Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

А почему не графоманить сначала в файл, потом его перечитывать, править, и уж затем сливать в сеть?

А зачем? Это же не для хирша же!
А вы думаете я не пишу так в стол? Но заметил. Если я так написал - хрен я потом вам сюда это выложу (даже если и писал что бы выложить). Нет уже драйва и желания. Вышло все в процесс писания.  Потом, может быть я вернусь к этой теме и выдам повторный поток по этому руслу... Но вообще говоря, я не отношусь к публикациям сюда как к некой публикации. Это скорей рабочий разговор. Просто он протоколируется (сеть и не такое дерьмо накапливает!) и вся разница.
И еще. Да, понятно, глаза ломать... Но вообще говоря большинство народу в сети - конченные дебилы с высоким самомнением (дебилы без самомнения в таких местах не водятся). Увы, но это прискорбная правда. И если каждый придет и выскажется... Так что лучше пусть не каждый. Пусть выскажется тот, у кого ХВАТИЛО ТЕРПЕНИЯ (и желания!) меня многословного прочесть. То есть кто приложил УСИЛИЯ!
То есть, я уже говорил  тут это когда-то. Моя "графомания" попутно - еще и форма "защиты от дурака". Совсем дурак так много букв "ниоисилт".
Кстати.
Я зачем картинки вставлять пытаюсь? А это что-то типа "резюме". Метка (для себя) ну и своего рода прединфрмация о чем так много букв навалено. Посмторел: много букв а картинки - интересные, значит буду читать. То есть вам в помощь же картинки! Не понимаю почему картинки некоторых коробят? Я с детства картинки люблю. Когда был маленьким я обажал листать учебники моей сестры (на 9 лет старше меня) по физике - особенно. Фигурки, стрелочки...  формулки... Ребусы значится... Тайные письмена...
И вообще я эта... художик, вот!

А, понял, дислексия

Это такая тонкая ирония?  Мол,...
Да ради бога!  Я даже не обижусь. Да, правильно вы подначиваете. Самооправдание - порок. Я покраснел. Уели.

[Иван Моисеев]

То есть, павлинний хвост таки сложили, Иван?

Причем здесь хвост? Вещи надо называть своими именами, тогда и отвлекаться не придется.

Не понял вопроса. увеличите удельную мощностьи в 10 раз... "ровным счетом ничего не даелая"? Или не дозальете?
Если как-то вы повысите удельную мощность в 10 раз то вы перескочите с одной кривой на другую. Там они и нарисованы с шагом в 10 раз. Какие вопросы?

Предположим, у меня аппарат с ДУ на 100 000 вт/кг. И мне лететь 100 лет.
Я его заправляю на 10% - тогда по графикам мне лететь уже существенно меньше.

Но я уже понял. Там неявно зашито отношение масс ракеты = 4.
А почему 4? У РН Протон, например, 700/20 = 35. Если удастся бор термоядерно сжечь - то можно говорить и о тысяче (баков нет).

[Streamflow]

Моя "графомания" - еще и форма защиты от дурака. Совсем дурак так много букв не оисили.

Да, это тонко Могу и согласиться.

Это такая тонкая ирония?  Мол,...
Да ради бога!  Я даже не обижусь. Да, правильно. Самооправдание - порок.

Нет никакой иронии - объяснение. Да, чтобы чтобы я, Александр, художника обидел, да ни в жисТь. Просто  у каждого свои недостатки, вот у меня - такие, часто думают, что я обижаю. А я -  ни в одном глазу

P. S. Ну, вы поняли, что при пассивном гравитационном манёвре сколько-нибудь заметно больше, чем уже получено, в Солнечной системе не выиграешь?

[alex_semenov]

Причем здесь хвост? Вещи надо называть своими именами, тогда и отвлекаться не придется.

Да ради бога! Вообще говоря всегда ЗНАЛ что "палочки должны быть попендикулярно" (с) - это полезно но не так уж и обязательно (и часто ошибался).
Даже не зная термина "энтропия" я еще ребенком понимал что энтропия текста (у русского языка на 30% энтропия выше чем в английском, а там она тоже есть) все исправит. Это так сказать мера допустимого хаоса.
Ну и проверка собеседника на вшивость его ценности.
"Вам шашечки, женщина, или ехать в аэропорот очень срочно?!"
 

