Двигатель для межзвёздных перелётов

[Vavanzer]

Есть ещё двигатель Мотовилова. Два провода с переменным током, толкающих и тянущих друг друга.
Научно-технического запрета на него я не видел.

И что , едет куда нибудь этот двигатель? Или на месте стоит?

Я раньше столько всякой всячины у альтернативщиков встречал... Но при детальном разборе полетов, выяснялось, что просто никто не заморачивался начертить и посчитать процессы во времени и в пространстве. Практически все они не рабочие, заведомо с какой нибудь фатальной ошибкой на уровне школьной физики!))

[Александр Овчар]

Не не поняли. Это была простая ракета она излучает легкие кусочки меди.  На борту есть  80 тонн тонких пластинок весом 10  грам каждая.  Всего 8 млн шт.   Но ускорение этих создается в СВЧ резонаторе . Где плотность энергии за счет резонанса в миллион раз выше.

  Тем более не понял.
Медные пластинки. И что с ними происходит? Испаряются или что? Если что то вылетело из ракеты со скоростью, не важно, горячее или холодное, оно уносит энергию. Иначе никакого импульса.

Теория.

Фотонный двигатель лучше всех- потому что у него максимальный удельный импульс = 300 000 000 м/с.
Фотонный двигатель хуже  всех - потому что вся энергия улетает в трубу - это просто грелка для вселенной. 

ФР хорошо согревает вселенную,  любой ее фотон может долететь до самого края вселенной. Но люди не хотели бы тратить свои силы на обогрев вселенной, люди решают задачу космической логистики, а не термодинамики.

"лучше всех-хуже всех" = это классическое техническое противоречие для ТРИЗ.  Поэтому приходит Инженер и предлагает алгоритм повышения к.п.д за счет рекуперации энергии. Простое зеркало позволит "поймать фотоны "миллион и даже 10 триллионов раз " для повторного использования. Зеркало на космодроме делает это.

Зеркало на космодроме делает это, миллион раз ловит фотоны , но не долго, так как "оно улетело". Это новое техническое противоречие ТРИЗ, что логично и обычно. Так всегда бывает. Для разрешения нового технического противоречия мы ... "изготовим космодром из материи ракеты". Просто возьмем зеркало с собой.
==
Предложен дизайн ракеты с малыми, подвижными зеркалами. ФР везет на борту примерно 100 000 малых, легких зеркал. Еще на корму ракеты инсталлируется "труба" длинной 500 метров, как волновод. Все фотоны ракеты теперь проходят через трубу - ну как типа дымовая труба.

Затем в трубу подаются  зеркала. С интервалом примерно 1 секунда. Это как пробка - зеркало в начале трубы/волновода  и часть трубы сразу становятся СВЧ резонатором. Тяга ФР сразу увеличивается в "миллион раз". И к.п.д сразу увеличивается в миллион раз. Но на время пролета зеркала по трубе. На пол_секунды.

У каждой ФР есть "отражатель" Это эту деталь "слегка покривил" В.С Высоцкий в песне про Тау-Китян.  Эта деталь отражает все фотоны и на ее поверхности ракете передается суммарный импульс всех фотонов ракеты.

Короче на "отражатель" давит сила света = "миллион" * 6,67 мкрН/кВт и точно такая же сила давит на тонкое, легкое расходное зеркало.  Так как его масса в "миллион" раз меньше массы КА  - то ЗЕРКАЛО совершает свободно ускоренное движение по трубе 500 м и вылетает наружу, на скорости типа 80 км/с.

В итоге, КА массой 100 тонн сливает за корму 80 тонн (100 000 шт)  этих тонких легких зеркал и разгоняется до 130 км/с за 3 часа с постоянным ускорением 6 м/с². И ТРАТИТ на это ВСЕГО 300 кВт*час электроэнергии.

От простой литиевой батарейки или простого Топливного Элемента.
==
Это не предел, можно улучшить за счет новой физики.
==
В реале будет хуже, это не суть - мы обсуждаем алгоритм повышения к.п.д двигателя за счет рекуперации энергии.
 

[Mercury127]

Это вы о чём? Мне объясните.

