Двигатель для межзвёздных перелётов

[ВадимZero]

Но в любом случае нужно понимать закономерность. До самого конца тормозить парашютом у вас не получится. Как бы вы его не раскрывали, не делали его супер-пупер легким и большим и амперажным.Все-равно вам придется как-то дотормаживать по-другому. И чем меньше скорость отсечки (отстрела?) парашюта, тем легче дотормаживать.

Давайте всетаки представим динамику торможения нашего паруса. Пусть это будет идеальный магнитный оражатель(для простоты) с неменяющейся площадью. Протон который на него налетит(а вернее это парус на него налетит) получит скорость в два раза большую чем сам парус. Само торможение(снижение импульса паруса) при этом будет равно, увеличению импульса тормозной среды. Возьмем грубую аналогию с шарами. Допустим большой шар это наш парус, малый шар это масса среды которая позволит снизить импульс паруса в двое, которая будет собрана на растоянии L. Допустим наш большой шар пролетает L, ударяеться о второй шар передавая ему половину импульса. Чтобы снова снизить импульс в двое ему нужно добраться до следующего малого шара, но скорость у нас вдвое меньше, потому преодоление растояние L будет вдвое меньше. В итоге у нас получаеться геометрическая прогрессия. Где сумма прогрессии это время торможения паруса. Давайте применим нашу прогрессию к цифрам Зубрина.
800 дней это сумма прогрессии до понижения скорости 0.0056с, тогда 400 дней это будет последний член прогрессии..
Считаем...
800...0.0056с
1600....0.0028с
3200....0.0014с
6400....0.0007с тоесть за 18 лет, до 210 км/с...

Он же падает квадратично от скорости.
Импульс за секунду (тяга) mv/t зависит от v и от m/t, которая тоже зависит от v. Если скорост упала в 10 раз тяга упала в 100 раз. Скорость упала в 100 раз - тяга парашюта упала в 10 000 раз.
Бессмысленно тянуть до последнего.

Это верно, тяга падает квадратично, но при этом и импульс парашута падает. Тоесть если скорость упала в десять раз, то для дальнейшего деситикратного понижения нужно снижение импульса в десять раз меньше!

[vsevolodson]

Но здесь же есть и график для газофазного ЯРД.

При 6 000 мы получим обещанные изначально 12 км/с. При этом речь идет именно уже о РАДИАЦИОННОМ нагреве.

График какой-то странный. Чем обусловлен резкий рост u при 20 тыс К? А замедление после 30 тыс К? Никаких "фазовых переходов" в водороде уже нет при таких температурах. Думаю кривая адекватнее описывается эмпирической формулой:


Т.е. при Т плавления (4488К) достижимы 12 км/с удельного импульса, а не 10.

[alex_semenov]

ВадимZero! Я не понял о чем вы продолжаете со мной спорить?
Я же фактически с вами согласился.
Мол, да, нельзя  указать конкретный предел скорости до которой есть смысл тормозить. В каждом конкретном случае нужно этот предел определять конкретно.
Я ляпнул про 800 дней для быстрого корабля (более 0.1с). Средний (0.01-0.1)  или медленный (менее 0.01с) могут тормозить 8000 дней и вообще столетиями.
О прогрессии. Вы хорошо мыслите. Очень верный подход. И вот теперь скажите. Сумма ряда бесконечной прогрессии чему равна?
Ряд сходящийся?
Если она равна бесконечности (ряд расходится), значит затормозить "до конца" парашютом (теоретически) нельзя. Какой бы интервал времени вы не брали на торможение, все равно останется непогашенный импульс.
Разумеется, если этот непогашенный импульс равен уже какой-то эллиптической у звезды, то и прекрасно. Цель достигнута. Но надо  рассчитать помимо времени такого торможения и … тормозной путь.
Если вас это устраивает- ради бога.
Все мои замечания носили практический (рекомендательный) характер. С практической точки зрения МОЖЕТ оказаться глупым пытаться использовать механизм торможения о среду на полную катушку. До конца. Просто будет глупо тратить в 10 раз больше времени на дотормаживание "на мизерах" в 10 раз меньшей скорости тратя на это десятилетия.
8000 дней  210 км/с? Устраивает? Прекрасно! Но это 210 км/с. Очень много! и вам опять понадобится 8000 дней что бы на парашюте выйти на орбиту Звезды. Будете тратить эти дни? Ради бога.
Но я бы предпочел эту скорость погасить как-нибудь иначе и поэффективнее. Тем более что механизм оказывается есть. Надо просто идти на светило и тот же самый парашют использовать чуть-чуть по-другому.
Кстати, возможно 210 км/с можно погасить с куда меньшим ускорением пройдя вокруг светила по большему радиусу (если, скажем, у вас на борту есть такая блажь как люди). Найденный чера механизм разгона-торможения нормальным парусом вокруг светила дает достаточно широкий простор для маневра, выбора режимов и конструкторских решений!