Предположим, у меня аппарат с ДУ на 100 000 вт/кг. И мне лететь 100 лет.
Я его заправляю на 10% - тогда по графикам мне лететь уже существенно меньше.

На графике нет опции выбора массового числа. Массовое число - осознанная необходимость, так сказать. У него нет свободы от слова "совсем".
И даже на втором графике выам предоставлена возможность выбирать (варьировать) лишь скорость истечения. А массове число меняется с необходимостью от этого.
Иначе вы действительно как тот "сбитый" заправщиком летчик... не долетите.

Но я уже понял. Там неявно зашито отношение масс ракеты = 4.
А почему 4? У РН Протон, например, 700/20 = 35. Если удастся бор термоядерно сжечь - то можно говорить и о тысяче (баков нет).

Вы задаете детские вопросы.
"Протон" летит в поле тяготения через атмосферу. Это совсем другая задача полета. Здесь же задача вылететь из точки А в точку Б по прямой, в точку удаленную на заданную дистанцию L, вне всяких помех, гравитацией самих звезд и сопротивлением среды (в силу пренебрежительной малости влияния) пренебрегаем.
Еще и еще раз. График:



Видите экстремум? Минимум времени перелета виден? Например при выбраных вами 100 000 Вт/кг (в ракетной струе) видно что при полете к А. Центавра оптимальная скорость истечения будет 20-30 тысяч км/с (надо уточнять расчетом, на графике плохо видно где "дно"). Видите какой при этом минимум времени перелета? 200 лет весь перелет (и все  это время двигатель не выключается).
Если вы посчитаете массовое число в этом экстремуме оно будет ровно 4. 3 тонны  ракетной массы на 1 тонну корабля. 2 тонны вы сожжете разгоняясь, 1 тонну - тормозя. Через 200 лет вы на месте. Это - оптимум при данной удельной мощности струи (при данной энерговооруженности вашей двигательной установки).
Если же вы выберете скорость истечения, скажем 4 000 км/с, то вам потребуется и больше масса топлива (другое массовое число). Но и время перелета у вас удлинится  (смотрите график!) до 300 лет.
И от этого никуда не деться.
Если же у вас будет звездолет с удельной мощностью в ракетной струе 1000 Вт/кг (розовая кривая), то оптимум скорости истечения для такого корабля  к А Центавре попадает на  4-5 тыс км/с (это как раз вотрая ошибка Штерна, что он задал в своей книге своему ковчегу неверно-большой удельный импульс в круглые 10 000 км/с, мало того что этого у него не могло быть чисто энергетически, это еще было и не оптимально для той дистанции и имеющейся у него энерговооруженности ковчега). И такой звездолет доберется до А Центавры за ~ 900 лет.
Но если вы зададите большую скорость истечения чем оптимальная? Скажем те же полюбившиеся Штерну 10 000 км/с? Смотрим график. При данной энерговооруженности звездолет доберется до цели с таким истечеинем рабочей массы уже более чем за 1000 лет. Дольше! Хотя скорость истечения выше (корабль вроде как "совершенней") и массовое число (стартовая масса) меньше соответственно. Но это дурное "совершенство".
То есть дурень стартовую массу сэкономил, двигатель прикрутил покруче, но гонку со временем  проиграл. Почему? Потому что ДУРАК! Старый упертый осел!
Улавливаете?
Иван! Мне ли учить вас ЧИТАТЬ ГРАФИКИ?
 

[Иван Моисеев]

Да ради бога! Вообще говоря всегда ЗНАЛ что "палочки должны быть попендикулярно" (с) - это полезно но не так уж и обязательно (и часто ошибался).
Даже не зная термина "энтропия" я еще ребенком понимал что энтропия текста (у русского языка на 30% энтропия выше чем в английском, а там она тоже есть) все исправит. Это так сказать мера допустимого хаоса.
Ну и проверка собеседника на вшивость его ценности.
"Вам шашечки, женщина, или ехать в аэропорот очень срочно?!"

Видите ли, если вы не пользуетесь стандартной терминологией, а я вас хочу понять, мне надо вашу терминологию перевести в стандартную, да и то, никогда не будет ясно, правилен ли перевод.

Иван! Мне ли учить вас ЧИТАТЬ ГРАФИКИ?
 