в лазерной среде нет никакого выделенного направления излучения. в реальности она стремится излучать сферически симметрично. монохромный когерентный сферический источник.
выделенное направление создается искусственно, зеркалами. в классическом рубиновом или газовом лазере лучи блуждают в плоскопараллельном резонаторе длиной L, усиливаясь преимущественно вдоль его оси и выходя через условное отверстие апертурой D. за счет блуждания эффективная длина резонатора в десятки и сотни раз больше физической длины среды, в результате угол раствора луча составляет D/10-100L вместо ожидаемых D/L.
это в предположении идеальной обработки параллельных граней резонатора. и это D/10-100L сильно больше дифракционного предела. на практике же и грани не идеальные, и паразитная засветка не так уж и мала. а у полупроводниковых лазеров так и вовсе изначально выходит широкий конус.
хваленые же узкие лучи получают, ставя после лазера обычные линзы и зеркала.

[Vavanzer]

Короче на "отражатель" давит сила света = миллион * 6,67 мкнН/кВт и точно такая же сила давит на тонкое, легкое расходное зеркало Так как его масса в миллион раз меньше массы КА  - то это совершает свободно ускоренное движение по трубе 500 м и влетает наружу.

Можете какой нибудь рисунок в пейнте или на бумаге составить? Без схемы не понятно, что куда выежжает.и зачем миллионы зеркал.


   А в обычной схеме с 2мя зеркалами туда сюда гоняющими свет

Поэтому приходит Инженер и предлагает алгоритм повышения к.п.ж за счет рекуперации энергии. Простое зеркало позволит "поймать фотоны "миллион раз" для повторного использования. Зеркало на космодроме делает это.

   Инженеру надо бы ознакомиться с передачей импульса при упругих столкновениях в движении!
  Если свет вылетел из зеркала. Оттолкнул ракету. Долетел до космодрома, отразился, догнал убегающую ракету, и... Тут  Инженера ждет сюрприз. Эффект Доплера !))) Свет потеряет энергию на отдачу импульса, и на эффекте Доплера. И так после нескольких тысяч - миллионов  переотражений он превратится в низкоэнергетический дальний ИК и радиодиапазон.
Это не считая потерь на поглощение поверхностью.

По итогу, интенсивность и частота будут стремиться к нулю. Зеркала будут греться, и потеряют отражающую способность...

Это рафинированый случай, без учета светорассеяния и расхождения пучка. По вопросу расхождения лазерных лучей Инженеру следует проконсультироваться у лазерщиков и оптиков!)

[Vavanzer]

ставя после лазера обычные линзы и зеркала.

...которые тоже не могут сфокусировать в бесконечный  параллельный пучок!

[Vavanzer]

В итоге, КА массой 100 тонн сливает за корму 80 тонн этих тонких легких зеркал и разгоняется до 130 км/с за 3 часа с постоянным ускорением 6 м/с2. И ТРАТИТ на это ВСЕГО 300 кВт*час электроэнергии.
От простой литиевой батарейки или простого Топливного Элемента.

Блин! Только сейчас доперло!))) Типа за ракетой размещаем свободно летящее зеркало, и как бы убегаем от него, "отталиваясь" бесконечными переотражениями.
Потом следующее подсовываем, когда то удалится, и так далее.

Идея интересная! Можно попробовать проработать.
Но. У меня другой вопрос... А есть ли оно...  И почему подобный эффект не получили в лабораторных условиях? Его ведь на раз можно воспроизвести!

[Mercury127]

В итоге, КА массой 100 тонн сливает за корму 80 тонн этих тонких легких зеркал и разгоняется до 130 км/с за 3 часа с постоянным ускорением 6 м/с2. И ТРАТИТ на это ВСЕГО 300 кВт*час электроэнергии.

1) 100e3*(130e3)^2/2 = 845e12 Дж = 235 МВт*ч. садитесь, два.
2) 6*3*3600 = 64800. садитесь, два.
3) F=m*a, s=a*t^2/2, A=F*s = 6*100e3*6*10800^2/2 = 210e12 Дж = 58 МВт*ч. садитесь, кол.
4) 80e3*(81e3)^2/2 = 262e12 Дж = 73 МВт*ч. вы остаетесь на второй год.

[Александр Овчар]

Т

Практически все они не рабочие, заведомо с какой нибудь фатальной ошибкой на уровне школьной физики!))

В итоге, КА массой 100 тонн сливает за корму 80 тонн этих тонких легких зеркал и разгоняется до 130 км/с за 3 часа с постоянным ускорением 6 м/с2. И ТРАТИТ на это ВСЕГО 300 кВт*час электроэнергии.
От простой литиевой батарейки или простого Топливного Элемента.
==
Это не предел, можно улучшить за счет новой физики.