[alex_semenov]

График какой-то странный. Чем обусловлен резкий рост u при 20 тыс К? А замедление после 30 тыс К? Никаких "фазовых переходов" в водороде уже нет при таких температурах.

График действительно странный. Но я вообще говоря в ТЕ температуры не особо хотел лезть.

Думаю кривая адекватнее описывается эмпирической формулой:

Т.е. при Т плавления (4488К) достижимы 12 км/с удельного импульса, а не 10.

Но если вы не уверены, то как конструктор должны брать худший случай!


Интересно, что никто не покритиковал мой расчет термоизоляции. А я вот лично в нем уже усомнился. В общем не все так просто там получается. Не так надо считать. Надо считать время разгона и количество энергии которое мы можем позволить впустить за это время внутрь.
Бороться с этим надо двумя способами.

1 Предварительный запас холода в виде переохлаждения сверхпроводника. Скажем не до 90К а до 5 К. Кроме того можно окружить сверхпроводник шубой из водородного снега. Он прекрасный термоизолятор и сублимируя будет держать холод пока не испариться (все надо считать).

2 Использовать снаружи многослойный термос. То о чем я говорил. Но не все так просто как у меня получилось. Наружний слой, даже будучи зеркальным, будет все равно иметь температуру выше тысячи градусов. А значит светиться как нить лампочки накаливания. И этот слой фольги должен быть просто чудо-материалом. И второй и третий…
Наверное.
В общем противостоять жару солнца - задача нетривиальная на самом деле. Очень даже нетривиальная.
А расчет термоизоляции по упрощенной формуле  a^n  вообще неверен.

[vsevolodson]

Вопрос перегрузки считаю также до сих пор нерешённым. Во-первых, парус - вещь протяжённая. В непосредственной близи от Солнца могут проявить себя гравитационные приливы (чуть разная орбитальная скорость в разных точках разорвёт). Во-вторых - тяга также будет слегка неравномерна. Ну и в-третьих - так и не было показано, что ускорение в 10g не порвёт кольцо.

[vsevolodson]

Но если вы не уверены, то как конструктор должны брать худший случай!

РД-0410 спокойно выдавал рассчётный импульс в реальных испытаниях

[alex_semenov]

Я тут кое-что подсчитал. Если мы хотим запустить полезную нагрузку с тормозным блоком общей массой 10 Мт, то площадь "чёрной трубки" термического глиссера при разгоне у Солнца составит... 2001 км² Т.е. разгонный блок из себя будет представлять фактически эфемерную плёнку (5 кг/м²) - причём эта величина почти не зависит от стартовой массы. Это совершенно неприемлимо при условии высоких перегрузок. B чём оказалась причина - водород жрёт безумно большое кол-во тепла при диссоциации на атомы и ионизации (для прогрева до 4000К понадобится почти 1ТДж на тонну по моим оценкам)...

Я не совсем понял как вы это насчитали? L_PT, рассчитывая свой вариант глиссира на 1000 тонн получил "жаровую поверхность" радиусом в 50 м. То есть аппарат вот в таком духе:



Будет иметь габариты что-то типа... длинна метров 120, ширина (по соплу) 90 м. (не считал, прикинул на глаз). Вы хотите сказать что нельзя такой "экраноплан" сделать сухой массой в 1000 тонн? Я думаю можно сделать и в 500 тонн А 500 тонн - на полезную нагрузку оставить.
Разумеется понадобятся космические материалы (композиты, пенометаллы). Ну и естественно все это будет очень ажурным. Как современные самолеты. А что вы хотели?

