Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Ученые обнаружили странное поведение высокоэнергетической "горящей" плазмы
https://dailytechinfo.org/energy/11780-uchenye-obnaruzhili-strannoe-povedenie-vysokojenergeticheskoj-gorjaschej-plazmy.html
О работах на NIF.

Не понял. Какой такой эффект Доплера?

Это к популярному на этой теме тезису о том, что термояд не проходит.
Работы идут, где-то за углом возможен весомый успех.
Все не так быстро, но тем не менее...

Никто не сомневается, что вы можете постороить двигатель на "продвинутом" термояде. Вопрос в том, как быстро эта ваша продвинутая калымага сможет разгоняться?
М - масса ракеты (она переменная но не суть пока)
F - тяга.
u-  скорость истечения
Полезная мощность ракетной струи W = Fu/2. То есть, ускорение a =F/M = 2W/u/M. Выразим W/M (Ватт/кг) как w, тогда

a =2w/u

Если у вас огромная скорость истечений u ( скажем 10 000 000 м/с), то что бы иметь приличное ускорение a (скажем 0.1 м/с²) вам надо иметь очень большое w, в данном случае 1 000 000 Ватт/кг.
И тут не важно что это за "кг". Пустая ракета? Заправленная (еще хуже!)?
Вы можете получить свой термояд в капле. Но этого - мало что бы добраться до цели быстро. Вам еще нужна еще и  чудовищно большая w. А вот с этим у вас будет напряженка, так как у вас драйверы со своей очень ограниченной энерговооруженностью.

Кстати. Многоступенчатость вам тут  не поможет. Никак. И не стоит лепить в алгоритм оптимизиаци. Напротив. Она только усугубит ситуацию, если вы лимитированны по энерговооруженнсоти.
Многоступенчатый подход мыслим В ОДНОМ И ТОЛЬКО ОДНОМ случае  - если у вас есть избыточная энерговооруженность. Ее достаточно для 1 м/с², скажем или даже 10 м/с²
Такая избыточность пока мыслима в двух случаях. ЖРД (при скоростях истечения в десятки км/с) и бомболётах Дайсона (при скоростях в тысячи км/с)
Остальные случае, в том числе и любой продвинутый управляемый термояд (пусть даже  истечение в 10 000 км/с) - это ограниченные по энерговооруженности системы. C мизерным ускорением.
И отбрасывать ступени, баки, сжигать в камерах сгорания лишние ионные двигатели (как это предлагали британцы Шеппард и Бонд)  для таких систем - БЕССМЫСЛЕННО.
Оптимум тут - одноступенчатая ракета с массовым числом ~4.
Любая попытка взять больше топлива (при той же мизерной энерговооруженности) приведет к тому что вы будете лететь к цели дольше.
Дурные хлопоты!

[Иван Моисеев]

Не понял. Какой такой эффект Доплера?

А черт его знает. Это же матмодель горячей плотной плазмы. Тат частицы носятся с ох... с ох какой скоростью и постоянно что-то излучают. Летят навстречу - частота одна, в разные стороны - другая. И все вместе  это тоже что-то излучают. Так что, без детального рассмотрения матмодели, можно только гадать.
 

Если у вас огромная скорость истечений u ( скажем 10 000 000 м/с), то что бы иметь приличное ускорение a (скажем 0.1 м/с2) вам надо иметь очень большое w, в данном случае 1 000 000 Ватт/кг.

Ускорение существенно меняется в процессе, я этот параметр не рассчитываю, это легко, но я полагаю его "маленьким".
Требуемый минимум мощности 1 кг/с*(10^6)^2/2 = 5,00E+11 Вт.
На что это надо поделить, чтобы получить удельную мощность?

https://youtu.be/L4I_RoTGjPg

[alex_semenov]

Требуемый минимум мощности 1 кг/с*(10^6)^2/2 = 5,00E+11 Вт.