6 м/с2 * 3600 * 3 = 64.8 км/с

Так вот она какая, ВАша новая физика
 

 
Вы расчет посмотрите!!
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,82348.msg5788318.html#msg5788318

Там все посчитано на пальцах. И сами проделайте расчет ускорений. для КА и для тонкого зеркала.
Для предельного случая добротности СВЧ резонатора  Q = 4*10¹⁰
 
6 м/с2 - это ускорение КА на старте , а 131 км/с = это по формуле Циолковского, где

начальная масса 100 тон, конечная масса 20 тонн, УИ = 81 650 м/с

\[ V = 81 650 * ln (100000/20000) = 131 410  m/c \]


Не 2900 УИ как в ЖРД ракете -  а УИ = 81 650 м/с
А тяга мотора там вообще то Т= 666 666 Н = 6,67 * 10⁵ Н = 68 тонн_сил

[Mercury127]

...которые тоже не могут сфокусировать в бесконечный  параллельный пучок!

но которые могут достичь дифракционного предела. а дальше просто увеличиваем апертуру. вы ведь в курсе, почему на уголковые отражатели на Луне светят лазером не напрямую, а через телескоп?

[Mercury127]

Для предельного случая добротности СВЧ резонатора  Q = 4*1010

вы совсем свихнулись со своей "добротностью"? она не возьмет недостающую энергию из ничего!

[Александр Овчар]

1) 100e3*(130e3)^2/2 = 845e12 Дж = 235 МВт*ч. садитесь, два.

100 кВт работают в течении 3 часов =  в цикле, на частоте миллиард раз. Вы никак не хотите учесть коэффициент = сколько раз одиночный фотон может отразиться от двух идеальных параллельных зеркал. При условии, что одно зеркало (массивное) неподвижно, а второе свободно движется по направляющей за счет силы радиационного давления со стороны фотонов, при условии, что генератор фотонов поставляет эти фотоны непрерывно.
Это называется иногда волновое число = точно покажет кол-во фотонов в резонаторе и конечно, для больших длин возникает проблема, что нам нужно число отражений = число событий обмена импульсами для двух зеркал.

Ваш расчет по такой формуле:

Мощность * Коэффициент Рекуперации (кол-во раз повторного использования каждого фотона).

Если не верите вот считайте для 100 тонн самосвала == ОН ВООБЩЕ не тратит энергию на логистику
https://nashagazeta.ch/news/ma-suisse/v-shveycarii-postroili-samyy-bolshoy-elektrogruzovik-v-mire

https://hi-tech.ua/karernyj-samosval-edumper-na-elektrotyage-vyrabatyvaet-bolshe-energii-chem-tratit/

При движении вниз масса самосвала увеличивается более чем в два раза, рассказывают в ZME Science. Большая инерция позволяет рекуперативной системе торможения накапливать в аккумуляторах больше энергии, чем нужно для того, чтобы зарядить пустой eDumper для поездки обратно в гору.

Считайте расход идеальных Джоулей на поездку в гору пустого и подгору - груженного. Получите не НОЛЬ а даже МИНУС - вы бесплатно возите и отдаете излишки в общаг.

[Mercury127]

при условии, что генератор фотонов поставляет эти фотоны непрерывно.

А генератор эти фотоны с того свету берет?

[Александр Овчар]

при условии, что генератор фотонов поставляет эти фотоны непрерывно.

А генератор эти фотоны с того свету берет?

Из батарейки, а что?
Было до : взяли фотон , поюзали в ФР один раз  и он улетел на край вселенной. Хороший такой фотон, так как он отдавал Импульс а НЕ Энергию

 
Стало : взяли фотон, поюзали его много раз идеально без потери энергии в отражениях на зеркалах = и отпустили на край вселенной. Да мы при этом потеряли 100 000 шт зеркал на 80 тонн весом, ну и что?
У нас в момент времени  t =поюзать мотор работал на УИ = 300 000 000 м/с.  И это создало счастье на выходе из ФР (на 500 метрах) УИ 81 000 м/с 

[Александр Овчар]

Т

Практически все они не рабочие, заведомо с какой нибудь фатальной ошибкой на уровне школьной физики!))

В итоге, КА массой 100 тонн сливает за корму 80 тонн этих тонких легких зеркал и разгоняется до 130 км/с за 3 часа с

постоянным ускорением 6 м/с2.

И ТРАТИТ на это ВСЕГО 300 кВт*час электроэнергии.
От простой литиевой батарейки или простого Топливного Элемента.
==
Это не предел, можно улучшить за счет новой физики.

6 м/с2 * 3600 * 3 = 64.8 км/с

Так вот она какая, ВАша новая физика

 

Дополнение.