Кстати. Коль скоро я опять достал эту схему.
Мысль которая гложе. Нижняя (прозрачная) стенка сопла. Есть сильнейшее желание сделать ее ВИРТУАЛЬНОЙ… и  вот мысль. А нельзя ее действительно сделать из… газа? Скажем, большей массы (тот же аргон). То есть, задача сопла в чем? Заставить водород двигаться в расширяющийся назад зазор. Сверху- это явно делается расширением формы сопла. Там корпус имеет физически нужную форму.
А снизу? А снизу нужно как-то так пустить тоже выхлоп но с другой массой.  Поставить виртуальную нижнуюю стенку. В общем сделать так что бы более легкий водород не хотел расширяться вниз, а ему проще было бы расширяться назад.
Это все идея "на словах", разумеется. Мутные пожелания. То, за что я других костерил. Но мы тут лезем действительно в парафию засекреченных КБ.

[alex_semenov]

РД-0410 спокойно выдавал рассчётный импульс в реальных испытаниях

12 км/с? Тогда к чему ваши терзания?

[AlexOrex]

Насчет теплоизоляции провода - поскольку внутренний слой переотражает 90-96% энергии на внешний - этот внешний слой разогреется сильнее и будет сливать энергию только наружной своей стороной. Т.е не надо делить тепловой поток на 2 на каждом слое, надо только отражение учитывать.
Одно приятно - при альбедо 96% у нас даже серебро в 1-м слое чуть-чуть не плавится. (Считал калькулятором Роберта, если что - извините)

Насчет торможения - интересно было бы  посмотреть на динамику полета: наш парашют сначала асимптотически тормозит, потом пробивает Ударную волну, влетает в область действия все усиливающегося звездного ветра и вплоть до зоны с температурой 90К (с учетом альбедо 0,95 это всего 3 радиуса эффективной земной орбиты) может тормозить и вообще не париться с перегревом, даже если у него половина зеркальных слоев полопалась от старости! А нам вообще понадобится пресловутый обратный проход через периастр после этого?

[alex_semenov]

Вопрос перегрузки считаю также до сих пор нерешённым.

Да нет там особо-неразрешенной проблемы!

Во-первых, парус - вещь протяжённая. В непосредственной близи от Солнца могут проявить себя гравитационные приливы (чуть разная орбитальная скорость в разных точках разорвёт).

Да. Приливную силу надо прикинуть. Хорошая идея. Но я не думаю что она будет давать больше 10g. А значит конструкция должна ее тоже выдержать.

Во-вторых - тяга также будет слегка неравномерна.

Да там динамика обтекания плазмы будет настолько хитрой, то сам черт ногу солмает!
Ваше "слегка неравномерна" - это, пардон, уже придирки к ерунде.
Разумеетя не все так просто как я возрадовался.
Я описал общий принцип. И для его реализации придется очень попотеть. Но наша задача сейчас - сделать ПРОГНОЗ, оценить насколько это реалистично? И прогноз обнадеживающий.

Ну и в-третьих - так и не было показано, что ускорение в 10g не порвёт кольцо.

Вы хотите что бы я сделал детальные расчеты? "На глаз" я не вижу проблем. Вполне обычные материалы на разрыв держат куда большие силы (ускорения). На много порядков большие. Почему десятикратный вес должен рвать эту конструкцию?
Тем более что разгоняющая сила прикладывается к конструкции ИДЕАЛЬНО.
Лучше и придумать нельзя.

[AlexOrex]

Кстати, как вариант моего бреда для глиссера - корабля поколений Vsevolodson'а. Темная трубка у нас должна иметь площадь где-то 5000 м² на килотонну. Т.е. это, по сути, радиатор наоборот - логично сделать его плоским. Кстати, верхняя (от Солнца) стенка радиатора желательно д.б. зеркальной - чтобы в космос не светить. В конце, где водород порядочно нагреется - пусть стоят сопла Александра Семенова для поднятия Т с 4000К до скольки получится. Впереди - цилиндрический айсберг водорода. Когда водород "прогорит", большую часть "радиатора" можно использовать для строительства сегмента обитаемого тора, меньшая часть понадобится для торможения.

PS. По массе. Если от килотонны сухой массы взять 100 т на двигатель (который и ПН одновременно), получим поверхностную плотность 20 кг/м². Сделать в этих пределах этакий "гофрокартон" из карбидов с прокачкой водорода по порам - ИМХО, вполне реально.
Скока там плотность карбида тантала-гафния? В любом случае получается толщина стенок миллиметра 2 и поток водорода порядка 60 кг/с на погонный метр ширины. И агромадное давление. Нехило.

[alex_semenov]

Насчет теплоизоляции провода - поскольку внутренний слой переотражает 90-96% энергии на внешний - этот внешний слой разогреется сильнее и будет сливать энергию только наружной своей стороной. Т.е не надо делить тепловой поток на 2 на каждом слое, надо только отражение учитывать.