А почему такая маленькая скорость истечения 1 000 000 м/с ?
А если скорость в 10 раз больше то  5,00E+13 Вт

На что это надо поделить, чтобы получить удельную мощность?

Да на что угодно!
Например, можно на конечную массу. M_k (рекомендую)
Она даст самое большое ускорение.
Можете на начальную M₀.
Это будет самое маленькое ускорение.
Разница этих ускорений будет в R  - число Циолковского.

[Иван Моисеев]

А почему такая маленькая скорость истечения 1 000 000 м/с ?
А если скорость в 10 раз больше то  5,00E+13 Вт

Просто диапазон который я считал - от 1 до 10 кг/с и скорость истечения - от 1000000 до 10 000 000 м/с.
Тогда получается что-то приемлемое.

Да на что угодно!
Например, можно на конечную массу. Mk (рекомендую)
Она даст самое большое ускорение.
Можете на начальную M0.
Это будет самое маленькое ускорение.
Разница этих ускорений будет в R  - число Циолковского.

А что я с этими ускорениями делать буду? Надо же время перелета получить. Исходя из х-к ДУ и ракеты в целом.
T = f(M0, Mк, Мпн, w, mДУ, N, Kисп).
Стартовая масса, конечная масса, масса полезной нагрузки, скорость истечения, расход массы на массу ДУ, число ступеней, коэфф. использования массы двигателя в качестве раб.тела.
Имея эти данные, можно рассчитать время перелета. Можно рассчитать и ускорение, и удельную мощность и много чего еще, но для определения времени перелета это все не нужно.

P.S. Самый главный параметр забыл  S - расстояние до цели...

[Александр Овчар]

Любая попытка взять больше топлива (при той же мизерной энерговооруженности) приведет к тому что вы будете лететь к цели дольше.
Дурные хлопоты!

Чем больше я читаю тред, тем больше мне хочется поругаться. Вот в этом весь трабл - термин энерговоруженность. Ну зачем вам все это?

А вот еще -

Вы можете получить свой термояд в капле. Но этого - мало что бы добраться до цели быстро. Вам еще нужна еще и  чудовищно большая w. А вот с этим у вас будет напряженка, так как у вас драйверы со своей очень ограниченной энерговооруженностью.

Ну как поругаться? Ну вот например, парадокс. Условный мотор с удельной тягой 1000Н/кВт, при мощности ЯР 1МВт, легко создает полезную тягу на 1000 000 Н, что позволит КА массой 10 тонн совершить равноускоренное движение с ускорением 10 м/с²

К.П.Д электрических машин (систем) может быть на уровне 99%, тепловые потери будут на уровне 1% - 10кВт.  Эти 10 кВт тепла можно сбросить через ИК с радиатором охлаждения из вольфрама с черным телом на Т= 2700 К и площадь радиатора будет меньше 1 м2.

Парадокс в том, что ЯР может работать непрерывно в течении 365 дней с расходом ЯТ на уровне 10 кг/год. Это ваш массовый расход. Через полгода КА на 1 же разгонится до скорости света и потратит на это всего 10 кг своей массы. (понятно что я беру эти ТТХ  "с потолка", для наглядности).

Парадокс в том, что нарушается закон сохранения энергии - вы потратили всего 1МДж*пол_года, а на кинетическая энергия 10 тонной ракеты будет на уровне E=mc2.
==
Что это значит? Мы видим банальное техническое противоречие. Нет никаких законов природы, что запретят отлить в металле машину, что создает тягу на уровне 1000 Н/кВт. Вот они - простые электромоторы, электромагниты и т.п. Вы можете залить в машину мощность 1МВт и ваша 10 тонная болванка полетит с ускорением 1 же.

Парадокс? Это Большой Парадокс, что (например) очень легко преодолеть. Как любят говорить физики - надо выбрать правильную систему отсчета.