Графики визуально похожи на те, что у меня получались. Я пытаюсь выяснить, что в приведенном графике неявно зашито.
Вот выяснил - "4" - массовое число, что меня удивило. У мня оптимум (минимум времени) для этого отношения (Мо/Мк) лежал где-то в районе 100. Что-то наверняка еще зашито, что я не вижу. В частности, отсутствие пассивного участка явно ухудшает картину.

[alex_semenov]

Видите ли, если вы не пользуетесь стандартной терминологией, а я вас хочу понять, мне надо вашу терминологию перевести в стандартную, да и то, никогда не будет ясно, правилен ли перевод.

Да я согласен с вами. Ваше требование к строгости терминологии - в конце концов одно из следствий закона иерархической компенсации Седова.
Хочешь получить высшую свободу быть понятым? Задави у себя свою низменную жажду выражаться непонятно-красиво (для себя).

Графики визуально похожи на те, что у меня получались. Я пытаюсь выяснить, что в приведенном графике неявно зашито.
Вот выяснил - "4" - массовое число, что меня удивило.

Оно не зашито. Оно естественным образом вытекает как связанный параметр. Не свободный.
Зашивают - свободные параметры. Так вот ничего внутрь не зашивается. Все - на поверхности. Задача - оптимизировать удельный импульс ракеты летящей с постоянно включенным двигателем и заданной изначально удельной мощностью на данную дистанцию L.

У мня оптимум (минимум времени) для этого отношения (Мо/Мк) лежал где-то в районе 100. Что-то наверняка еще зашито, что я не вижу. В частности, отсутствие пассивного участка явно ухудшает картину.

Пассивный участок однозначно увеличивает требуемую удельную мощность двигательной установки! Поэтому и рассматривается именно такой перелет с постоянно включенным двигателем! Что бы оценить МИНИМАЛЬНО необходимую на данной дистанции L мощность при том времени перелета Т, что мы бы хотели.
То есть все это связано.  Минимально необходимая удельная мощность w = f (L,T) -    функция от дистанции и времени. У ракеты  еще есть u - скорость истечения, но мы видим что этот параметр оптимизируется, то есть опять же задается самой природой задачи и может быть связан.
Можно считать наоборот. Берем дистанцию L , берем желаемое время T, получаем минимальное w (по экстремуму). И ясно что это действительно только МИНИМУМ.
Если вы введете пассивный участок вам всегда потребуется БОЛЬШАЯ удельная мощность.
Ну это же элементарно ясно!
Вот график абстрактной (неракетной) траектории разгона, инерциального движения, торможения (равномерного, прямолинейного):



Наклон катетов трапеции - это и есть ускорение, отсюда и мощность привода. Самый маленький наклон (и мощность) у равнобедненного треугольника. Вводите пассивный участок (треугольник превращаете в трапецию) при той же площади фигуры (дистанции) и том же времени (длине основания) - получите большую необходимую энерговооруженность (меньший наклон участков разгона-торможения).
Да, у ракеты все будет выглядеть не так красиво как у этого простого примера траекторий. Там треугольник будет косой и грани будут изгибаться (как парус   ) но в целом идея та же. 
Хотя. Чего я рюмку в воздухе рисую и чертыхаюсь? Вот же все как есть:



Если вы введете пассивный участок (движение по инерции) - вынь да положь бОльщую энерговооруженность привода на участках разгона-торможения.
И это - очевидно же!
Я прям чувствую. Вы Иван ну явно недооцениваете (не доверяете) логики этого всего теоретизирования. Верно?

Но это элементарная механика. Кстати, задачу о ракете с постоянно включенным двигателем я не сформулировал. Ее сформулировал и решил AlexAV (показав график без формул по которым они получены). Я попросил исходную модель. Он дал. Собственно исходы уравнения задачи (2/3 решения - правильная формализация задачи!).
Кстати. Я же Павлу Шубину когда то давал эту исходную систему... Счас...



