Двигатель для межзвёздных перелётов

[AlexOrex]

Я прямо вижу, как колония "пилигримов" ловит комету, направляющуюся к Солнцу, выдалбливает внутри емкости, наполняет переработанным из кометы водородом (кислород - людям), добавляет экран-коллектор и обитаемые модули из астероидного железа, ионные движки и - вперед! Не быстро, но гармонично и экологично.

Нет! После пуска из периастровой рогатки нам ещё корабль поколений в полёте собирать.

ОК. Пусть будут основой жилых модулей. Верно - негоже бросаться ценным материалом.
Собирать корабль в полете - это хорошо! Будет чем заняться колонистам.

[vsevolodson]

Не быстро, но гармонично и экологично.

Это потому что используется "природный" источник энергии. Дас ист гут. Bерная стратегия.

Собирать корабль в полете - это хорошо! Будет чем заняться колонистам.

Просто из рогатки можно будет запустить только по частям. Крупный рыхлый корабль перегрузок не переживёт. Да и надёжность при прохождении критического участка (периастра) по частям выше будет.

[незлой]

Правда надо будет сохранить ещё водородного льда как-то для торможения у целевой звезды.

по дороге собрать?

Я прямо вижу, как колония "пилигримов" ловит комету, направляющуюся к Солнцу, выдалбливает внутри емкости, наполняет переработанным из кометы водородом (кислород - людям), добавляет экран-коллектор и обитаемые модули из астероидного железа, ионные движки и - вперед! Не быстро, но гармонично и экологично.

хм.. заперекликалось с "чёрной кошкой в тёмной комнате".. смысле -- а кометы ли это?
долгопериодические (периодические-ли?), по крайне мере.

[L_Pt]

AlexOrex

газы плохо греются видимым излучением, по сравнению с твердыми телами (пример - атмосфера Земли днем нагревается от поверхности). Т.е. надо делать черную вольфрамовую воронку с газом - и то, что-то сомневаюсь я в 5000 К.

При таких температурах водород не очень прозрачный. Фотосфера имеет оптическую толщину 1 при толщине 300-400 км и плотности 10^-8 до 10^-9 г/см^З. Это где-то 10^-1 г/см². У нас будет намного больше.

vsevolodson

Один момент. На самом деле не более 4000К и не более 10 км/с. Bодород не нагреется больше, чем конструкционные материалы сопла, поэтому ограничение - температура плавления самого тугоплавкого материала (карбида тантала-гафния). Но эта проблема тоже не принципиальна.

Сопло непрерывно охлаждается свежим холодным водородом и поэтому может иметь температуру намного меньшую температуры водорода в середине.

может таки лучше назвать "периастровой рогаткой"? Право, конечно, за вами - мне такое название кажется более удачным.

Я на авторство не претендую. Идея разгонятся возле Солнца была опубликована как минимум в 50-ые. Называть можно как угодно.

[Nucleosome]

Никто из вменяемых физиков не сомневается что ИТЭР заработает.

не хочется быть совсем пессимистом, но - они не сомневаются уже 50 лет и что? каждый раз говорят, что надо ещё лет 15 - 20, ну и?!.. не знаю, я не физик ни разу, но что-то в этом термояде есть от топки печи графитом - понятно, что горит, и даже можно зажечь, да что там графит - и алмаз тоже - только тольку с того - ни на грош... это помимо того, что речь только о дейтерий-тритиевой смести, а для неё трансурановые элементы нужны - надо же откуда-то брать тритий, литий, и т. д. так что - вопрос по сути лишь в том, сколько энэргии сможем извлечь из делящихся ядер - не мытьём так катаньем...

Да вы правы. Но радиофобия (тупизм масс) тут сыграет другую роль. Развитие атомной энргетики что ни говори, очень сильно тормозилось ДО СЕГОДНЯШНЕГО ДНЯ и будет еще сильно тормозиться и дальше. И вплоть до момента  когда жаренный петух клюнет (все кончится) мировая ядерная энергетика будет НЕ ГОТОВА поддержать цивилизацию.
Сколько она сейчас в мировом производстве?
5%? 15%?
Это -крохи. При том что это за энергетика? Огрызок от  военщины?!

да, в общем так, но тут роль радиофобии скромна - в отличае от ГМО-фобии (порядка нашумевшей тут на форуме) - в конце концов не в акциях протеста дело - а в том, что на деле та же Германия получается что-то около 30 или 40% на АЭС и ей просто физически некуда от этого дется, чтобы там кто ни говорил, в отличае от генетически трансформированных организмов - до какой-то поры - пора есть достатоно посевных площадей...

Для того чтобы ядерная энергетика смогла спасти человечество (западную цивилизацию), надо было ее развивать еще 20 лет назад. Ускоренными темпами. Создавать те же бриддеры. В общем, иметь четкий план и следовать ему.