Никто тебя за язык не тянул 

И че? Ну с телефона пост делал, там клавиатура долбанная, ракеты не летают на постоянных ускорениях,
Я же в расчете внизу сказал - что в реале все не так, мы обсуждаем концепт рекуперации энергии в космических приложениях.  Или вы меня тут тролите? 

[Александр Овчар]

В итоге, КА массой 100 тонн сливает за корму 80 тонн этих тонких легких зеркал и разгоняется до 130 км/с за 3 часа с постоянным ускорением 6 м/с2. И ТРАТИТ на это ВСЕГО 300 кВт*час электроэнергии.
От простой литиевой батарейки или простого Топливного Элемента.

Блин! Только сейчас доперло!))) Типа за ракетой размещаем свободно летящее зеркало, и как бы убегаем от него, "отталиваясь" бесконечными переотражениями.
Потом следующее подсовываем, когда то удалится, и так далее.

Идея интересная! Можно попробовать проработать.
Но. У меня другой вопрос... А есть ли оно...  И почему подобный эффект не получили в лабораторных условиях? Его ведь на раз можно воспроизвести!

ДА!!!!

Вот лабораторный опыт с лазером на стенде на два зеркала одно свободное

http://www.youtube.com/watch?v=QICCrlmBjvY#

https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_propulsion

Оптический резонатор позволяет больше повторно использовать фотоны, но удержание луча в резонаторе становится гораздо более сложной задачей. Оптический резонатор может быть выполнен с двумя зеркалами с высоким коэффициентом отражения, образуя резонатор оптического резонанса Фабри-Перо, в котором любое небольшое движение зеркал нарушит условие резонанса и нулевую фотонную тягу. Такие оптические полости используются для обнаружения гравитационных волн, как в LIGO , из-за их чрезвычайной чувствительности к движению зеркала. По этой причине Бае первоначально предложил [11] использовать рециркуляцию фотонов для использования в полете спутников с нанометровой точностью. Бэ, однако, обнаружил [12] , что в активном оптическом резонаторе, образованном двумя зеркалами с высоким коэффициентом отражения и лазерной усиливающей средой между ними, аналогично типичному лазерному резонатору, рециркуляция фотонов становится менее чувствительной к движению зеркал. Бэ назвал лазерный двигатель, основанный на рециркуляции фотонов в активном оптическом резонаторе, Photonic Laser Thruster (PLT). [13] В 2015 году его команда продемонстрировала количество повторных фотонов до 1540 на расстоянии нескольких метров и фотонную тягу до 3,5 мН с использованием лазерной системы мощностью 500 Вт. В ходе лабораторной демонстрации [14] Cubesat (весом 0,75 кг) приводился в движение с помощью PLT. [15]

[Инопланетянин]

Простое зеркало позволит "поймать фотоны "миллион и даже 10 триллионов раз " для повторного использования.

К сожалению, никакое материальное тело не может отражать, поглощать и пропускать свет со 100%-ной эффективностью. Не получится миллионы и даже триллионы раз чего-то переотражать.

Только сейчас доперло!))) Типа за ракетой размещаем свободно летящее зеркало, и как бы убегаем от него, "отталиваясь" бесконечными переотражениями.
Потом следующее подсовываем, когда то удалится, и так далее.

Может, просто греть фотонами рабочее тело? Больше пользы будет.

[Фантазер]

Фантазёры Блин!!
Этим даже закон сохранения энергии не указ!Триллионы отражений!!А коэффициэнт отражения глянуть?А то что на расталкивание зеркал тратится энергия самого фотона,в полном соответствии с этим законом!
Как там у Райкина:Изобретение Тёмной головы необразованной личности!!

[Mercury127]

Из батарейки, а что?

ВСЕГО 300 кВт*час электроэнергии

1) 100e3*(130e3)^2/2 = 845e12 Дж = 235 МВт*ч

чо, чо... ничо...

[Александр Овчар]

Мы, которые обсуждают концепт рекуперации энергии в космических приложениях ( понятно, что в спайс-апсах - траву же не рекуперируешь ), это кто ещё кроме Вас? Такой как Вы пока только один на всю деревню в этой теме

Вы ребята реально не догоняете, без обид. 

Я сознательно провел расчет для идеальных фотонов, зеркал и прочее. Получаю грубую оценку. Эта оценка  дает совершено невероятный результат. Фантастический результат.
Что вызывает шокирует аудиторию и она начинает шуметь. 

(кликните для показа/скрытия)

При этом я провел несколько лет в теме моделирование СВЧ устройств, и прекрасно знаю какая физика там есть. И коэффициенты отражения, поглощения, затухания, распределение тепловых потерь и прочее прочее. Мне просто совесть не позволяет грузить аудиторию всей этой СВЧ  байдой, потому что это не по теме астрономического форума.   