Вот такая задачка. 9 уравнений.
Я (ну тупой) вечер или два крутил, решал систему уравнений и... в итоге получил точно такой как у AlexAV график, набор кривых к А.Центавре (выложив результат и  собственно итоговые формулы). Но потом я это проанализировал дальше, начала анализа же все изучали в СССР! И получил уже тот график-выжимку по оптимуму (устроил параметр u как связанный оптимизацией) что привел тут выше для произвольной дистанции L (до 14 св. лет).
Но еще до этого я то же самое показал на примитивном равномерном прямолинейном ускорении-торможении.
Еще был человек (я уже забыл кто, виноват!) который указал что вообще равномерное ускорение - не самая оптимальная форма разгона-торможения (скажем для автомобиля или поезда). И таки да. Оптимальный сферический конь в вакууме - это гиперболический "треугольник". Мы его тоже решили (товарищ решил в общую копилку теории).
Собственно, вот эта самая оптимальная, абстрактная кривая перелета (красным):



Но это все действительно чистые абстракции только для того что бы показать, что какие бы приводы мы не использовали, закон зависимости минимально необходимой удельной мощности от дистанции и времени носит общий характер и вообще говоря для разных систем приводов (даже самых абстрактных) отличается только коэффициентом k:



То есть минимально необходимая (важный нюанс! реально можно потратить и больше!) мощность при любой системе привода перелета прямо пропорциональна квадрату дистанции L и обратно пропорциональна кубу необходимого времени перелета T.
k включает в себя поправку на эффективность движителя (двигатель с его эффективностью тут за скобками или признан идеальным).
Вот такая злая теория звездоплавания вырисовывается.

[Иван Моисеев]

Если же у вас будет звездолет с удельной мощностью в ракетной струе 1000 Вт/кг (розовая кривая),

Пассивный участок однозначно увеличивает удельную мощность двигательной установки!

Так струи или ДУ? Это существенно разные вещи.

Пассивный участок однозначно увеличивает удельную мощность двигательной установки!

Удельная мощность ДУ постоянно увеличивается во время полета. Из-за уменьшения массы топлива. Постоянна удельная мощность струи.
Может быть вы ее имеете в виду?
Каков смысл пассивного участка? На максимуме скорости, мы выключаем ДУ и балдеем, не тратя не массы, ни энергии. Соответственно эту массу не надо запасать, не надо разгонять. Требуемое время уменьшается за счет меньшей того, что скорость пассивного участка будет достигнута быстрее (из-за меньшей стартовой массы).

[Иван Моисеев]

Кстати. Я же Павлу Шубину когда то давал эту исходную систему... Счас...

Теперь понятно, что имеется в виду удельная мощность струи, а не ДУ... А откуда это?
Начало и конец имеют значение.
Цепочка построений правильная, но... найден оптимум для заведомо неоптимального варианта.

[alex_semenov]

Так струи или ДУ? Это существенно разные вещи.

Да понятно что мощность струи - это полезная мощность двигательной установки:

W=FIg/2

F - тяга. I - удельный импульс, g - 9,8...м/с²
Ну что тут непонятного?

Удельная мощность ДУ постоянно увеличивается во время полета. Из-за уменьшения массы топлива. Постоянна удельная мощность струи.
Может быть вы ее имеете в виду?

Иван, ну зачем наводить тень на плетень? Я же сказал, что уделная мощность струи (она же полезная удельная мощность ДУ) меряется В НАШЕМ СЛУЧАЕ  к массе ПУСТОЙ РАКЕТЫ. Не уж то сложно понять и принять (тем более что это разумный ход)?
Вы, кажется, ведете себя как злой фельтфебель на плацу с заносчитвым курсантом, который "слишком умный"?
Думаете это сильно поможет тут? Упал-отжался?
 

Каков смысл пассивного участка? На максимуме скорости, мы выключаем ДУ и балдеем, не тратя не массы, ни энергии. Соответственно эту массу не надо запасать, не надо разгонять. Требуемое время уменьшается за счет меньшей того, что скорость пассивного участка будет достигнута быстрее (из-за меньшей стартовой массы).

То есть вы утверждаете, что траектория перелета с постоянно включенным двигателем ("до середины" разгоняемся, а потом не выключая двигатель - тормозим) не предьявляет минимальные требования к удельной мощности системы?  Это не самая маломощная траектория? Траектория с пассивным участком может потребовать меньшей удельной мощности?
Гм... Хотел бы я во отчую такую траекторию увидеть!

Кстати. Я же Павлу Шубину когда то давал эту исходную систему... Счас...

