они тоже вносят свою лепту. Задают интересные вопросы порой, поддерживают атмосферу (скажем так). И законные 20% содержания тут - это их вклад (возможно опосредовано). Хотя их текстов тут - большинство 80% (вернее 75% - 5% - флуктуация моего графоманства).

В итоге.
Долю полезного текста в данной ветке в страницах можно оценить так: 20% от 480-и страниц. Это 96 страниц. Даже меньше 100.
И?
Вы хотите сказать что тема гнилая и старая, исчерпала себя?
Гадить тут надо меньше разговорами "о любимых блохах"!
И все будет ок!
 
Вот какого черта тут опять завели о гибернации, кораблях поколений, замкнутой биосистеме?
Ладно бы это было связано с темой двигателей.
Но ведь спор ВЫ_С_РАЛСЯ опять в исключительно абстрктном ключе "полетим-не полетим"!
Мало тут для этого других тем рядом?
Совесть имейте!
 

[alex_semenov]

Библиограф, вы сами то верите в то что сказали? Я думаю вас просто мучает обычные человеческие пороки. 
У нас есть яркая "контролная тема" рядом. Про сверхсвет. Вот ее длину и содержание - оцените!
Там точно содержания нет и быть не может...
 
Ps
Посмотрел. Ее вообще закрыли оказывается.... на 11 странице сдохла. "Что и требовалось доказать!" (с)
Форма соответствует содержанию 100%!
 

. . .
В ракете как у ДВИЖИТЕЛЯ есть свой КПД. Меньше 1 (в оптимуме ~0.6). То есть полезная мощность струи W не всецело расходуется на прирост кинетической энергии пустой ракеты. Поэтому у ракеты будут показатели заметно хуже чем  у волшебного двигателя (где этот кпд ~ 1) что вас и сбивает с толку.

Я тут намутил на самом деле.
Каюсь.
Исходный пример с абстрактным приводом равноусконенного движения - очень мутный. Он хоть и простой на первый взгляд, но простота тут крученая (сложная). Суть в чем?
Если вы хотите ускоряться равномерно при ДВИЖИТЕЛЕ со 100% эффективностью (скажем зубчатое колесо по зубчатому рельсу), то вы должны все время увеличивать мощность двигателя. Ну это как автомобиль. Вы ускоряетесь и двигатель рычит все громче и громче. Обороты растут, а вы переключаетесь в коробке скоростей. Если бы у вас была плавная безразмерная коробка скоростей то вы бы и получили бы такой вот абстрактный привод.
Но что тогда означает W=2E/t ?
А это усредненная на участке мощность. В общем-то получается никакой это не предел. В конце разгона вам нужна мощньсть выше чем мы тут вычислили (1000 ватт/кг при ~500 годах перелета или "поездки" скорей всего)
Если быть строгим, то все это надо указать.
Нельзя себя путать в таких вещах.
Но меня покупала простота вывода очень больших значений (миллионы ватт на кг если хотим по-быстрячку мотнуться!) для этого случая. Ясно было что копейки тут уже роли не играют, когда счет идет на порядки.

[alex_semenov]

Листал, листал тему, но так и не нашел ответ: какая будет перегрузка в "отсеках для экипажа на картинке" при подрыве единичного заряда?

Какая надо - такая и будет!
Вам какая надо?
2g? 3g?



Нет, если вы включаете двигатель уже в космосе, на орбите, то наиболее комфортно 1g, как известно. Постоянно 1g. Вы кино смотрели?

http://www.youtube.com/watch?v=JtYisD7RqWk#

Особенно хорошо показана динамика маятников с 2:20. Когда начинается торможение у Марса. Обратите внимание. Тут хорошо видно что амортизатор(маятник) - двойной. И хорошо показано как оба маятника работают. Самый резкий удары получает только плита-зеркало. Но уже даже нижняя часть "основного амортизатора" испытывает на порядки меньший удар из-за смягчения промежуточным амортизатором. Попробуйте увидеть. А сам корабль разгоняет пла-а-а-а-вно (хотя там не все так просто и очевидно, по идее, если не отказывает мне мое знание школьной физики, там должно "качать  как на палубе одесского пароходика в свежую погоду" это если не предусмотреть компенсацию синусоидальной передачи импульса  в главном амортизаторе).

И еще, как вы думаете, насколько лет хватит аммортизаторов  при таких адОвых нагрузках?

На сколько надо - на столько и хватит!