Поэтому ставится мысленный эксперимент.

Вот, в терминах  реактивного движения (за счет выброса реактивной массы) лучший двигатель - фотонный. Лучший потому, что использует реактивную массу с максимально высоким удельным импульсом.

Лучший, потому что теоретически может использовать внутреннею  энергию материи (mc²) в реакциях аннигиляции )(в доле 23%, для начала) и без каких любо преобразований конвертировать эту энергию в кинетическую энергию механического движения.

Но это лучшее - на самом деле оказывается неподходящим.  Просто к.п.д фотонной ракеты на малых скоростях предельно мал.

к.п.д реактивного двигателя = К_эффективный * К_полетный

 

Скорость КА, км/с	Скорость газов, км/с	К_полетный,%
1	300 000	0,001%
10	300 000	0,007%
100	300 000	0,067%
1 000	300 000	0,664%
10 000	300 000	6,45%
100 000	300 000	50,00%
200 000	300 000	80,00%
300 000	300 000	100,00%

 

==
Что это значит.

Что если вы хотите полететь на Марс  с постоянным ускорением 1g за примерно 50 часов, то  вам бы хотелось применить фотонный мотор, где УИ = 300 000 км/с.
 25 часов на разгон и 25 часов на торможение, в комфортных условиях как на пассажирском лайнере массой 10 000 тонн.

Нет никакой возможности использовать что то известное, например, ЖРД, ибо для такого полета потребуется масса топлива от триллиона тонн (лень даже считать точно).

Но для КА массой 10 000 тонн потребуется мотор с тягой = 10⁸ Н. 

К.п.д реактивного двигателя = К_эффективный * К_полетныйК_эффективный - это по энергетике, типа  термогазодинамическое совершенство двигателя.
В технике есть примеры к.п.д 99% - в электрических машинах, тяга на 10⁸ Н - это серьезно, ЖРД убираем и попробуем электричество, что запасем в простых батарейках. Тут будет 99% для начала.

25 часов на разгон на 1 же = КА наберет скорость = 2160 км/с.Пройдет путь 37 млн км = это как раз полпути до Марса в среднем по больнице.
Антиматерии у нас нет, но у нас есть Электро_Батарейка, что производит удобные СВЧ микроволны с к.п.д пусть будет 100 %. 

Генератор СВЧ создаст тягу на микроволнах = 6,67 *10^-6 Н/кВт.
За 50 часов на борту КА массой 10 000 тонн -  мы может позволить себе увезти запас батареек массой , ну хотя бы 100 тонн или даже 1000 тонн, пофиг.

Удельная мощность топливных элементов на уровне 1000 Ватт/кг. у Авто Хонда под капотом стоит ТЭ весом 50 кг и выдает 130 кВт в течении поездки на 1000 км за счет 100 кубов газообразного водорода. 

Детали опускаем, берем 100 тонн ТЭ и получаем с них мощность = 100 МВт.

100 МВт на борту и это даст тягу = 6,67*10^-6 Н/кВт * 10⁵ кВт =  0,67 Ньютон.
А по задаче требуется  мотор с тягой = 10⁸ Н. 

Нужно техническое решение увеличить тягу мотора в 15 миллионов раз, или всего на 8 порядков.
Так как интервал скорости  КА от 0 до 2000 км/с = мы видим, что наш чудо мотор на микроволнах пашет первые 15 часов вообще на нулевых к.п.д - в интервале 10^-3% - 10^-1 %.

Используя концепт Зеркала и рекуперации энергии мы можем хотеть увеличить тягу фотонной ракеты на всего на 9 порядков. Мы не хотим нарушать законы сохранения, просто нас бесит низкий к.п.д фотонной ракеты на уровне 0,01%  в среднем на нашей поездке.

Мы понимаем, что все наши микроволны просто улетают в дымовую трубу со свистом, и мы хотели бы вот это все = завернуть в лоно ракеты для повторного использования. На рекуперацию. Используя чудо зеркало.

Расчеты показывают что это возможно, в принципе.

И да, нам пофиг на законы сохранения в локальных , закрытых системах потому что любая Ракета является открытой системой, если забыть по сферический вакуум. Но это потом, следующий этап. Пока надо научиться работать с рекуперацией энергии.

[Mercury127]

Нет, надо просто взять учебник физики за 7 класс и бить им себя по лбу, пока не наступит просветление. Читать то вы его все равно не будете...