да, бридеры как видно летят мимо. термояд тоже - об этом шла речь тут, кажется в теме "вероятность гибели..." давно, с тех пор и эта самая вероятность заметно снизилась

Когда все закончится, население уменьшится, экономика перестроится, выяснится что нам не нужны уже сотни тераватт энергии, которые могла бы дать ядерная энергетика для спасения прошлого мира.

хм... ну уменьшится, конечно может, но... это на самый худой конец - кушать-то есть что, а больше, собственно и не надо, ну отопление, но в столь холодных частях света живёт небольшая часть людей, правда тут надо превратить официантов и офисный планктон обратно в крестьян и работяг, но и это возможно, хоть и трудно...

А недоиспользованный нами уран останется там где он остался.

а вот тут едва ли - к примеру, как-то в Барселоне организовывали протест против АЭС - при том, что в Испании их 8 штук, из них три в Каталонии, и дают они около 25% всей электроэнергии, я на митинг, конечно, не ходил, но что интересно - митингуюущие готовы были чтобы скажем, 3 из 8 линий Барселонского метро были бы закрыты? или чтобы стоимость электроэнергии была бы раза в два выше? или купаться холодной водой и редко? я не думаю - также как и те, кто поддерживали анти-потеплисткие саммиты тоже туда не на ослах наверное приехали, а на самолётах и машинах. То есть - это я к чему - протестовать - да, будут, и политики заявлять всякую дурь типа того, что мы закроем АЭС через 10 лет - это пожалуйста, но когда лампочки нечем питать будет, вот тогда-то будут требовать прямо обратного - пример - пожалуйства - Армения без света сидела некоторео время, а потом мало по малу, тихо, конечного, про перезапуск своей остановленной АЭС заговорили - ну когда деньги на то чтобы запустить появились - не всё же парки вырубать на отопление...
да, но это хоть и имеет отношение к межзвёздным полётом, но - не прямое. Да и как-то немного вообще не к месту об этом, когда такого масштаба проблемы - это всё равно как копить деньги на какой-нибудь i-pad умирая с голоду... но всё же давайте думать, что у нас есть:
 - термояд для звездолёта подходит только если он сможет собирать по пути для него топливо, это возможно? хоть и читал такое, но говорят - не хватит, да и тут нужен реактор конечно же не тритиевый, и даже не дейтериевый, а протонный, о таком даже местать затруднительно... почему нельзя топливо с собой везти? да потому что не разгонишь - энергетичность термоядерных реакций не такова, чтобы дотянуть более, чем на несколько % от с...
 - в чём можно запасти энергию? может быть можно сделать некий ускоритель - запустить в него почти на скорости света кучу частиц, и понемногу стрелять ими назад от корабля - не знаю, правда, какого размера должен быть сам этот ускоритель, чтобы в него влезло достаточное количество, но как будто так можно запасти больше всего энергии - правда чтобы произвести это всё необходимы фанатастические затраты, и никакого дейтерия и трития наверное не хватит...
 - паруса и Солнце - слишком низкая скорость...
 - толкать лазером корабль изнутри Солнечной системы - обсуждали тут - на чём закончили не помню, как видно отказались раз тут обсуждают уже другое...
 человеческие причины - а зачем вообще лететь? самое главное, думаю. основывать колонии не получается однозначно - слишком велики транспортные затраты, стало быть расселение. Куда, зачем? может те затраты на корабль лучше истратить на решение тех проблем, от которых бежим?..

[vsevolodson]

При таких температурах водород не очень прозрачный. Фотосфера имеет оптическую толщину 1 при толщине 300-400 км и плотности 10^-8 до 10^-9 г/см^З. Это где-то 10^-1 г/см². У нас будет намного больше.

выхлопная струя должна смотреть не на Солнце, а касательно траектории
я бы предложил зеркальный большой цилиндр (бак) и тонкую тёмную трубку регулируемой длины, заканчивающуяся соплом

Сопло непрерывно охлаждается свежим холодным водородом и поэтому может иметь температуру намного меньшую температуры водорода в середине.

не может
у вас водород должен греться соплом как раз

[L_Pt]

При таких температурах водород не очень прозрачный. Фотосфера имеет оптическую толщину 1 при толщине 300-400 км и плотности 10^-8 до 10^-9 г/см^З. Это где-то 10^-1 г/см². У нас будет намного больше.

выхлопная струя должна смотреть не на Солнце, а касательно траектории
я бы предложил зеркальный большой цилиндр (бак) и тонкую тёмную трубку регулируемой длины, заканчивающуяся соплом

Сопло непрерывно охлаждается свежим холодным водородом и поэтому может иметь температуру намного меньшую температуры водорода в середине.

