Двигатель для межзвёздных перелётов

[ivanij]

Формула Афонасьева я не знаю, но нет сомнения, что увеличение массы (но не габаритов) объекта требует усиления ДУ.

 Правильно. Увеличение массы на несколько процентов соотв. увеличению мощности двигателя в разы.

[Иван Моисеев]

Формула Афонасьева я не знаю, но нет сомнения, что увеличение массы (но не габаритов) объекта требует усиления ДУ.

 Правильно. Увеличение массы на несколько процентов соотв. увеличению мощности двигателя в разы.

Не связано. Мощность двигателя можно вообще не увеличивать, увеличить время его работы. И не в разы, конечно, а тоже на несколько процентов.
Если вы посмотрите на лист характеристик обычного ракетного двигателя (не электроракетного) - вы не увидите там мощности. Вычислить ее легко, но она никого не интересует. Важны тяга двигателя и скорость истечения.

[ivanij]

Мощность двигателя можно вообще не увеличивать, увеличить время его работы.

 Да, можно, и я об этом писал, как и о том, что время полёта при этом увеличивается.

[vasanov]

Мощность двигателя можно вообще не увеличивать, увеличить время его работы.

 Да, можно, и я об этом писал, как и о том, что время полёта при этом увеличивается.

 Увеличивается не только время, но и расход рабочего вещества. При малой мощности двигателя мы с меньшей скоростью сможем отбрасывать рабочее вещество, значит его понадобится больше, чтоб получить необходимый импульс. В идеале, нужно отбрасывать рабочее вещество почти со скоростью света и желательно, чтоб оно было холодным, не выше температуры окружающей среды, чтоб зря не подогревали космос.

[Иван Моисеев]

Мощность двигателя можно вообще не увеличивать, увеличить время его работы.

 Да, можно, и я об этом писал, как и о том, что время полёта при этом увеличивается.

 Увеличивается не только время, но и расход рабочего вещества. При малой мощности двигателя мы с меньшей скоростью сможем отбрасывать рабочее вещество, значит его понадобится больше, чтоб получить необходимый импульс. В идеале, нужно отбрасывать рабочее вещество почти со скоростью света и желательно, чтоб оно было холодным, не выше температуры окружающей среды, чтоб зря не подогревали космос.

Я имел в виду несколько иное. При прочих равных (скорость истечения, удельная тяга (мощность) двигателя, масса топлива) можно добиться необходимой крейсерской скорости снизив мощность (тягу) и увеличив время активного участка перелета. (Это аналог обычной схемы работы современной РН при отказе одного из нескольких двигателей, ПН на орбиту все равно выводится, но оставшиеся двигатели работают дольше.)

Для адептов Веселого Роджера вчерашняя статья:
Wind Rider: A High Performance Magsail
https://www.centauri-dreams.org/2021/11/19/wind-rider-a-high-performance-magsail/

[noxx77]

Вообще, в космонавтике считают, что чем больше масса и габариты объекта - тем он лучше.

Эмм... Ну, космонавтика - отрасль практическая. На большой аппарат нужен большой РН, к нему большой стол и цеха - мы говорим о современных делах. Да, большой аппарат позволяет больше сделать, но и больше потребует. Плюс масштабирование не всегда на пользу: если с меньшей ракеты на бОльшую - меньше относительная масса несущих конструкций, то к супертяжу придётся, как я знаю, решать более сложные проблемы с резонансами в самой системе и прочими динамическими нагрузками. Плюс "больше", как правило, означает "дороже". Так что мне не совсем понятно, что здесь имеется в виду под "лучше" - оно всегда применимо к конкретной ситуации/сумме параметров и всегда представляет некий компромисс между желаемым и возможным.

Кроме того, аппарат можно сконструировать так, что запасы топлива и конструктивные элементы будут играть роль этой "брони".