Пусть ваш чудо мотор с тягой 1МН работает всего 1 секунду. Вы потратили 1 МДж что бы увеличить скорость ракеты всего на 10 м/с.  Начали с нуля и поймали полезные 10 м/с.

Ваша ракета ДО находилась в состоянии покоя. ИЛИ совершала простое равномерное движение  - без ускорения, по инерции.

Закройте глаза ДО и откройте через 1 сек. Ваша ракета снова находится в состоянии относительного покоя, так как после выключения ускорения - снова совершает поступательное, равномерное движение.

Космонавт в ракете, в темной каюте никак не может знать - какая текущая скорость ракеты и какой у нее статус на шкале кинетической энергии. Для него ракета находится в состоянии абсолютного покоя.

Как был ноль - так ноль и остался. Все эти затраты на уровне 1МДж - "все несчитово". Вы могли бы просто потратить это мегаДжоуль на обогрев своей пятой точки - и ваша ракета как была в состоянии покоя - так и останется.  Ну как то так, я попытался показать простую физику.

Что Природе глубоко все равно как вы расходуете свои мегаджоули, и ей пофиг, что за полгода вы (с закрытыми глазами), на 1 же наберете свои 0.9999с

==
Я хочу сказать, что для полетов к звездам термин "энерговооруженность" или "формула Циолковского" банально   не имеет физического смысла.

Пример.

Вот бутылка с шампанским. Вы тратите 1 каллорию на отрезку проволочки и из бутылки вылетает пробка (это ваш КА) и с грохотом бьется о Небесную твердь - разрушая вселенную в прах.

Вот так полетят Звездолеты  к звездам, за счет сил Давления что УЖЕ есть (должны быть ) )  во вселенной, а капитаны ракет будут тратить считанные каллории на активацию интерфейсов и улучшать свои скиллы и права доступа к скрытым (сейчас) от Наблюдателя Невежественного полезным для космических полетов физических свойств вселенной .

А реактивные ракеты  (принципы) войдут в историю цивилизации (науки)  как древние каменные топоры.   

[Александр Овчар]

В догонку .
 
Кстати, фундамент науки основан на наблюдательных данных. Астрономы хорошо поработали, так в свои устройства для наблюдения видят состояние вселенной на широком интервале, и физики тоже молодцы - заглянули в недра микрочастиц.

И кто то может сказать, что НЕТ никаких наблюдательных данных, что физические тела могут свободно  летать в межзвездном пространстве - на макроскопические расстояния с микроскопическим расходом энергии (или то же - в терминах энерговооруженности).

Дескать люди уже глубоко заглянули в закрома вселенной и ничего подобного там нет.

А откуда там этому взяться?

Вот простое небесное тело - как астероид. И как оно может летать между звезд - если у этой глыбы НЕТ никаких устройств для полезного преобразования различных видов энергий или интерфейсов к полезным (для быстрых полетов к звездам) физических свойств вселенной???

Тоже самое, например, на уровне микрочастиц, кварков и т.п. Ну хоть убейся ап стену -  эти штуки не умеют летать и Не могут быть источником полезных наблюдательных данных.

Как то так..

 

[Droid]

Ну как поругаться? Ну вот например, парадокс. Условный мотор с удельной тягой 1000Н/кВт, при мощности ЯР 1МВт, легко создает полезную тягу на 1000 000 Н, что позволит КА массой 10 тонн совершить равноускоренное движение с ускорением 10 м/с2

Как известно мощность мощность реактивной струи \( W=\frac{Fu}{2} \), откуда скорость истечения рабочего тела \( u=\frac{2W}{F}=\frac{2*10^6}{10^6} \)= 2 м/с. 2 метра в секунду!
А массовый расход рабочего тела \( M'=\frac{2W}{u^2}=\frac{2*10^6}{2^2}= \) 500 тонн! в секунду

К.П.Д электрических машин (систем) может быть на уровне 99%, тепловые потери будут на уровне 1% - 10кВт.  Эти 10 кВт тепла можно сбросить через ИК с радиатором охлаждения из вольфрама с черным телом на Т= 2700 К и площадь радиатора будет меньше 1 м2.