Я вчера вертел-вертел в голове и ничего правильно не получил. Надо браться за это двумя руакми. Рыть сеть. Делать более верный расчет.

Одно приятно - при альбедо 96% у нас даже серебро в 1-м слое чуть-чуть не плавится. (Считал калькулятором Роберта, если что - извините)

ДА?!!! Я не считал.  Но если так, то прекрасно!
Считается это просто. Вы высчитваете сколько энергии на м2 вы поглотили (10-4% от падающей) а потом по Стефану-Больцману считаете температуру с учетом что излучаете вы эту поглащенную энергию с 2-х м2 (наружу и внутрь). Хотя тут еще надо учитывать черноту. А она у серебра КРАЙНЕ плохая. Чем зеркальней металл, тем хуже у него коэффициент черноты.
Кстати… Поэтому. Наружний солй должен быть зеркальным, внутренний "черным". Поглащать все тепло, которое вернется от внутреннего зеркала. Но это же приведет к тому что почти все тепло наружного слоя излучается внутрь Черной стороной.
Разделить пополам не получится, фактически…
Гм…
Засада.. В общем надо все очень тщательно считать.

Насчет торможения - интересно было бы  посмотреть на динамику полета: наш парашют сначала асимптотически тормозит, потом пробивает Ударную волну, влетает в область действия все усиливающегося звездного ветра и вплоть до зоны с температурой 90К (с учетом альбедо 0,95 это всего 3 радиуса эффективной земной орбиты) может тормозить и вообще не париться с перегревом, даже если у него половина зеркальных слоев полопалась от старости!

Это все прекрасно. Но я бы не стал на такую лафу сильно рассчитывать.

А нам вообще понадобится пресловутый обратный проход через периастр после этого?

Вы думаете аксиальнгого солнечного ветра хватит?  Даже если так (хотя есть глубокие сомнения), то все равно для подстраховки надо иметь возможность дотормозить у звезды.

Нужен детальный расчет. Тогда все станет ясно.

Любой межзвездный корабль просто вынужден проходить близко от звезды, входя в систему прибытия. Только в очень редких случаев траектория его прибытия будет лежать в плоскости местной эклиптики планетной системы. Значит, выйти на эллиптическую орбиту мало. Надо поменять (до 90 градусов!) угол наклона плоскости этой орбиты. А сделать это можно (с минимумом затрат) только как можно ближе пройдя у центра масс. То есть у звезды.

[vsevolodson]

12 км/с? Тогда к чему ваши терзания?

РД-0410 не использовал сверхтугоплавкие материалы, рабочая температура была менее 3000К, а u=8927 м/с.

Да нет там особо-неразрешенной проблемы!

Да глиссер-паровоз тоже был предельно прост и в то же время предельно гибок, чтобы на этапе рассчёта не случилось облома. Однако в 99% случаев нерассчитанные моменты - ставят крест на идее целиком. Я уже говорил о "презумпции неработоспособности" - пока не рассчитано, работать, скорее всего не будет. Неужели вы ещё не усвоили этот урок физики?

Но я не думаю что она будет давать больше 10g. А значит конструкция должна ее тоже выдержать.

Да всё равно, больше или меньше. Если у вас там получится 5g, то конструкция уже должна выдерживать 15g, а человеки станут и вовсе инвалидами и останутся без зубов после такого разгона.

Но наша задача сейчас - сделать ПРОГНОЗ, оценить насколько это реалистично? И прогноз обнадеживающий.
Вы хотите что бы я сделал детальные расчеты? "На глаз" я не вижу проблем.

В прогнозе и термоглиссер/паровоз был обнадёживающим и максимально простым и летабельным. Но "дъявол", как известно, в деталях. "На глаз" то и фотонные ракеты у некоторых вполне летают.

Вполне обычные материалы на разрыв держат куда большие силы (ускорения). На много порядков большие. Почему десятикратный вес должен рвать эту конструкцию?
Тем более что разгоняющая сила прикладывается к конструкции ИДЕАЛЬНО.
Лучше и придумать нельзя.

Без численных оценок это пока что всё просто слова. Фотонная ракета ещё идеальней в таком случае.

