Телескопы покупают здесь


A A A A Автор Тема: Двигатель для межзвёздных перелётов  (Прочитано 644677 раз)

0 Пользователей и 2 Гостей просматривают эту тему.

Оффлайн alex_semenov

  • *****
  • Сообщений: 16 324
  • Благодарностей: 583
  • Я лгу!
    • Сообщения от alex_semenov
    • Z-механика+
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15000 : 07 Дек 2022 [23:17:57] »
Так в формуле чем больше диаметр лазера ,тем больше расхождение.
Ой, где?
Я вам давал "учебную" ссылку.



Диаметр пятна (то есть паруса) равен 2.44 на длину волны на фокусное расстояние, делённое на диаметр "линзы" или СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРЫ когерентного, монохроматичного излучателя. Чем больше последний параметр, диаметр апертуры, тем меньше диаметр фокусного пятна при прочих равных.
Верно?
То есть чем шире диаметр "излучателя" - тем меньше фокусное пятно. При этом надо понимать что излучатель когерентный (да еще и монохроматичный, что оказыается еще большая проблема чем когерентность). А надо добавить еще и ПЛОТНЫЙ (то есть не имеет внутри себя неизлучающих просветов, так как это ведёт к неприятному эффекту "разряженных решёток", появляется МНОЖЕСТВЕННЫХ боковых фокусов куда расходуется энергия излучателя и только у сплошного излучателя будет ОДИН фокус).

Кстати, почему 2.44? Почему не 1.22? Не интересовались?
2.44 - это "второй ноль" пятна или диска Эйри.



Внутри первого ноля содержится 83,8% всей энергии излучения, потом идет кольцо и "второй ноль"  в пределах этого "ноля" 91%. И вот по нему парус и "шьют".
То есть предполагается (изначально) что на парус попадает 91% всей энергии излучения.
Лямбда - длина волны
L - фокусное расстояние или дистанция разгона. Сокращая L вы уменьшаете и диметр паруса и диаметр излучателя. Но вы увеличиваете необходимое ускорение, то есть давление света и значит энергию на площадь паруса. Это - термическая нагрузка. Раз. Два - вы должны иметь и БЕЗУМНУЮ мощность излучателя что бы выстрелить за короткое время на короткой дистанции L, относительно небольшой по диаметру парус. Это то на что ставит Любин. Но это не самое разумное решение. Разумное решение - не делать пулю из дерьма. Строить большую астроинженерную систему.
Маленький, карманный звездолёт тут не получается.

Цитата
Допплер я не учитывал,но чем больше скорость Звездолёта,тем меньше частота догоняющего пучка,тем меньше передаваемый импульс.
Да. Без учёта доплеровского эффекта эффективность паруса как ПРИВОДА v/c, где v - конечная скорость. И чем ближе v к 0, тем незаметней вклад эффекта Доплера  (тем точней соотношение). Но если вы разгоняете парус до 0.01с, то это значит что только 1% энергии луча (а для его получения уже затратили БОЛЬШЕ!) превратится в энергию движения паруса при условии идеального отражения и вся энергия попала на парус (а выше мы видим что в лучшем случае 91%).
Почему мечты летать по Солнечной системе на лазезных парусах - ДУРНЫЕ фантазии. Бессмысленно!
Бессмысленно использовать такой привод даже для "средних" скоростей (0.01-0.1с). Только при v=0.25с-0.75с "овчинка стоит выделки".
То есть, если мы разгоняем парус до скорости близкой к света, скажем 0.9999с, то эффективность такого привода должна была бы приближаться  к 1.
Но с  с учетом эффекта Доплера, эффективность фотонного привода падает до 1/2. Как в случае идеальной фотонной ракеты. То на то и выходит. Это всё - квантовые звездолёты. См. приложенный рисунок.

Цитата
Ну во первых батарею юстировать нужно и желательно в реальном времени..Мощность лазеров должна быть равномерна по всему полю и времени ,иначе ваш звездолёт закувыркается ещё в начале разгона. И с ехидцей.Чем больше размер батареи,тем больше расхождение пучка.Апертура та же ,но вот.линейный размер .В общем задачка ещё та.
Ничего не понял.
Вы все же почитайте ОСНОВАТЕЛЕЙ идеи. А? Отец идеи Робетр Форвард. 1962 год. Независимо идею выдвинул Маркс в 1966-м но он ставил на рентгеновкую длину волны.
Вот отпнавная работа 1984 г.:

Roundtrip interstellar travel using laser-pushed lightsails

Кстати, выложенная Иваном Моисеевым в сеть она до сих пор остается единственной открытой (бесплатной) ссылкой на эту ключевую работу Форварда. Кстати, Форвард планитовал терять значительную часть мощности за счет "прозрачности" паруса (там есть график оптимизиации по массе).
Вообще, я вам вот что скажу.
Если вы начнете погружаться в тему лазерных парусов (и вообще солнечных парусов) вы будете немало удивлены, насколько там всё контринтуитивно.
Хотя на первый взгляд, вроде как всё просто и очевидно.
Это - мнимость.
Со светом всегда так.
Свет - самое волшебное что есть в нашей вселенной. Непостижимое...
« Последнее редактирование: 08 Дек 2022 [00:38:36] от alex_semenov »
Александр Анатольевич Семёнов. Научный спекулянт, сторонник концепции сильного ИИ по А. Тьюрингу, исторический еслибист, саракшист, идейный космист, религиозный эволюционист, знаниевый фундаменталист, прорицатель мрачного будущего. Эксперт по межзвездным переселениям и ксеноциду. Сетевой графоман-оратор. Весельчак, балагур.