Энергия берется не святым духом, а из реактора, а реактор вырабатывает тепло! И даже при чудовищном КПД=50% преобразования тепла в электроэнергию у вас будет 1МВт тепла, а не 10 кВт.

Парадокс в том, что ЯР может работать непрерывно в течении 365 дней с расходом ЯТ на уровне 10 кг/год. Это ваш массовый расход. Через полгода КА на 1 же разгонится до скорости света и потратит на это всего 10 кг своей массы. (понятно что я беру эти ТТХ  "с потолка", для наглядности).

Смотрите расчет выше. И при массовом расходе 500 тонн ваш кораблик кончится за 1/50 секунды. Весь.

[Александр Овчар]

Ну как поругаться? Ну вот например, парадокс. Условный мотор с удельной тягой 1000Н/кВт, при мощности ЯР 1МВт, легко создает полезную тягу на 1000 000 Н, что позволит КА массой 10 тонн совершить равноускоренное движение с ускорением 10 м/с2

Как известно мощность мощность реактивной струи \( W=\frac{Fu}{2} \), откуда скорость истечения рабочего тела \( u=\frac{2W}{F}=\frac{2*10^6}{10^6} \)= 2 м/с. 2 метра в секунду!
А массовый расход рабочего тела \( M'=\frac{2W}{u^2}=\frac{2*10^6}{2^2}= \) 500 тонн! в секунду

К.П.Д электрических машин (систем) может быть на уровне 99%, тепловые потери будут на уровне 1% - 10кВт.  Эти 10 кВт тепла можно сбросить через ИК с радиатором охлаждения из вольфрама с черным телом на Т= 2700 К и площадь радиатора будет меньше 1 м2.

Энергия берется не святым духом, а из реактора, а реактор вырабатывает тепло! И даже при чудовищном КПД=50% преобразования тепла в электроэнергию у вас будет 1МВт тепла, а не 10 кВт.

Парадокс в том, что ЯР может работать непрерывно в течении 365 дней с расходом ЯТ на уровне 10 кг/год. Это ваш массовый расход. Через полгода КА на 1 же разгонится до скорости света и потратит на это всего 10 кг своей массы. (понятно что я беру эти ТТХ  "с потолка", для наглядности).

Смотрите расчет выше. И при массовом расходе 500 тонн ваш кораблик кончится за 1/50 секунды. Весь.

Я же отметил - парадокс. У вас есть привод что к пробному телу приложил силу 1000 Н/кВт = 100 кгс.  Это же легко ? Простая электролебедка умеет делать это. Реактивная струя тут не нужна? Верно? У Вас есть Сила (пусть это еще Статика и есть точки опоры, это не важно.

Вот так можно еще, для начала полета

Это может быть фотонной ракетой с рециркуляцией фотонов (ФР стоит на космодроме с большим зеркалом) , где имеет место ЭМ резонатор и плотность энергии в рабочей зоне на 9 порядков больше. И базовые 6,67 мкН/кВт тяги фотонного привода умножаются за счет рекуперации энергии в миллиард раз - до 1000 Н/кВт.
Это допустимо? У вас есть запас энергии (1 МДж), и этот запас - позволил 10 тонной ракете совершить полет в течении 1 секунды с ускорением 10 м/с2. И да, там массовый расход - но масса ракеты уменьшится на некий микрограмм - за эту 1 секунду (масса расхода ядерного топлива на производство 1 МВт)

Вы можете взять этот МДж из ЯР. Пусть там к.п.д 50%  - просто возьмите 2 МВт, и 1 МДж слейте на радиатор. при 2700 К вам хватит площади охлаждения ровно 1 м2.
==Главное в месадже - вопрос = а что, если Природа разрешает в принципе получить тягу 1МН с мощности 1МВт. Сразу создается Большой парадокс, с явным нарушением закона сохранения энергии.