не может
у вас водород должен греться соплом как раз

Значит есть 2 варианта использования солнечного тепла.
- Солнечный свет нагревает сопло. Последнее интенсивно охлаждается водородом изнутри.

- Солнечный свет нагревает водород непосредственно уже в сопле, смотря в его торец.

Второй способ более технологичен и позволяет достичь больших температур, а значит и удельного импульса. Но может работать только тогда, когда струя смотрит уже прямо на Солнце, т.е. только на последнем участке разгона, при отлете от Солнца.

Будет интересно, если удастся совместить оба способа в одном корабле. Конечно, понадобятся сопла умеющие изменять свой размер…

[bob]

В начале 70-х годов произошёл «литературный процесс», инициированный фантастами старой формации (руководитель Александр Казанцев), где Альтова обвинили в фашизме за то, что в одном из его рассказов космический корабль двигался быстрее скорости света. С тех пор Альтов забросил фантастику.

минут десять уже на эту фразу медитирую...

Кстати, немного подумав, разобрался в их логике. Наша традиция твёрдой НФ в те годы требовала, чтобы НФ-литература была одновременно научно-популярно-развивающей. Если автор написал в глоссарии "анамезон - фантастическое предположение", или, что "реакция Танева - это результат некоей воображаемой теории, включающей теорию относительности как частный случай", то с него взятки гладки. А если корабль у него просто "летит быстрее света", внезапно, без предварительного объявления переходя установленные границы жанра, и он в этом уверяет, значит он шулер и дурит народ. А народ сознательно дурят только злые фасысты. (И, кстати, это, подчас, верно.) Вообще, некоторая здравая детская логика в этом есть, но они перестарались. А уж слышать такое обвинение от Казанцева с его тунгусской летающей тарелкой и экспансией фаэтов, заявляемых на полном серьёзе, наверняка было двусмысленно. Я бы тоже на месте Альтова после этого серьёзно подумал, а есть ли смысл писать дальше. Так что писатели и философы сцепились тогда на тему о пределах допустимого художественного вымысла (читай - вранья) в литературе. Не поделили, кто из них заврался больше. Поучительный момент истории. 

[vsevolodson]

Я уверен, что я найду слабые места в конкретно вашей реализации этой идеи. Технологические или фундаментальные физические ограничения, которые не позволят этого добиться.

И таки проблемы серьёзные есть

B первую очередь с самим водородом. При скорости истечения 10км/с для достижения скорости вылета из СС хотя бы 240 км/с понадобится соотношение топлива к полезной нагрузке, равное 100. С учётом того, что у целевой звезды нужно будет также тормозить - 100х100, т.е. уже 10000. Сколько нибудь весомый корабль поколений, по условию - 1Мт. Значит потребуется около 10 Гт водорода. Значит для получения 10 Гт водорода потребуется 100 Гт воды. Но вот откуда взять столько энергии, чтобы разложить 100 Гт воды на водород и кислород? Теплота сгорания водорода в кислороде - 142 МДж/кг. Значит вам потребуется по крайней 1,42х10²²Дж энергии добыть и утилизировать ещё где-то в поясе Койпера. Я подозреваю что это примерно столько же энергии, сколько удастся закачать в водород Солнцем. Bнимание, вопрос - на кой вам Солнце, если вы уже можете ещё в поясе Койпера добыть примерно столько же энергии, сколько используется для разгона? Только ради гравиманёвра и небольшой экономии энергии, получается.

Bторая проблема. Чтобы столкнуть из пояса Койпера 100Гт в направлении Солнца, понадобится ещё порядка 10¹⁸ Дж энергии. По сравнению с разделением воды это уже всё-таки мелочи...

Итого, с учётом всяких КПД на переработку и переброску к Солнцу понадобится допустим ~8*10^22 Дж. Для этого нужна всё та же мегатонна урана
С помощью мегатонны урана мегатонный корабль можно разогнать и быстрее, чем 240 км/с. Если бы эта самая мегатонна урана валялась бы в поясе Койпера.

Третья проблема - это проблема выбора направления. Произвольную комету выбрать не получится а койпероиды покрывают лишь эклиптику...

[L_Pt]

Я уверен, что я найду слабые места в конкретно вашей реализации этой идеи. Технологические или фундаментальные физические ограничения, которые не позволят этого добиться.

И таки проблемы серьёзные есть

B первую очередь с самим водородом. При скорости истечения 10км/с для достижения скорости вылета из СС хотя бы 240 км/с понадобится соотношение топлива к полезной нагрузке, равное 100. С учётом того, что у целевой звезды нужно будет также тормозить - 100х100, т.е. уже 10000.

Потому я и говорил про 200 км/с, ибо там дальше затраты растут слишком резко.
Для 200 км/с при удельном импульсе 10км/с соотношение будет 23.4

Да, так можно будет разгонятся только если механизм торможения будет иным. Хотя бы половину скорости погасить по другому.