Оффлайн alex_semenov

  • *****
  • Сообщений: 16 324
  • Благодарностей: 583
  • Я лгу!
    • Сообщения от alex_semenov
    • Z-механика+
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15001 : 07 Дек 2022 [23:50:55] »
Главное, что я хочу сказать. То что я перестал тут педалировать идею лазерного паруса, это не означает что я эту идею выкинул как нерабочую.
НАПРОТИВ.
Эта идея ОТЛОЖЕНА как "нишевая" для БЫСТРЫХ звездолётов у очень богатой, продвинутой цивилизации (предельной, постсингулярной цивилизации).
И вопрос остается лишь в том, можно ли создать звездолёты подешевле, помедленней для менее продвинутых, досингулярных цивилизаций?
 :)
Александр Анатольевич Семёнов. Научный спекулянт, сторонник концепции сильного ИИ по А. Тьюрингу, исторический еслибист, саракшист, идейный космист, религиозный эволюционист, знаниевый фундаменталист, прорицатель мрачного будущего. Эксперт по межзвездным переселениям и ксеноциду. Сетевой графоман-оратор. Весельчак, балагур.

Оффлайн MenFrame

  • *****
  • Сообщений: 6 896
  • Благодарностей: 156
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от MenFrame
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15002 : 08 Дек 2022 [13:15:22] »
Эта идея ОТЛОЖЕНА как "нишевая" для БЫСТРЫХ звездолётов у очень богатой, продвинутой цивилизации
Читали?
Наука есть организованный скептицизм в достоверности экспертного мнения.  Ричард Фейнман
Свобода, есть форма ответственности за необходимую глупость. (не помню кто сказал)

Оффлайн alex_semenov

  • *****
  • Сообщений: 16 324
  • Благодарностей: 583
  • Я лгу!
    • Сообщения от alex_semenov
    • Z-механика+
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15003 : 08 Дек 2022 [14:03:17] »
Читали?
Что-то когда-то такое мне уже предлагали почитать.
Да, если будет найдет некий новый способ фокусировки, ГОДНЫЙ для лазерного паруса - я буду рад.
Но обычно все подобные статьи представляют ситуацию именно так, что мол, проблема фокусировки - единственная проблема на пути таких вот парусов к звездам.
Но это, мягко говоря, неправильная расстановка акцентов.
Главная проблема в том, что послать даже относительно небольшой звездолёт на скорости в 0.2-0.5 с  - чудовищные энергетические затраты и в ЛЮБОМ СЛУЧАЕ  чудо-машины. По-сути это всегда астросооружения. Пусть мини и тем не менее.  Мы и сейчас не способны их создать. А в будущем не ясно станем ли мы их вообще создавать? Стоит ли овчинка выделки?
Понимаете?
Можно бесконечно спорить что проще сделать? Массив солнечных лазеров в системе Меркуия (как это описано в романе у Форварда)? Может сделать "станцию Кларка" (массив солнечных батарей на орбите 0.1 а.е от Солнца)? Может вообще попробовать сделать солнечный лазер из короны Солнца? А может ну его нафик то Солнце? Одни проблемы же со стабильностью и наведением? Может лучше в поясе Койпера переделать какой-нибудь койпероид в гравицапу Семёнова? Я - за последний вариант. Но что бы мы не выбирали - мы получим задачу на астросооружение чудовищной мощности в тысячи тераватт, то есть это больше чем наша цивилизация сейчас производит и потребляет энергии (всей!) и это по-сути установка, единичная мощность которой сравнима с мощностью цивилизации I го типа по Кардашеву!
Значит такие установки может строить цивилизация II го типа. Но до этого надо еще дорости (если вообще возможно).
Вы скажете, а зачем пулять тяжелые звездолёты?
Хотя звездолёт на 50 -100 тысяч тонн (при этом парус будет весить от 2/3 до половины этой массы) - не бог весть какая масса как для звездолёта. Звездолеты не должны быть маленькими.
Хотя идея минимализма процветала все девяностые и нулевые (см. статю Лендиса например), я думаю это в значительной степени пустышка. Пробный шар и тупик. Развитя не будет. Отдачи - тем более. Не имея технологических чудес типа сильного ИИ и нано-саморепликаторов, бессмысленно пускать килограммовые зонды к звездам (на пролётной траектории?).
Во-первых такой неизвестно как тормозить. Во-вторых как связываться с Землёй (это главная проблема "Старшота" как по мне)? В-третьих, какую полезную нагрузку и полезную задачу можно загрузить в эти несчастные килограммы? (а граммы?)  Вообще, чем меньше у вас звездолёт, тем проще с его разгоном здесь и  тем хуже ситуация там у цели. Даже с успешной реализацией магнитного парашюта. Создать (и упаковать) хороший парашют для 100 000 тонного звездолёта куда проще, чем дрянной для 100 тонного. У последнего парашют будет весить 90% его массы и всё равно не решит проблему остановки у цели до конца. И так - везде. Малые размеры - огромные инженерные проблемы. Поверьте. Я тыкался и я знаю.
В общем.
Интуитивные решения тут как правило - ошибочны. Тупиковые.
Вообще любая развитая инженерная идея на взгляд профана оказывается совершенно контринтуитивной. Так и должно быть.
« Последнее редактирование: 08 Дек 2022 [14:13:20] от alex_semenov »
Александр Анатольевич Семёнов. Научный спекулянт, сторонник концепции сильного ИИ по А. Тьюрингу, исторический еслибист, саракшист, идейный космист, религиозный эволюционист, знаниевый фундаменталист, прорицатель мрачного будущего. Эксперт по межзвездным переселениям и ксеноциду. Сетевой графоман-оратор. Весельчак, балагур.