Ответ - (пробный) - спросим - на что тратится тут этот 1МДж?

Ответ - на создание ускорения. Зачем? Для преодоления силы Инерции тела массой 10 тонн. Для Работы против силы инерции. А вы думаете что ваша задача - выбросить реактивную массу с удельным импульсом и вам (на самом деле) нужна Очень Большая Энерговооруженность.  Так как вы по сути тратите свою энергию в .."дымовую трубу".  Вы делаете Работу по ускорению реактивной массы - на выброс - и просто греете вселенную.

[alex_semenov]

А массовый расход рабочего тела M′=2Wu2=2∗10622=M′=2Wu2=2∗10622= 500 тонн! в секунду

Не рвите душу.  У нас с вами не хватит глубины зрения увидеть всё пространство открывающихся тут идей.  Мне - точно не хватает!

[Александр Овчар]

Не рвите душу.  У нас с вами не хватит глубины зрения увидеть всё пространство открывающихся тут идей.  Мне - точно не хватает! .

Просто подумайте на досуге, что возможно!!,  для полетов к звездам термин "энерговооруженность" или "формула Циолковского" банально   не имеет физического смысла.

Смотрите, как много было разных идей/проектов и все "упирается в энерговооруженность". Как в некий потенциальный барьер. Кажется нужен хакинг и этот хакинг должен быть смелым.

[alex_semenov]

Смотрите, как много было разных идей/проектов и все "упирается в энерговооруженность". Как в некий потенциальный барьер.

А это и есть единственный "вязкий" барьер на пути в любую точку вселенной. Скорость света - никакой не барьер. Напротив. 
Если вы можете позволить себе чудовищную энерговооруженность, скажем,  непрерывное ускорение в 1g =10 м/с², для чего вам нужна энерговооруженность вашего аппарата  w =ac = 10*3e+8=3e+9 Ватт/кг 3 ГВт/кг, тогда непрерывно так ускоряясь пол пути, а  пол пути тормозя на том же 1g вы:

Долетите до A-центавры за 3,5 года.
До центра нашей Галактики за 19 лет
До Туманности Андромеды за 25 лет
Путешествие вокруг видимой части вселенной - 42 года

Да вам нет преград с такой энерговооруженностью! Тогда лично вам скорость света - никакой не барьер!
Настоящий барьер только один. Энерговооруженность. Так и есть!

Кажется нужен хакинг и этот хакинг должен быть смелым.

И что вы мне предлагаете? Напрячься и... выпрыгнуть из "стереотипа"?
А не повторю ли я при этом подвиг главного героя антиутопии "Бразилия" 1985 г?
Смотрели фильм?



До конца смотрели?
Там в конце герой очень ловко вырвался на свободу. Совершает хак. Я допускаю, что вы проделали то же самое...
Вы мне предлагаете сделать то же?
Следовать за вами?
Соблазнительно... конечно...
Но я, всё же ещё помучаюсь тут.

[alex_semenov]

В развитие мысли, которая долго во мне сидела, но только недавно прорвалась к сознанию.
Вот картинка из книги Ляпунова "Борьба за скорость" 1952 года:



Картинка редкая (больше такого я нигде не видел).
Скажите, ЧТО ЗДЕСЬ РЕЖЕТ ГЛАЗ?
В ней есть некая вопиющая нелепая "новизна". Бросается в глаза сразу.
Но не сразу доходит что же тут не так?
Так что?
То что космодром-эстакада в центре Москвы - оставим это в стороне. Да, тоже глупость, но так было принято тогда.
Что еще?

[Иван Моисеев]

Но не сразу доходит что же тут не так?

Так тогда это было в общественном сознании.
Циолковский+Вернер фон Браун.