Несомненно. Более того, к поверхности можно расположить более стойкие к радиации запасы и механизмы станции, включая СОЖ - это добавит защиты. По сути как таковой "брони" может вообще не быть - её роль распределися по конструкциям и мезанизмам, которых, по сравнению с биомассой человека и жилыми объемами неизбежно окажется на порядки больше.

[noxx77]

Не связано. Мощность двигателя можно вообще не увеличивать, увеличить время его работы. И не в разы, конечно, а тоже на несколько процентов.
Если вы посмотрите на лист характеристик обычного ракетного двигателя (не электроракетного) - вы не увидите там мощности. Вычислить ее легко, но она никого не интересует. Важны тяга двигателя и скорость истечения.

Это не интересует на малых скоростях до десятков км/с, то есть десятитысячные доли световой.  Чтобы поиметь дельта-вэ в десятые доли световой за вменяемый промежуток времени хотя бы десятки лет, нужны мощности движков на сколько порядков больше - к той же массе? По расчетам Семёнова выходит, что время перелёта напрямую зависит от соотношения энерговооруженность/масса, но, чем больше тяга, тем мощнее и тяжелее движок.

Так что не считать мощность уже не получится. Я, конечно, гуманитарий, но что-то сильно подсказывает мне, что конструкция того же "Делала" по соотношению ПН и движков выглядит весьма оптимистично и в реале именно ДСУ составит большую часть сухой массы.

Я имел в виду несколько иное. При прочих равных (скорость истечения, удельная тяга (мощность) двигателя, масса топлива) можно добиться необходимой крейсерской скорости снизив мощность (тягу) и увеличив время активного участка перелета.

Да, оптимально получается, половину полёта разгон, половину - торможение. Всё равно от требований мощности никуда не уйдёшь. Тем более, для равномерного разгона на начальном этапе её потребуется больше: формула Циолковского, по которой основная масса уйдёт на топливо. УИ у нас составит на термояде в лучшем случае сотые доли процента от световой.

[noxx77]

Для адептов Веселого Роджера вчерашняя статья:
Wind Rider: A High Performance Magsail
https://www.centauri-dreams.org/2021/11/19/wind-rider-a-high-performance-magsail/

Ну, 400 км/с очень неплохо по современным меркам - это даже около 13*10^-4 С, то есть, округляя, сотая доля процента световой. На такой скорости можно долететь до Альфы Центавра за 3275 лет, то есть, если бы мы вылетели во времена Понтия Пилата, то были бы уже на 2/3 пути и осталось бы подождать совсем чуть-чуть.

А если совсем серьёзно, то отправить кубсат к Юпитеру на подобной схеме можно вполне. Или даже слетать в один конец до Койпера. Если совсем уже обнаглеть, запилить монструозную по размерам конструкцию и предположить заправку на койперидах, то можно сгонять корабль с экипажем туда и обратно. Правда, непонятно, чем тормозить с сотен км/с - видимо, придётся в добавок пилить что-то ядерное, а если оно у нас есть, то зачем все эти паруса?..

Выход в фокус гравилинзы, это уже гораздо интереснее.

[leon10010]

Да, оптимально получается, половину полёта разгон, половину - торможение. Всё равно от требований мощности никуда не уйдёшь.

Да. Перспективы реактивного движения в дальнем космосе невелики. Даже исчезающе малы.
 Вся надежда на инженеров. Искать новые способы межзвездного перемещения.
 В СС и то давно исчерпаны все возможности ракетного перемещения.

[Иван Моисеев]

Эмм... Ну, космонавтика - отрасль практическая. На большой аппарат нужен большой РН, к нему большой стол и цеха - мы говорим о современных делах. Да, большой аппарат позволяет больше сделать, но и больше потребует. Плюс масштабирование не всегда на пользу: если с меньшей ракеты на бОльшую - меньше относительная масса несущих конструкций, то к супертяжу придётся, как я знаю, решать более сложные проблемы с резонансами в самой системе и прочими динамическими нагрузками. Плюс "больше", как правило, означает "дороже". Так что мне не совсем понятно, что здесь имеется в виду под "лучше" - оно всегда применимо к конкретной ситуации/сумме параметров и всегда представляет некий компромисс между желаемым и возможным.