Оффлайн MenFrame

  • *****
  • Сообщений: 6 896
  • Благодарностей: 156
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от MenFrame
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15004 : 08 Дек 2022 [19:21:13] »
Понимаете?
Ну так эффект приведенный в статье можно использовать и для паруса на луче материи, а он вниз по энергии без проблем маштабируется.
В общем.
В общем вы далеко за рамки движка выходите.
Наука есть организованный скептицизм в достоверности экспертного мнения.  Ричард Фейнман
Свобода, есть форма ответственности за необходимую глупость. (не помню кто сказал)

Оффлайн Фантазер

  • *****
  • Сообщений: 510
  • Благодарностей: 18
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Фантазер
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15005 : 09 Дек 2022 [20:59:02] »
С форума НК:
frontiers вот такую статью опубликовал
Динамическое парение как средство превышения скорости солнечного ветра
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frspt.2022.1017442/full
Исследуется способ, с помощью которого космический аппарат может взаимодействовать с потоками ионизированного газа в космосе (солнечным ветром или межзвездной средой) для разгона до скоростей, превышающих скорость потока.
Предложен механизм создания подъемной силы, в котором мощность извлекается из потока, обтекающего аппарат в направлении полета, и затем используется для ускорения окружающей среды в поперечном направлении, создавая подъемную силу (т. е. силу, перпендикулярную потоку). Показано, что большие значения аэродинамического качества возможны в случае, когда на большой площади взаимодействия сообщается малая поперечная скорость. Требование большой площади взаимодействия при чрезвычайно низкой плотности гелиосферы исключает использование физического крыла, но использование плазменных волн, генерируемых компактной, направленной антенной, для сообщения импульса окружающей среде с возбуждением R-волны, X-волны, альфвеновские волны и магнитозвуковые волны кажутся многообещающими кандидатами. Определена концептуальная миссия, в которой выполняется динамическое парение на граничном скачке гелиосферы, что позволяет космическому кораблю достичь скорости, приближающейся к 2% c, в течение двух с половиной лет после запуска без расхода топлива. Этот метод может включать первый этап многоступенчатой миссии для осуществления настоящего межзвездного полета к другим солнечным системам.
Концепции создания силы на космическом корабле посредством взаимодействия с солнечным ветром включают магнитный парус, электрический парус и плазменный магнит. Магнитный парус (MagSail), первоначально предложенный Зубриным и Эндрюсом ( Зубрин и Эндрюс, 1991 ; Зубрин и Мартин, 2000 ), будет состоять из петли сверхпроводящего кабеля, создающего искусственную магнитосферу, отклоняющую поток заряженных частиц в солнечном ветре. и придание кабелю соответствующей реактивной силы. Электрический парус (E-sail), предложенный Янхуненом ( Janhunen, 2004 ; Mengali et al., 2008).), устраняет необходимость в сверхпроводящем кабеле и вместо этого полагается на провода, заряженные до высокого напряжения, для отклонения заряженных частиц солнечного ветра. Плазменный магнит ( Slough and Giersch, 2005 ; Slough, 2007 ) будет использовать многофазную антенну на борту космического корабля для управления токами в окружающей среде, создавая магнитную структуру, которая будет раздуваться за счет самоотталкивания до тех пор, пока магнитное давление не уравновесится динамическим давлением. давление набегающего солнечного ветра. Плазменный магнит кажется особенно обнадеживающим, поскольку он способен взаимодействовать с огромным объемом солнечного ветра (например, протяженностью от десятков до сотен километров), при этом требуется только небольшая антенна (порядка метров) со скромными требованиями к мощности.

Оффлайн Valenock

  • *****
  • Сообщений: 5 208
  • Благодарностей: 167
    • Сообщения от Valenock
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15006 : 10 Дек 2022 [06:44:50] »
любая развитая инженерная идея на взгляд профана оказывается совершенно контринтуитивной.
Эту фразу я у вас стырю без отчислений за авторские права. Уж извините.