"Адовы нагрузки" - на плиту (я бы назвал это зеркалом). Вполне рассчитываемые и потому все предсказуемо. Поэтому, кстати диаметр плиты - имеет значение. Уменьшить давление под порог разрушения можно только увеличив площадь плиты (это для межпланетного Ориона, межзвездный с магнитным зеркалом - отдельная песня).

(кликните для показа/скрытия)

Хотя вру. Не только диаметром. Это сначала думали что только диаметром. Но потом нашлась уловка которая позволила все-таки уменьшить плиту с 40 м до 10м. Но что вам рассказывать? Если вы плаваете в арифметике, зачем вам интегралы?

Именно что бы на амортизаторы не было такой нагрузки и сделана "подушка" между плитой и ногами амортизаторов.
Видите?
Там люди работали несколько лет и все четко посчитали. И ни раз. Рассматривали самые разные конструкции. Выбирали лучшую.

Ну а здесь просто сферическая математика в вакууме:
...
При таком ускорении речь уже идет не о людях или даже электронике, но и сам корабль просто "сомнёт в 0" в лучшем случае, а скорее всего всё вещество просто перейдет в аггрегатное состояние под названием плазма.

В чем вы правы - что при таких ускорениях вещество себя ведет совсем не так как можно интуитивно это себе представить. Но данные ускорения - ВНУТРИ бомбы. Водородной. Понимаете?
Причем тут экипаж, агрегаты?
Если мы говорим о звездолете (с планетолетом можно сказать вообще нет вопросов!), то ситуация видится  мне так.
Бомба будет взорвана примерно на пол км от зеркала звездолета (дистанцию надо уточнять расчетом, возможно понадобится и 5 км, например). Там будет вспышка, к зеркалу полетит та самая плазма, разогнанная за 200 нс с чудовищными ускорениями.
Но уже на зеркало это будет давить куда мягче. Да, импульс будет все равно коротким и сильным. Но оценить порядок времени остановки плазмы просто. При подлете к зеркалу скорость будет меняться с 7000 000 м/с до 0.  При (условно) равномерном торможении плазмы в магнитном поле, средняя скорость ее движения на дистанции к зеркалу 3 500 000 м/с. То есть дистанция в 500 м  буде плазмой преодолена за 0,00014 с. Это и есть время импульса по зерклу. То есть за 143 000 наносекунд. Если этого мало то с пяти км будем тормозить в 10 раз дольше. В общем, в тысячу-десять тысяч раз дольше. Уже легче для зеркала. Верно? Об экипаже (и даже стойках амортизатора) тут речи нет. Они за двойным амортизатором (накопителем энергии на самом деле).
Кстати, из соотношения можно понять что в бомбе ускорение происходить должно на дистанции порядка 50 см. То есть на дистанции, сопоставимой с размером бомбы.

Кстати, у межпланетного Ориона зеркало материальное и хотя там скорость в 100 раз меньше (~70 км/с), дистанция торможения у плиты - куда меньше чем в магнитном зеркале ( в лучшем случае - сантиметры) поэтому ударные нагрузки на оба зеркала (материальное у межпланетного и магнитное у звездолета) в принципе должны быть сопоставимы.

Поймите. Над "Орионом" работали не лохи. Так прочность и механику плиты рассчитывал авиационный инженер, разрабатывавший в свое время XB-35:

Над физикой работал Дайсон - по-сути отец квантовой электродинамики. Физик высочайшего класса.
Вы что думаете? Они совсем ДЕБИЛЫ были, что не увидели неких очевидных сложностей, от которых у вас расширяются глаза как у обычного обывателя?
Они - безумные ученые готовые сесть яйцами на атомную бомбу и подорвать ее, а вы - мудрый... троглодит, хватаете их за руки и отговариваете от очевидного безумия?



Между прочим Дайсон и Тейлор на полном серьезе рассчитывали САМИ полететь на своем детище. То есть все считали и проектировали буквально для себя!



Ладно бы вы демонстрировали такую обывательскую "мудрость" где-нибудь в фейсбуке.
Но здесь что вы делаете с такой "физикой" в голове?

В этом и есть психологический парадокс "Ориона". "Орион" - тест на вашу интеллектуальную развитость. Насколько ваше понимание физической картины мира ДОМИНИРУЕТ над вашей интуитивной "физикой" троглодита. Понимаете? Если вы увидев концепцию не бросаетесь считать на салфетке кажущиеся вам узкие места (скажем, давление на плиту, что и сделал Дайсон, когда ему объяснили идею на пальцах), а  крутите у виска, пучите глаза и падаете на пол от смеха, то вы - массовый идиот. И лечиться не собираетесь. Это не должно вас обижать.  На медицинский диагноз нельзя обижаться.