+



Критики можно навести много, но такая критика была бы полезна в 1952 году, а сейчас это не камильфо.

[Maki]

Что еще?

Параболическая эстакада. Боковые перегрузки порвут "изделие" как тузик грелку.

+Вернер фон Браун

Он же не в космос, а в Лондон ФАУ отправлял. И такой старт, вероятно, был выгодней. Вспомните как статует ракета ЗРК "Бук", например.

[Проходящий Кот]

Ракетные поезда.Если присобачить к нижним ракетам парашюты, получится многоразовость.

[EmperioAf]

До центра нашей Галактики за 19 лет
До Туманности Андромеды за 25 лет
Путешествие вокруг видимой части вселенной - 42 года

А с этого места пожалуйста поподробнее! А то мне в этом разделе говорили, что нам никак не долететь до Великого Аттрактора

[Проходящий Кот]

Это всё при неограниченной энергии......

[Инопланетянин]

Что еще?

Аэродинамическая пузатость каждой ступени. Они явно не предназначены соединяться в одну ракету.
Пропорциональное уменьшение каждой ступени. Нет бы бочки одинакового диаметра, но разной высоты, как сейчас.
Амортизаторы у каждой ступени. Тоже глаз режут. Каждая отдельная ступень будет садиться?

В целом видно, что до идеи многоступенчатости уже додумались, но ещё не довели идею до ума. В основе всё та же Фау составленная из своих уменьшающихся копий как есть.

[Maki]

Это всё при неограниченной энергии......

Так Вселенная в основном из неё и состоит... Научитесь использовать - и хоть куда с ветерком.
А на барионном веществе - фигушки.
 

[alex_semenov]

Перебои со светом начинают раздражать, однако...
 

Так тогда это было в общественном сознании.
Циолковский+Вернер фон Браун.
Критики можно навести много, но такая критика была бы полезна в 1952 году, а сейчас это не камильфо.

Мы не собираемся ИХ критиковать. Мы собираемся себя критиковать.
На вашей схеме хотя космоплан и СОСТАВНОЙ (многоступенчатый) но с эстакады он уходит ОДИН. Самая верхняя "субракера". Заметили?
Точно так же и "серебряная птица" Зенгера...



Тут тоже есть очень мощная "первая ступень"- разгонник. Зилберфогель тоже как бы составная ракета. Но составным был поезд. Не летательный аппарат. Первая ступень работает только на эстакаде. Разгонник никуда не летит (ну разве что слетает с эстакады и падает по параболе вниз).
Знаменитая "Луна-1" из "Знания-сила" 1954 года (с атомным двигателем) так же уходит с эстакады в одиночку...



Хотя и для нее рельсовая тележка снабжена дополнительными разгонными ускорителями.



Ненормальным, нелепо (непривычно) в картинке из книги Ляпунова выглядит именно многоступенчатость, составной космоплана, стратрующий с эстакады. Потому что обычно хорошо продуманный эстакадный космоплан или астроплан всегда ОДНОСТУПЕНЧАТЫЙ.
Заметили?
Любители старой фантастики. Эпоха астролётов, космопланов, приборов для мирового пространства - особая довоенная и чуть-чуть послевоенная эпоха... Все эти аппараты, если стартовали с эстакады, то всегда были одноступенчатыми. Хотя идея МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ракет тоже существовала всё это время (появилась даже раньше!) где-то рядом но на совершенно отдельной "эволюционной ветке". Такие многоступенчатые монстры с самого начала  стартовали вертикально. Не с эстакады.
И сразу вопрос. А почему они никогда не пересекались (ну разве что вот на этой редкой картинке)?
Предки были идиотами? Не могли объединить две прекрасных идеи чтобы получить третью совсем прекрасную?
Идиоты, как правило, потомки. Мы. Предки всегда оказываются мудрыми.
Но в чем мудрость "несмешивания" идей?