Оффлайн alex_semenov

  • *****
  • Сообщений: 16 324
  • Благодарностей: 583
  • Я лгу!
    • Сообщения от alex_semenov
    • Z-механика+
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15007 : 10 Дек 2022 [15:28:34] »
любая развитая инженерная идея на взгляд профана оказывается совершенно контринтуитивной.
Эту фразу я у вас стырю без отчислений за авторские права. Уж извините.
На самом деле это перефразировка известного первого "закона" Кларка, что достаточно развитая технология неотличима от магии.
Что такое для нас магия?
В чем магия фокуса? Циркового фокуса?
Нам не очевиден способ, каким этого добились и наблюдаемое - контринтуитивно. Это - магия.
Я с детства ВИДЕЛ чертежи всякого рода машин. Настоящие сборочные чертежи. Отец постоянно консультировал студентов-дипломников и эти бесконечные простыни... Много позже я учился всё это читать (и достаточно преуспел в этом). Но я сохранил то детское удивление перед ЗАКОЧЕННОЙ конструкцией, что бесконечные мелкие детали (вплоть до соображений технологичности изготовления) первоночально-простую мысль (ну что может быть сложного в редукторе?) делают (на тех же сборочных чертежах) абслютно "контринтуитивной". "Магичной"
Конечно, когда Кларк говорил о первом своём законе он имел в виду нечто гораздо большее. Скажем, телефон, компьютер, самолёт. Для человека НЕ ПРИВЫКШЕМУ к такому это кажется совершенной магией. Потому что он не в состоянии понять как обыденная реальность связана с ЭТИМ....
Но и более приземлённая версия этого работает тоже. Даже интуитивно немагические вещи (скажем, велосипед) если вы вникаете в детали того как это работает, какие были варианты это сделать и почему это или это здесь сделано вот так вот, часто возникает ощущение "маленького чуда".
Мы просто прямолинейные тупицы. И обнаруживаем это буквально на каждом шагу, если это шаги в сторону от накатанного (безмозглого). Мы - линейные апроксиматоры.
Например, для меня в детстве было совершенно непонятным открытием, почему всем известный бумажный самолётик, сделанный из школьной тетрадки летает великолепно, но почему тот же самолётик сделанный побольше из газетного листа (или из соответствующего листа ватмана, ставился такой эксперимент) летает совсем не так! Намного хуже! Хотя, казалось бы - всё один в одни!
:)
« Последнее редактирование: 10 Дек 2022 [15:35:32] от alex_semenov »
Александр Анатольевич Семёнов. Научный спекулянт, сторонник концепции сильного ИИ по А. Тьюрингу, исторический еслибист, саракшист, идейный космист, религиозный эволюционист, знаниевый фундаменталист, прорицатель мрачного будущего. Эксперт по межзвездным переселениям и ксеноциду. Сетевой графоман-оратор. Весельчак, балагур.

равлик

  • Гость
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15008 : 11 Дек 2022 [07:47:17] »
Динамическое парение как средство превышения скорости солнечного ветра
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frspt.2022.1017442/full
Исследуется способ, с помощью которого космический аппарат может взаимодействовать с потоками ионизированного газа в космосе (солнечным ветром или межзвездной средой) для разгона до скоростей, превышающих скорость потока.
Цитата: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frspt.2022.1017442/full
Вдохновленный динамическими маневрами парения, выполняемыми морскими птицами и планерами, в которых разница в скорости ветра используется для увеличения скорости, в предлагаемой технике космический корабль, создающий подъемную силу, кружит между областями гелиосферы, которые имеют разные скорости ветра, получая энергию в процессе. без использования топлива и только со скромными требованиями к бортовой мощности.
Сказки для непонимающих энергию и относительность (простую галилеевскую) :facepalm: Чтобы разогнаться относительно частиц потока нужен соответствующий источник мощности от бортового накопителя энергии или внешнего питающего луча.
Цитата: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frspt.2022.1017442/full
Существует метод, который позволяет транспортному средству, взаимодействующему с ветром, превышать скорость ветра: динамическое парение. При динамическом парении, практикуемом на земле, транспортное средство, создающее подъемную силу, выполняет маневр, который использует разницу в скорости ветра между двумя разными областями воздуха, например, ветер, дующий над вершиной холма, и неподвижный воздух на подветренной стороне холма.
Что требует взаимодействия с 2 разными потоками газа, которых в солнечном ветре нет с такими большими перепадами скорости.

Оффлайн Фантазер

  • *****
  • Сообщений: 510
  • Благодарностей: 18
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Фантазер
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15009 : 11 Дек 2022 [07:58:11] »
Сказки для непонимающих энергию и относительность (простую галилеевскую)  Чтобы разогнаться относительно частиц потока нужен соответствующий источник мощности от бортового накопителя энергии или внешнего питающего луча.
   Вика: Буер представляет собой конструкцию крестообразной формы, установленную на трёх или более металлических коньках. Один из коньков (передний или задний) является рулевым и ставится на корпусе. Боковые коньки помещаются на концах поперечного бруса. Конструкция оснащена парусным вооружением типа кэт или шлюп. На современных буерах используется, как правило, один парус на одной мачте, то есть вооружение типа кэт.