Дельта "улучшения" должна соответствовать дельте затрат. Конечно, в каждом случае этот вопрос рассматривается применительно к конкретике, но иногда надо вводить некие общие правила.
По поводу лучше - понятно, что КК Восток "лучше" Первого ИСЗ, станция Салют "лучше" КК Восток, а МКС "лучше" станции Салют. Соответственное соотношение массы (т) - 0,084 - 4,7 - 20 - 400.

[noxx77]

Эмм... Ну, космонавтика - отрасль практическая. На большой аппарат нужен большой РН, к нему большой стол и цеха - мы говорим о современных делах. Да, большой аппарат позволяет больше сделать, но и больше потребует. Плюс масштабирование не всегда на пользу: если с меньшей ракеты на бОльшую - меньше относительная масса несущих конструкций, то к супертяжу придётся, как я знаю, решать более сложные проблемы с резонансами в самой системе и прочими динамическими нагрузками. Плюс "больше", как правило, означает "дороже". Так что мне не совсем понятно, что здесь имеется в виду под "лучше" - оно всегда применимо к конкретной ситуации/сумме параметров и всегда представляет некий компромисс между желаемым и возможным.

Дельта "улучшения" должна соответствовать дельте затрат. Конечно, в каждом случае этот вопрос рассматривается применительно к конкретике, но иногда надо вводить некие общие правила.
По поводу лучше - понятно, что КК Восток "лучше" Первого ИСЗ, станция Салют "лучше" КК Восток, а МКС "лучше" станции Салют. Соответственное соотношение массы (т) - 0,084 - 4,7 - 20 - 400.

Ну, во-первых, приведенные примеры относятся по большей части к пилотируемой космонавтике, где мы не можем ужаться. Во-вторых, не стоит игнорировать развитие автоматизации и миниатюризации за тот же период: любой современный кубсат и даже пикосат "лучше" по функционалу первого ИЗС, а с развитием электронной фотографии и связи, необходимость возвращении снимков с орбиты в спускаемых капсулах, позволила изрядно сократить массо-габаритные требования к спутникам разведки. В общем случае сегодня "Алмаз" (ака "Салют 2-4-6") для решения задач бы просто не потребовался. Поэтому "лучше" всегда предполагает вопрос: можем ли мы решить ту же задачу более дешёвыми средствами на современном этапе и именно они будут лучше.

[Иван Моисеев]

Это не интересует на малых скоростях до десятков км/с, то есть десятитысячные доли световой.  Чтобы поиметь дельта-вэ в десятые доли световой за вменяемый промежуток времени хотя бы десятки лет, нужны мощности движков на сколько порядков больше - к той же массе? По расчетам Семёнова выходит, что время перелёта напрямую зависит от соотношения энерговооруженность/масса, но, чем больше тяга, тем мощнее и тяжелее движок.

Не зависит от скорости. Семенов использует метод, которым обычно пользуются физики, взявшиеся говорить о ракетной технике. Ракетчики этот метод не используют, они считают прямым образом - время перелета в зависимости от х-к двигательной установки, по Мещерскому.
 

Да, оптимально получается, половину полёта разгон, половину - торможение. Всё равно от требований мощности никуда не уйдёшь. Тем более, для равномерного разгона на начальном этапе её потребуется больше: формула Циолковского, по которой основная масса уйдёт на топливо. УИ у нас составит на термояде в лучшем случае сотые доли процента от световой.

Как раз, если считать правильно получается не оптимальным. В район оптимума кривая зависимости времени перелета от длины пассивного участка очень плоская. Можно существенно снизить требования к ДУ введя пассивный участок, его величина оптимизируется в зависимости от подхода (что важнее время перелета или стартовая масса). УИ на термояде общепринято 10е7 м/с, это 3% световой.   