Теперь понятно, что имеется в виду удельная мощность струи, а не ДУ... А откуда это?

Я же рассказал откуда выше. Вы читаете что я пишу? Или зрение бережете?

Мы все это родили здесь. Буквально на этой ветке. Общими усилиями. Я поднял изначально хайп в связи с подозрением, что удельная мощность имеет ключевое значение при перелетах к звездам. Что она неприятно резко возрастает с улучшением времени перелета. Что не зависимо от типа привода, она в итоге функция от дистанции и времени. И есть минимум такой мощности, ниже которого никак нельзя опустится при заданных L и T. Я показал это для  примитивной равноускоренной и равнозамедленной траектории (неракетной, скажем железнодорожный состав на абсолютно прямой дороге L) и решение (в три действия) "по Перышкину" где и получалось, что этот закон сводится к  w=kL²/T³, k - надо уточнять для привода конкретно. Это - была гипотеза.
Ну а AlexAV, поняв смысл вопроса, заинтересовался и решил это же для ракеты. Я - подхватил его решение и развил (выше же я описал как было!). В итоге и для ракеты я получил  w=kL²/T³ но с другим k  Были еще люди, которые въехали в мой хайп и  показали другую гиперболическую идеальную траекторию разгон-торможение "для поезда на идеальных рельсах" на дистанции L за время Т, которая с постоянной подводимой мощность. И там опять таки  w=kL²/T³ но со своим k. Дейстительно это - ГЛОБАЛЬНЫЙ минимум. Глобальней и быть не может.
Так это "сильное обобщение" и вызрело тут.

Начало и конец имеют значение.
Цепочка построений правильная, но... найден оптимум для заведомо неоптимального варианта.

Да что вы говорите!
Вы покажите нам по-настоящему оптимальный вариант? Так сказать, глобальный минимум?
Я полагал что наш минимум - глобальный. И глобальней и быть не может!
И до сих пор пребываю в уверенности что так это и есть.
Интересно было бы прозреть!

Нет, конечно, если у вас будет ракета с ПЕРЕМЕННОЙ скоростью истечения... Да, тут есть еще куда оптимизировать.
Но  двигатель с переменым импульсом...
Кстати. Описанный выше таранный конвртер должен быть именно таким. Иначе толку не будет.

[Иван Моисеев]

Иван, ну зачем наводить тень на плетень? Я же сказал, что уделная мощность струи (она же полезная удельная мощность ДУ) меряется В НАШЕМ СЛУЧАЕ  к массе ПУСТОЙ РАКЕТЫ.

Вы сами себе противоречите.
Удельная мощность струи - это надо мощность делить на массу, выбрасываемую двигателем в единицу времени.
А удельная мощность ДУ - надо делить на массу двигательной установки.
А пустая ракета - это уже третья масса, это масса ДУ - масса топлива + масса ПН.

Я же рассказал откуда выше. Вы читаете что я пишу? Или зрение бережете?

"Ракета с постоянно включенным двигателем" - это отрывок из какой-то публикации. Я эту публикацию не опознал, вот и спросил - "откуда".

Нет, конечно, если у вас будет ракета с ПЕРЕМЕННОЙ скоростью истечения... Да, тут есть еще куда оптимизировать.

Во время полета скорость истечения постоянна, она определяется конструкцией ДУ (максимум возможного для принятых исходных условий). Постоянно и отношение текущего расхода массы (в реактивной струе) к текущей массе ДУ - тоже определяется конструкцией.

[alex_semenov]

Показываю всем (а вдруг кто-то сомневается?).



Ракет с постоянно включенным двигателем, без инерциального участка (красная кривая) преодолевает одно и то же расстояние L за то же самое время Т, что и любая ракета с инерциальным участком (синяя кривая) с НАИМЕНЬШИМ ускорением разгона и торможения.
Площади под красной и синей фигурами это и есть дистанция перелета:



То есть площади  у синей и красной фигуры должны совпадать. Чисто геометрически видно, что если синяя фигура своим инерциальным участком "срезает вершину красной", то эта недостача должна восполниться "по бокам". То есть наклон  катетов синей трапеции НЕИЗБЕЖНО будет круче чем у красной. Значит ускорение разгона и торможения - на этих участках выше. Мощность ракетного двигателя тоже выше. НЕ СУЩЕСТВУЕТ ИНЫХ ВАРИАНТОВ.
Теорема доказана?
 