[vsevolodson]

Я догадывался.

Для 200 км/с при удельном импульсе 10км/с соотношение будет 23.4.

Точнее 547,56.

Предлагаю ограничиться соотношением 1:1000 и подумать, как проще добыть 1Гт водорода в произвольной точке окраин СС. Не, конечно можно тыщу-другую лет подождать подходящей кометы... Но тогда надо 100 килотонн урана там ещё иметь.

Корректировать, дорозгонять и первично тормозить предлагаю оставшуюся часть инерциального перелёта ионником с малой тягой и высоким (1Мм/с) удельным импульсом (если такой получится). Bсё равно только на "отапливание" в течение тысяч лет понадобится около гигаватта.

[PathFinder]

При скорости истечения 10км/с для достижения скорости вылета из СС хотя бы 240 км/с понадобится соотношение топлива к полезной нагрузке, равное 100. С учётом того, что у целевой звезды нужно будет также тормозить - 100х100, т.е. уже 10000.

А вы ничего не путаете?
В соответствии с сформулой Циолковского при скорости истечения 10 км/с и скорости, до которой мы разгоняемся, равной 240 км/с,
отношение начальной массы аппарата к конечной составит e^(240/10)=26 489 122 129 !!!
То есть у вас эта величина очень занижена.

[vsevolodson]

L_Pt, учтите ещё 10¹⁸...10¹⁹ Дж на световой год инерциального полёта для ионников и внутренних нужд корабля...

[vsevolodson]

А вы ничего не путаете?
В соответствии с сформулой Циолковского при скорости истечения 10 км/с и скорости, до которой мы разгоняемся, равной 240 км/с,
отношение начальной массы аппарата к конечной составит e^(240/10)=26 489 122 129 !!!
То есть у вас эта величина очень занижена.

Это вы путаете. Прирост скорости 30-40 км/с в гравиманёвре у Солнца. Будьте внимательней и читайте исходный пост L_Pt.

[L_Pt]

Предлагаю ограничиться соотношением 1:1000 и подумать, как проще добыть 1Гт водорода в произвольной точке окраин СС. Не, конечно можно тыщу-другую лет подождать подходящей кометы... Но тогда надо 100 килотонн урана там ещё иметь.

Наверное, гораздо лучше чуть поближе. Церера или система спутников Юпитера.
Возле которого удобно делать маневр для полета к Солнцу.

Направление не проблема. Плоскость легко меняется разной точкой соприкосновения с Солнцем.

[vsevolodson]

Наверное, гораздо лучше чуть поближе. Церера или система спутников Юпитера.
Возле которого удобно делать маневр для полета к Солнцу.

Да, манёвром у Юпитера можно добиться сталкивания на Солнце. Причём с уже повышенной, параболической скоростью. А на Церере водород можно добыть используя ту же солнечную энергию. Ну и уран ещё где-то надо взять...

[vsevolodson]

Re: Годится ли ионный двигатель для звездолетов?
С ионником вроде бы что-то всё-таки получается. Лететь таки на уране и водороде, добытыми на Церере
Интересно, а на много ли урана для кораблей хватит Цереры? У меня получилось 1..100 кт урана на один мегатонный корабль в зависимости от желаемой крейсерской скорости и дальности перелёта. B Церере должно быть по крайней мере 6х10¹⁷ тонн каменной составляющей. B (не "на") Земле тория 6х10^-8 массовых частей. Итого 36 Гт. Урана будет ещё 12 Гт. Не так уж и плохо, если не учитывать что Церера диффиренцирована и уран там ещё надо откопать.

 

[bob]

Re: Годится ли ионный двигатель для звездолетов?
С ионником вроде бы что-то всё-таки получается. Лететь таки на уране и водороде, добытыми на Церере
Интересно, а на много урана для мегатонных кораблей хватит Цереры?

См.
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,82348.msg1864355.html#msg1864355
 

[L_Pt]

Re: Годится ли ионный двигатель для звездолетов?
С ионником вроде бы что-то всё-таки получается. Лететь таки на уране и водороде, добытыми на Церере
Интересно, а на много урана для мегатонных кораблей хватит Цереры?

~2*10¹⁶ тон водорода…
Уран однозначно закончится намного раньше

[vsevolodson]

Re: Годится ли ионный двигатель для звездолетов?
С ионником вроде бы что-то всё-таки получается. Лететь таки на уране и водороде, добытыми на Церере
Интересно, а на много урана для мегатонных кораблей хватит Цереры?

~2*10¹⁶ тон водорода…
Уран однозначно закончится намного раньше

По той ссылке у AlexOrex получилось что-то порядка мегатонн рабочего тела.