Особенностью буера является способность развивать скорость, превышающую скорость ветра от 2 до 5 раз, что достигается за счёт небольшого сопротивления трения стальных коньков о лед.

Оффлайн Проходящий Кот

  • *****
  • Сообщений: 19 443
  • Благодарностей: 426
    • Сообщения от Проходящий Кот
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15010 : 11 Дек 2022 [08:34:16] »
И где у нас лед между звездами?

Оффлайн Фантазер

  • *****
  • Сообщений: 510
  • Благодарностей: 18
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Фантазер
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15011 : 11 Дек 2022 [09:14:11] »
И где у нас лед между звездами?
Был бы ветер......  НЯП речь шла об изобретении чего-то типа магнитных коньков,типа как у буера. ;)
« Последнее редактирование: 11 Дек 2022 [09:30:43] от Фантазер »

Оффлайн vasanov

  • *****
  • Сообщений: 2 382
  • Благодарностей: 86
    • Сообщения от vasanov
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15012 : 12 Дек 2022 [16:04:16] »
Особенностью буера является способность развивать скорость, превышающую скорость ветра от 2 до 5 раз, что достигается за счёт небольшого сопротивления трения стальных коньков о лед.
Так и обычные яхты и парусники могут. Пословица желающая попутного ветра неправа, самый хороший ветер боковой, тогда можно достигать скорости больше скорости ветра, в разы. Тут главное, чтоб у яхты было плохое смещение вбок, у яхты для этого киль служит, у буера коньки. А вот у солнечного парусника такую роль киля играет сила притяжения к солнцу, так , что и солнечные парусники могут двигаться быстрее скорости солнечного ветра. Смысла только в этом нет, давление солнечного ветра намного меньше давления солнечного света. А, вот, используя всякие хитромудрые способы разгона, компенсирующие центробежную силу, используя энергию солнца, вполне возможно набрать приличную скорость на круговой орбите вокруг солнца и потом уже лететь с этой скоростью к центаврам. Такой себе циклический ускоритель без ускорителя.
« Последнее редактирование: 12 Дек 2022 [16:17:07] от vasanov »

Оффлайн Иван Моисеев

  • *****
  • Сообщений: 2 365
  • Благодарностей: 36
  • Navigare necesse est
    • Сообщения от Иван Моисеев
    • Проблема межзвездных перелетов
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15013 : 15 Дек 2022 [11:15:31] »
В частности проект "Дедал"  - кривой уродец.
Именно из-за нелепой в его случае двухступенчатости.
Что бы его две ступени сработали как хотелось и виделось Алану Бонду, ему НАРИСОВАЛИ ИЗ ВОЗДУХА просто фантастическую энерговооруженность (по другому концепция не срасталась).
Настолько фантастическую, что задача получить управляемый термояд на фоне этого - меркнет.
Эко вы круто по Дедалу...
Однако, если вы узнаете, что Дедал не двух-, а пятиступенчатый - возможно вы пересмотрите свою позицию.
Не верь глазам своим, зри в корень.
И в расчеты полета энерговооруженность, как параметр, не входит.
v=w*ln(M0/Mk) - вот все что входит.
im

Оффлайн Проходящий Кот

  • *****
  • Сообщений: 19 443
  • Благодарностей: 426
    • Сообщения от Проходящий Кот
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15014 : 15 Дек 2022 [11:29:39] »
Интегрально да. А в текущее ускорение корабля?

Оффлайн Иван Моисеев

  • *****
  • Сообщений: 2 365
  • Благодарностей: 36
  • Navigare necesse est
    • Сообщения от Иван Моисеев
    • Проблема межзвездных перелетов
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15015 : 15 Дек 2022 [13:19:24] »
Интегрально да. А в текущее ускорение корабля?
dv/dt
im

Оффлайн Проходящий Кот

  • *****
  • Сообщений: 19 443
  • Благодарностей: 426
    • Сообщения от Проходящий Кот
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15016 : 15 Дек 2022 [14:39:20] »
А от этого параметра  зависит необходимая для  корабля толщина стенок и шпангоутов.

Оффлайн alex_semenov

  • *****
  • Сообщений: 16 324
  • Благодарностей: 583
  • Я лгу!
    • Сообщения от alex_semenov
    • Z-механика+
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15017 : 15 Дек 2022 [17:51:51] »
Эко вы круто по Дедалу...
Да, я такой! Временами. Потом могу раскаятся (внутренне)...
:)
Цитата
Однако, если вы узнаете, что Дедал не двух-, а пятиступенчатый - возможно вы пересмотрите свою позицию.
Не верь глазам своим, зри в корень.