[vsevolodson]

Кстати, как вариант моего бреда для глиссера - корабля поколений Vsevolodson'а. Темная трубка у нас должна иметь площадь где-то 5000 м2 на килотонну. Т.е. это, по сути, радиатор наоборот - логично сделать его плоским. Кстати, верхняя (от Солнца) стенка радиатора желательно д.б. зеркальной - чтобы в космос не светить. В конце, где водород порядочно нагреется - пусть стоят сопла Александра Семенова для поднятия Т с 4000К до скольки получится. Впереди - цилиндрический айсберг водорода. Когда водород "прогорит", большую часть "радиатора" можно использовать для строительства сегмента обитаемого тора, меньшая часть понадобится для торможения.

PS. По массе. Если от килотонны сухой массы взять 100 т на двигатель (который и ПН одновременно), получим поверхностную плотность 20 кг/м2. Сделать в этих пределах этакий "гофрокартон" из карбидов с прокачкой водорода по порам - ИМХО, вполне реально.
Скока там плотность карбида тантала-гафния? В любом случае получается толщина стенок миллиметра 2 и поток водорода порядка 60 кг/с на погонный метр ширины. И агромадное давление. Нехило.

Сообщение №1461 почитать - не? 

Я это уже всё обсчитал и расписал. Термоглиссер НЕ РАБОТАЕТ при размерах корабля больше сантиметров.
 

[vsevolodson]

Я это уже всё обсчитал и расписал. Термоглиссер НЕ РАБОТАЕТ при размерах корабля больше сантиметров.

В случае когда мы у Солнца помещаем магнитный парус заместо водородного термоглиссера, очевидно, всё будет намного хуже.

[vsevolodson]

радиатор в хромосфере. бугагаг

[alex_semenov]

Приливная сила, рвущая наш парус:



http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D1%8B

G - грав постоянная. 6,67E-11
М - масса Солнца. 1,99E+30 кг
R - расстояние от центра тяжести корабля до центра Солнца 1 500 000 000 м. (0,01a.e.)
Мю - массы разрываемые приливом (если опускаем, получаем ускорение в м/с2)
r- расстояние между точками, которые рвутся приливом. У нас это 20 000 м (диаметр паруса Дэнфорда).
Счтиаем… Я получил 0,001573287 м/с2 !!!
Для 200 км паруса 0,01573287м/с2. Разумеется!

То есть приливные ускорения (и силы) плевые!

Пересчитайте!
Может я себе подмухлевал где-то?

В общем про приливные силы можно не волноваться.
Кстати у красных карликов они будут значительней. Но имеющийся у нас запас нулей после запятой гарантирует что и там мы не будем иметь каких-то проблем!

[AlexOrex]

Сообщение №1461 почитать - не?   
Я это уже всё обсчитал и расписал. Термоглиссер НЕ РАБОТАЕТ при размерах корабля больше сантиметров.

От я дурик - смотрел же сообщение, а уже забыл с тех пор. Один фиг-парус получается... Неужто целый тераджоуль на тонну водорода? Теперь понятно, почему и с ЯРД такие муки.
Чую, скоро мы и концепцию магнитного паруса угробим. Щуки злорадствуют!
Хотя как парашют она, может, еще побарахтается?

Оффтоп: Такой магнитно-парашютный зонд надо пускать в систему кратной звезды (или шаровое скопление ). Разогнать его лучом, он прилетит, затормозится парашютом, сядет на орбиту, наделает своих копий, те самостоятельно разгонятся до 0,005с и разлетятся к соседним компонентам системы или звездам скопления.

[vsevolodson]

То есть приливные ускорения (и силы) плевые!

Пересчитайте!
Может я себе подмухлевал где-то?

В общем про приливные силы можно не волноваться.
Кстати у красных карликов они будут значительней. Но имеющийся у нас запас нулей после запятой гарантирует что и там мы не будем иметь каких-то проблем!

Замечательно. Сколько миллиграмм полезной нагрузки сможет разгонять с ускорением 10g этот конкретный парус поперечником 20000м?

[AlexOrex]

А как посчитать силу, рвущую наше кольцо? С ускорением 10g все понятно, оно действует (грубо) перпендикулярно кольцу. А какая часть силы тяги распирает его? Просто я не знаю материалов, способных выдержать свой вес при длине 36 км даже в поле тяготения Земли, окромя бананотрубок. Хотя 36 км трубок для паруса по сравнению с over 36000 для космолифта - ерунда.

радиатор в хромосфере. бугагаг

Да он и должен был радиировать, только не наружу, а внутрь . Но оказался сном разума.