[Иван Моисеев]

Ну, во-первых, приведенные примеры относятся по большей части к пилотируемой космонавтике, где мы не можем ужаться.

Это только для примера, то же самое можно сказать и о непилотируемых аппаратах. Персеверанс (1 тонна) лучше Чжужун (0,24 тонн).

[Иван Моисеев]

Да, оптимально получается, половину полёта разгон, половину - торможение. Всё равно от требований мощности никуда не уйдёшь.

Да. Перспективы реактивного движения в дальнем космосе невелики. Даже исчезающе малы.
 Вся надежда на инженеров. Искать новые способы межзвездного перемещения.
 В СС и то давно исчерпаны все возможности ракетного перемещения.

А где искать новые способы межзвездного перемещения?
Вообще, рассчитывать на новые (неизвестные сейчас) методы - это все равно, как идти в магазин без денег, надеясь найти кошелек оп дороге.Пообсуждать, конечно, можно. Например, что лучше - пецелап или машинка перемещения...
А в СС исчерпаны все возможности ракетного перемещения, потому что сама СС исчерпана. Аппараты летают по всей СС от Меркурия до Койпера..

[vasanov]

А где искать новые способы межзвездного перемещения?

Я уже несколько раз говорил. Есть способы разгоняться и до околосвета и сверхсвета. Но все упорно это игнорируют. Это брать с собой запас релятивистских частиц. То есть тащим с собой два тора в котором гоняются по кругу релятивистские адроны или ионы.   Мы просто постепенно выпускаем эти частицы и получаем реактивный импульс. Скорость истечения рабочего тела (ионов, адронов) почти световая. С учетом, того, что частички релятивистские импульс получается гораздо больше , чем просто импульс от отбрасываемой массы адронов, в сотни миллионов раз. Гораздо больше, чем даст аннигиляция такой же массы адронов, ионов. Нужно только разгонять эти адроны и ионы до таких энергий, чтоб силы притяжение их между собой равнялись центробежным силам и тогда эти кольца адронов, ионов будут сами себя удерживать в кольце. Никаких сверхпроводников и толстенных стенок торов не понадобится, кольца будут удерживаться небольшими электрическими и магнитными полями. Будут доли процентов потерь на синхротронные излучения (скорее всего в радиодиапазоне длин волн, так как гамма кванты будут преодолевать гравитационные поля релятивистских частиц и их длина волны увеличится, будет красное смещение), но мы спокойно можем брать больше такого топлива, чтоб его хватило на всё время экспедиции. Да и массы таких адронов, ионов понадобятся небольшие, граммы или доли граммов, а разогнать они смогут тысячи раз звездолёт массой в 10 000 тонн либо почти до скорости света, либо несколько раз до скоростей в10-100 раз превышающих скорость света. Запасать такие адроны, ионы будем возле Солнца специальными линейными ускорителями с солнечными электростанциями. Ионы, адроны разгоняются до энергий порядка миллионов ТэВ и затем резко сворачиваются в небольшой бублик внутри тора и дальше они уже удерживаются в этом бублике небольшими магнитными и электрическими полями.
Два тора как блины друг над другом, с адронами,ионами вращающимися в противоположные стороны, чтоб компенсировать импульсы вращения.

[LV46]

Гораздо больше, чем даст аннигиляция такой же массы адронов, ионов.

)) Гораздо больше, чем Е=мс²? Так тогда можно и сверхсветовую скорость набрать, чо.

[vasanov]

Гораздо больше, чем Е=мс²? Так тогда можно и сверхсветовую скорость набрать, чо.

Эта формула энергии покоя, для релятивистских частиц ещё энергия импульса добавляется. И да, можно разогнать звездолёт быстрее скорости света, вернее звездолёт своей массой будет сжимать перед собой пространство и укорачивать себе путь и без всяких варп двигателей. В своей ИСО звездолёт скорость света не превысит и даже не достигнет, никогда, а вот землянам будет казаться, что звездолёт преодолел путь быстрее скорости света.