[Иван Моисеев]

Теорема доказана?

А формулировать теорему не надо?

[PathFinder]

То есть, действительно, вам антиматерия не нужна. От слова "совсем".
Боги, создав барьер мощности, сделали так, что никакая экзотическая энергия нам действительно и не нужно. Мы просто не сможем ей как надо воспользоваться.

А почему вы не рассматриваете взрыволёт на бомбах с применением антиматерии? Ну хотя бы очень теоретически? Радиатор не нужен, а энерговооружённость на порядки выше.

[Degen1103]

мощность струи - это полезная мощность двигательной установки

Смутно брезжит пропульсивный КПД... или мерещится...

[alex_semenov]

Теорема доказана?

А формулировать теорему не надо?

Надо...
Кстати. Но и сделанное "доказательство" - полезно.
Я понял вашу мысль про площаду.
Действительно... Как же мы (вернее я, "главный теоретик") такую мысль просмотрел?
Радикально это ситуацию не поменяет.
Но действительно. Чисто теоретический ракета с постоянно включенным двигателем не обязана иметь минимальную удельную мощность.
Все что доказыает моя теорема - что у ракеты с любой площадкой инерциального участка МГНОВЕННОЕ ускорение в любой точке разгона-торможения (так как ускорение переменно) будет БОЛЬШЕ чем у ракеты с постоянно включенным двигателем.
Это - факт.
Но. Так как такая ракета с площадкой разгоняется до меньшей пиковой скорости, то по-идее и масса топлива у нее будет меньше.  Ускорение это сила, деленная на массу. Сила у нас (у ракеты) постоянна и есть удвоенная мощность (та самая) деленная на скорость истечения. Но если масса у ракеты с площадкой в любой точке меньше...
Гм...
И значит не факт, что мощность при большем ускорении (у ракеты с "площадкой")  будет больше. Тут некорректное упрощение-переход.
Гм...
Площадка... Таки да? Мой минимум локальный, Иван? Во всяком случае я не могу утверждать что ракета с постоянно включенным двигателем имеет минимальную удельную мощность.
Может быть (а может и нет!) ракета более минимальная с некой площадкой инерциального участка?
Инженерно (нужные мегаватты), вряд ли это уточнение повлияет.
Но чисто теоретическая ошибка может быть вопиющая...
Гм...
И как же ее исправлять?
Беру паузу в сутки (мне нужно отлучится от Сети в любом случае).

[Degen1103]

Все - еще впереди. Настоящая история еще не начиналась!

Да, конечно. Межзвёздные перелёты"в теле" столь же фантастичны, как мечта о путешествии на край земли. А потребуются ли они тем существам, что придут нам на смену - неведомо. Скорей всего - нет. Кому нужна эта дурная бесконечность мегапарсек?

[Mercury127]

И там опять таки  w=kL2/T3

это очевидно из соображений размерности:
Вт = Дж/с = Н * м / с = (кг * м / с^2) * м / c = кг * м^2 / с^3
Вт/кг = м^2 / c^3

[MenFrame]

а энерговооружённость на порядки выше.

Это пока не считаем веса баков которые смогут хранить антиматерию, и вес систем которые будут преобразовывать энергию аннигиляции в энергию истекающего потока. Конечным продуктом аннигиляции являются гамма кванты и нейтрино, которые обладают большой проникающей способностью. Соответственно передать энергию аннигиляции рабочему телу довольно не просто.
   Тут есть два подхода, первый это использовать промежуточные продукты аннигиляции(положительные пионы) которыми можно управлять магнитным полем. Второй вариант, это аннигиляция протонов внутри тяжелых атомных ядер, тогда часть энергии передаться и от нейтральных пионов за счет сильного взаимодействия. Правда второй вариант предполагает что часть энергии будет поделена между нейтронами. В идеале нужно подобрать такое ядро которое даст максимальный выход альфа частиц.

[MenFrame]

А потребуются ли они тем существам, что придут нам на смену - неведомо. Скорей всего - нет

Придет ли кто то нам на смену неведомо. Скорей всего - нет.

[Degen1103]

Скорей всего - нет.

Ну прям вершина творения, конец эволюции.