Вы имеете ввиду, что Дедал еще и отбрасывал баки в процессе разгона?
То есть старт двух ступеней (1)
Отброс 3-х баков первой ступени (2)
Отброс пустой первой ступени с  пустыми 3-м баками. Старт второй ступени (3)
Отброс пары баков второй ступени (4)
Отброс последних баков второй ступени (5)

Художники, да, такими нюансами не заморачиваются. Есть масса красивых картинок "Дедала" в Сети, но найти ПРАВИЛЬНО разделяющиеся ступени (первая без трех баков) или как выглядит вторая ступень "Дедала" проходя уже через целевую систему (без больших баков вообще) практически нереально (хотел быстро откопать но не получилось).

Но... это мало влияет на мой "суровый" вывод.
Напротив.
 :D

Цитата
И в расчеты полета энерговооруженность, как параметр, не входит.
v=w*ln(M0/Mk) - вот все что входит.

А если поискать?
Мы ищем время перелёта T.   Вы позволите? Я "отберу" у вас символ w и обозначу им не скорость истечения (которую я обозначу как u), а именно удельную мощность w=W/M.
То есть, нам надо найти некую функциональную зависимость f (оговорка для ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ РАКЕТЫ), такую, что:

T = f(w, u, L)

L- дистанция перелёта.
Остальные параметры, описывающие ракету мы "свяжем" или выразим через эти три исходных. Например, начальную и конечную массы ракеты (то есть массовое число, R - число Циолковского), характеристическая скорость, пиковая скорость (которая половина от характеристической), время разгона, время торможения, дистанция разгона, дистанция торможения. Это всё - ЗАВИСИМЫЕ внутренние, "промежуточные" переменные (их всегда можно найти зная L, u, w).
Вот постановка задачи (я давал это Павлу Шубину, он тоже этим интересовался и даже с постоновкой задачи взникли трудности).
Это только построение системы уравнений (без решения). По-сути это то, что мне когда-то тут давал AlexAV (без решения, но для верификации приложил график с решением для А-Центавры и когда я получил из своих выкладок такой же точно, я понял что нигде в выкладках нет ошибки):



И решением этой системы (надо таки видимо сесть и выложить все выкладки как следует) будет такое (на полях графика):



Мы (с AlexAV) сразу обратили внимание на явный экстремум у всех кривых. То есть, существует некий оптимум скорости истечения u для w и L, при котором T - минимально. То есть на самом деле и u можно "исключить" из начальных параметров, "связать" его с w. Оставив для Tмин (минимального):

Tмин = g (w, L)

Не знаю как решал исходную систему уроавнений AlexAV (он маг-чародей, который владеет "квантовым умклайдедом"-маткадом и мог не напрягаясь решить задачу "левой ногой") но я решал это всё по-старинке, аналитически и я получил аналитически этот оптимум (производная приравнивается к нулю и она вполне себе берётся):



Здесь выражение на графике - решение Tмин.
Что важно?
Массовое число (R-число Циолковского) для такой оптимальной ракеты с постоянно включенным двигателем ВСЕГДА равно 4.
Старт 4. Разгон до реверса тяги 2 (2 расходуется) торможение 1 (1 остается).
То есть на 1 кг пустой ракеты мы должны брать 3 кг рабочей массы/топлива.
Что это значит?
Это значит что МНОГОСТУПЕНЧАТОСТЬ тут не нужна. Она бессмысленна.
Если у вас тяжело с удельной мощностью (а это как правило так) то бессмысленно задирать R и лепить сбрасываемые баки и ступени (как это сделано на "Дедале") если вы действительно хотите добраться до цели за минимальное время с данной энерговооруженностью (явно вас ограничивающей).

Но это всё из предположения (как выяснилось, НЕВЕРОЯТНОГО) что ракета с постоянно включенным двигателем имеет и минимальную удельную мощность НА ТРАЕКТОРИИ. Недавно (с вашей подачи, хотя вы это не имели ввиду) я обратил внимание, что на самом деле ЭТО НЕ ТАК!



То есть решённая выше задача на оптимизацию - ЧАСТНЫЙ случай более общего случая и там надо искать глобальный оптимум.
Поэтому я ввел в уравнение еще один параметр x, который отображает ДОЛЮ от  всей дистанции перелёта L,  на которой ракета движется с ускорением (разгоняется или тормозится).
x=0 - невозможный случай, x=1  - наша выше решённая задача, активный участок- вся дистанция L.
То есть теперь функция (для поиска оптимума) приняла такой вид:

T = f' (w, u, x, L)

Получить ее достаточно просто из предыдущего решения. Если предыдущая f :



То f' выглядит так:



Третье слагаемое тут - это фактически время полёта по инерциальному участку (без ускорения). Инерциальная доля от L делённая на пиковую скорость. И тут видно (в знаменателе под корнем) чему у такой ракты равна z (см постановку задачи выше).