[noxx77]

Не зависит от скорости.

Не зависит? Окей, давайте считать. Посмотрим (чисто гипотетически, сколько лет потребуется для достижения 0,1С например, аппарату Down, который ускоряется в сутки на 24 км/ч  /3600*365,25= 2,435 км/с /г. 30000/2,435 = 12320 лет. Ну, нормальный срок, чо...
Или всё-таки будем брать в расчёт реальные ускорения аппарата для того, чтобы считать только то, что хоть как-то укладывается в приемлемые сроки путешествий, хотя бы пары столетий? Но, тогда придётся и считать сколько энергии у нас уйдет на разгон кг массы конкретным способом

Это только для примера, то же самое можно сказать и о непилотируемых аппаратах. Персеверанс (1 тонна) лучше Чжужун (0,24 тонн).

Дело не в массах - китайская космонавтика в целом движется в догоняющей динамике и Чжужун соответствует примерно MER, которые были ещё легче. Для отработки технологии вполне норм. Но, если брать советские луноходы с массой за 700 кг, не факт, что они лучше любого из более поздних и лёгких роверов. То есть Ваш пример ровным счётом ничего не доказывает, кроме того, что на одном историческом этапе при равном техническом уровне изготовителей в больший аппарат можно запихнуть больше функционала. Но, если смотреть в развитии, это, строго говоря, неверно.

[Иван Моисеев]

Не зависит? Окей, давайте считать. Посмотрим (чисто гипотетически, сколько лет потребуется для достижения 0,1С например, аппарату Down, который ускоряется в сутки на 24 км/ч  /3600*365,25= 2,435 км/с /г. 30000/2,435 = 12320 лет. Ну, нормальный срок, чо...

Имелось в виду, что для расчета ракетного движения мощность не нужна в независимости от скорости. В формуле Мещерского есть массы, силы, скорости, но нет мощности. Кроме того рассмотрение мощности может сбить (и сбивало на заре космонавтики) с толку. Нитроглицерин дает большую мощность при взрыве, но как топливо он малоэффективен.

[noxx77]

Не зависит? Окей, давайте считать. Посмотрим (чисто гипотетически, сколько лет потребуется для достижения 0,1С например, аппарату Down, который ускоряется в сутки на 24 км/ч  /3600*365,25= 2,435 км/с /г. 30000/2,435 = 12320 лет. Ну, нормальный срок, чо...

Имелось в виду, что для расчета ракетного движения мощность не нужна в независимости от скорости. В формуле Мещерского есть массы, силы, скорости, но нет мощности. Кроме того рассмотрение мощности может сбить (и сбивало на заре космонавтики) с толку. Нитроглицерин дает большую мощность при взрыве, но как топливо он малоэффективен.

В уравнении Мещерского есть такие параметры как относительная скорость отделяющихся частиц (читай УИ) и их масса. Поскольку для изменения скорости массы производится работа (а других причин нет) и эта работа происходит за единицу времени, то как производную величину получаем мощность (работа на время) в чистом виде, без учёта КПД. И эта величина является необходимой для дальнейших расчётов, поскольку показывает энергию, уходящую на разгон РТ в единицу времени. Энергию у нас дают вполне конкретные реакции (химические, ядерные) или она подводится извне. КПД для конкретных типов ДСУ выводится эмпирически либо математически - отдельная задача - но, имея его можно вычислить другие необходимые мощности установки в последовательном преобразовании энергии. Например, тепловую, электрическую и т. д.

Негодность нитроглицерина для ракет ровным счётом ничего не доказывает. Мы же не мощность топлива считаем, а мощность ДСУ корабля.

Мне крайне забавно, что вы берёте чисто механическую формулу, в которой не рассматривается причина движения - преобразование различных видов энергии в механическую - и на этом основании доказываете, что она не важна. Ну или я не понял Вашу мысль.