И вот теперь что бы найти не одномерный оптимум (как выше) от u, а на двумерной плоскости, то есть от двух параметров u и x,  мне нужно взять две производных от f' (одну по x, другую по u) и каждую приравняв к 0, решить систему уравнений:



Из этого можно получить:

T'мин = g' (w, L)

То есть "завязать" на оптимум и u и x (связать и эти параметры ракеты как прочие привязав их к только двум: w и L).
И тут я понял, что аналитические методы у меня кончились.
Нет, если вы можете аналитически решить эту систему уравнений, я не против!
Я двумя руками за!
Но я - пас.
Я понял. что надо брать палочку-вырочалочку, "умклайдет первого рода" (мои любимые таблицы) и искать решение "грубой силой". Численным моделированием. Тем более это не так уж и сложно.
Вот полученное мной пространство оптимизации для ракеты с w=1 квт/кг и на дистанции L=4,5 св.года (значения - года перелёта Т)
Цветом показан "рельеф" поля оптимизации. Красным - оптимум (с точностью сетки, разумеется). Графики справа - это "разрезы" поля через оптимум. Вверху вертикальный (по скорости истечения) внизу горизонтальный (по x доле активного участка в траектории)
Крайний справа столбец, x=1, крайний случай (полёт с постоянно включенным двигателем) который мы оптимизировали (лишь по u, вертикали)  раньше поэтому он отмечен особо на верхнем графике дополнительной пунктирной линией (как видим, учтя x, мы не так много и выиграли, но кое-что таки выиграли и это - важно).



Вот та же табличка, на ту же дистанцию L=4,5 св.года, но с w = 1 Мвт/кг (это уже фантастика!):



Оптимальный x  практически не меняется.
Но оптимальное u (скорость истечения) меняется сильно.  И главное (ради чего весь сыр-бор) Z=R-1 - массовое число (здесь не указано но это издержки сырости работы, "черновика", это всё считается)  практически не меняется. Оно остается в районе 4. То есть на 1 кг пустой ракеты вам надо 4 кг рабочей массы при таком оптимизированном теперь полностью перелёте.
Это значит что если ваша ракета ограничена по удельной мощности, вам нужно стараться добиться оптимального u (да, это может быть почти невозможно) но совершенно бессмысленно наращивать Z (или R = Z+1, число Циолковского). То есть БЕССМЫСЛЕННО ИГРАТЬСЯ СО СТУПЕНЯМИ.
Что такое ступени (отбрасываемые части)?
Это попытка оптимизировать совершенство ракеты s при очень больших числах Циолковского, которое пытается урвать таки характеристическую скорость упираясь лбом в логарифм-проклятье формулы. Но в нашем случае (см верхний график) рост числа Циолковского - это снижение u (да, если вы не можете получить оптимум, то вам остаётся только это) и увеличение через формулу основателя R. И как следствие... время перелёта.
Так если на последнем графике вы вместо оптимальной скорости истечения 33 000 км/с возьмете более здравые 9 000 км/с, то да, у вас возрастет R и возможно вам понадобятся ступени. Но... и время перелёта у вас возрастет с 86 лет до 127. Ступенями вы только "замедлите" перелёт.
Почему?
Потому что у вас ступенчатая ракета - НЕОПТИМАЛЬНАЯ ракета. Она будет тратить и без того ограниченную энерговооруженность НЕ ОПТИМАЛЬНО как ракетный движитель.
Ступени можно использовать не когда угодно (как нас учит узкий опыт с ЖРД-ракетами при старте с Земли), а если у вас будет для этого ЛИШНЯЯ удельная мощность (и у ЖРД, уникальный случай, удельной мощности как раз  в избытке)!
То есть.
МОРАЛЬ.
Если вы ограничены энерговооруженностью (но не ограничены скоростью истечения, допустим на секунду) то вам нужно строить оптимальную одноступенчатую ракету (как это дают выше приведенные теоретические выкладки). Этакий астроплан, стартующий с эстакады (почему я с них и начинал)!



Конечно. Ограничен-неограничен - всё относительно. И тем не менее. Так ионная ракета, будучи ограничена по энерговооруженности, скажем w=1 квт/кг, разумеется оказывается "не ограничена" по скорости истечения u при "тысячелетнем" перелёте. Так как оптимум u при такой w "несчастные" 3000 км/с. Ионник способен выдать и 10 000 км/с. То есть 1000 летний ионник такого класса скоростью истечения не ограничен. И это значит что его надо строить оптимально. Значит это одна ступень с массовым числом R~4-5 (когда Штерн от балды для своего ковчега взял R=2 - он явно спорол дуру).

Если вы при этом (при ограниченной энерговооруженности) ограничены и по u, то НЕФИК РЫПАТЬСЯ! Тише едешь - дальше будешь. Если же будете рыпаться, то это случай "Дедала". Они хотели за 50 лет добраться до Барнарды (правда они не перелетали как мы, а просто разгонялись и летели по инерции, это всё меняет, но мы рассматриваем тут КОНЦЕПЦИЮ "Дедала" как концепцию перелётного корабля, верно?) и имея скорость истечения всего 10 000 км/с (как потолок), они поставили себе НЕРЕШАЕМУЮ ЗАДАЧУ. Пытаясь  ее решить за счет наращивания ступеней они... ЗАДРАЛИ себе необходимую удельную мощность выше в область немыслимой МАГИИ.
Где у них трабла и вылезла!
Проблема "Дедала" не в том, что управляемый термоядерный синтез не был получен (недавно таки рубикон перешли! Иван, в курсе? Вы наверняка в курсе. Великое событие как не крути!). Проблема именно в нереалистичной удельной мощности. Они ее никогда не смогли бы получить. "Это - сказка, сынок!" (с)

Но есть третий случай. Когда у вас не ограничено w но ограничено u.
И вот в этом случае вы можете играться со ступенями. Об этом случае надо писать отдельную мессагу (опять смотреть сравнивать траектории).
Этот случай - БОМБОЛЁТА. На натуральных бомбах. Без ограничивающих нас по w  драйверов.
Да, в этом случае ступени можно лепить и это имеет смысл. Но только в этом узком случае!
То есть.
Ступени как способ ускорить перелёт - это не во всех случаях, а только в случаях, когда у вас есть избыточная энерговооруженность и не хватает скорости истечения.
Я сказал выше что это два случая (скорей всего на все случаи жизни). ЖРД при старте с Земли (к чему мы привыкли и этот ЧАСТНЫЙ случай неверно распространяем как ОБЩИЙ) и... бомолёт на межзвёздной трассе. И там и там можно и нужно применять ступени. Можно избыточную мощность обменять ТАК на сокращение времени перелёта. Больше - нигде!
ВСЁ.
Больше вариантов нет и быть не может.
"Дедал" под "бомболёт" не попадает потому что у него драйвера. Контур отбора и возврата к ним энергии и Q=66 (всего лишь!) Это управляемый термоядерный синтез. И у него просто не может быть избыточного w. Называют 10 кВт/кг, ну пусть (помечтаем) 100 кВт/кг. Вряд ли больше! Мегаватт на кг уже никогда не перейти! Необходимые же ступенчатому "Дедалу" 40.54 MW/kg (1 ступень) и  9.6 MW/kg (2 ступень) ему явно НАРИСОВАЛИ С ПОТОЛКА.
Как они это сделали? Где натяжка? Надо искать. Но то что они ему нарисовали - это фикция. Натягивание совы на глобус.
Потому что они изначально вцепились в неправильно собранную концепцию. Бонд (и данная вами мне недавно его  статья 1971-го года это подтверждает) тупо перенёс "то что дозволено Юпитеру" (бомболёту) на "быка" ("что не дозволено быку") - ограниченнуму по w управляемому термоядерному синтезу.
Поэтому потребовалась магия.
Поэтому "Дедал" - урод (Минотавр?). Концептуально в самой начальной идеи Бонда заложена ошибка. Концептуальная.
Британцы облажались.
Увы!
« Последнее редактирование: 16 Дек 2022 [09:37:29] от alex_semenov »
Александр Анатольевич Семёнов. Научный спекулянт, сторонник концепции сильного ИИ по А. Тьюрингу, исторический еслибист, саракшист, идейный космист, религиозный эволюционист, знаниевый фундаменталист, прорицатель мрачного будущего. Эксперт по межзвездным переселениям и ксеноциду. Сетевой графоман-оратор. Весельчак, балагур.

Оффлайн Иван Моисеев

  • *****
  • Сообщений: 2 365
  • Благодарностей: 36
  • Navigare necesse est
    • Сообщения от Иван Моисеев
    • Проблема межзвездных перелетов
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15018 : 15 Дек 2022 [18:09:57] »
А от этого параметра  зависит необходимая для  корабля толщина стенок и шпангоутов.
Зависит. И вы всегда это ускорение можете вычислить, как указано.
im

Оффлайн Иван Моисеев

  • *****
  • Сообщений: 2 365
  • Благодарностей: 36
  • Navigare necesse est
    • Сообщения от Иван Моисеев
    • Проблема межзвездных перелетов
Re: Двигатель для межзвёздных перелётов
« Ответ #15019 : 15 Дек 2022 [20:48:52] »
Но это всё из предположения (как выяснилось, НЕВЕРОЯТНОГО) что ракета с постоянно включенным двигателем имеет и минимальную удельную мощность. Недавно (с вашей подачи, хотя вы это не имели ввиду) я обратил внимание, что на самом деле ЭТО НЕ ТАК!
Вы слегка позабыли. Год назад это было.  Я полагал, что необходимость пассивного участка, которую показал "на пальцах", убедит вас в ошибочности вашей методики.
Опять же, утверждение о постоянном оптимальном числе Циолковкого = 4 явно противоречит данным практической космонавтики.
Попробую опять "на пальцах".
Вы сделали ракету с R=4. И она долетает до цели за 100 лет.
А я беру и в вашу ПН встраиваю другую ракету. При полете она отделяется и летит к цели уже одна. Время уже будет меньше.
То есть оптимум по времени получается при R>4.
Тогда же (год назад) я сделал расчет для одноступенчатой ракеты и (если не ошибаюсь) запостил сюда.
Видимо надо восстановить, но мне потребуется некоторое время.


 
im