Двигатель для межзвёздных перелётов

[RDjirov]

Семенов

"На каждую тонну корабля надо иметь 3.68 т топлива.
Но так как у нас и разгон и торможение, то ситуация ухудшается квадратично."

Вопрос. У нас корабль, где просто приятно жить. Ровно так, как на Земле к примеру. Чего мы держимся за философию "нужно спешить"
Куда спешить, зачем??? Время- вот тот ресурс, за счет бессовестного растранжиривания которого в корабле поколений мы можем экономить на всем остальном, решать остальные вопросы в данном случае. А вы из него пытаетесь все гоночную машину сделать.

Насколько нам могут помочь гравитационный маневр для старта и торможения?
Насколько нам может помочь снижение крейсерской скорости? Может, при этом можно использовать какой нибудь другой тип двигателей? Ионный например?

Схема.
Старт.
Если перегрузки при старте гравитационным маневром велики и биосфера их не выдерживает по определению, - корабль стартует "пустой", тор корабля- не раскручен, биосфера законсервирована, искусственной силы тяжести на корабле нет(уменьшаем нагрузку на конструкции), а люди- догоняют его уже после разгона на маленьком, но быстром челноке, и биосферу корабля частично привозят с собой и разворачивают уже после разгона. Кстати, время, на протяжении которого мы можем при этом разгонять корабль гравитационными маневрами(любым их количеством)- нас мало волнует, правильно? Его- валом, корабль все равно пустой или полупустой. Его можно начать разгонять таким образом сразу-же, как только мы начали его строить, чтобы к моменту окончания строительства он был готов совершить последний маневр и вылететь из Солнечной системы.
Торможение.
Ну, как-то примерно аналогично. можем позволить себе и пару-тройку сот лет тормозить, и дольше, постепенно выходя на все более медленную орбиту вокруг звезды прибытия. А может- и вообще не нужно очень сильно тормозить корабль в системе, и оставлять его здесь навсегда, а освоив с его помощью систему- отправлять его дальше. Тем временем, пока идет длительное торможение у цели, можно и исследованиями заниматься, и экспедициями по системе прибытия на малых челноках, и начать можно некое строительство новое в системе, терраформирование планет и т.д.
Ведь главное- огромную пропасть межзвездную мы уже преодолели, а любые орбиты вокруг звезды, даже самые "дальние"- это уже "очень близко", вполне досягаемо для проведения работ и исследований. Пускай с помощью челноков, если нужно личное присутствие. А огромную массу корабля поколений- пускай звезда с местными юпитерами тормозит потихоньку своей гравитацией, нам с этим спешить некуда.

Может нам дать что-то интересное такой подход, или в принципе здесь есть некие изъяны?

[Аstrocity]

Тема межзвезных перелетов провальная, хоть технически и осуществима,

некоторое противоречие детектед...

Не все что технически осуществимо-физиологически приемлемо к человеческому организму. И никаких противоречий.
Триггер детектед

[RDjirov]

Тема межзвезных перелетов провальная, хоть технически и осуществима,

некоторое противоречие детектед...

Не все что технически осуществимо-физиологически приемлемо к человеческому организму. И никаких противоречий.
Триггер детектед

При межпланетном перемещении Земля-Луна зафиксированно, что технически осуществимое = физиологически приемлемому в этом случае.
Детектед- межпланетное перемещение физиологически приемлемо.

Просьба указать, на каком удалении от Земли детектед триггер и дальнейшее перемещение человеческого организма становится несовместимо с его физиологией. И почему.

[Dem]

"16 миллионов тонн дейтерия."- Семенов.
"40 тысяч тонн оружейного плутония (или урана 233)"- Семенов.
Я где-то сильно ошибся, да?

Угу. "Оптом - скидка!" (ц)

Куда спешить, зачем??? Время- вот тот ресурс, за счет бессовестного растранжиривания которого в корабле поколений мы можем экономить на всем остальном, решать остальные вопросы в данном случае.

Ну тут он телегу впереди лошади ставит, но в самом деле есть оптимальное соотношение параметров движка и скорости перемещения. И если у нас взрыволёт на данном типе бомб - то скорость сама собой получается...
Хотя реально надо выбирать наоборот, тип движка по желаемой скорости.

Не все что технически осуществимо-физиологически приемлемо к человеческому организму. И никаких противоречий.
Триггер детектед

Это не триггер на самом деле. Кроме того, сохранение организма человеческим тоже не обязательно.

[senao]

А почему никто не обращает внимание на такой фактор как гарантийный срок службы? Даже если все будет выполнено из максимально качественных материалов то он для корабля составит не более 50лет. Потом все начнет "сыпаться" и требовать ремонта. Тут как то в теме один участник написал, а мол что ему будет, днище проржавеет? В качестве ответа могу предоставить станцию МИР которую утопили в океане. Не догадываетесь почему? Потому что она исчерпала срок эксплуатации и нахождение людей на ее борту больше не представлялось безопасным для жизни. И при этом она еще не раз модифицировалась и ремонтировалась. Та же участь ждет примерно лет через пять МКС, она тоже исчерпает ресурс и не из за того что заржавела, а по той простой причине что износ конструктивных элементов корпуса и внутреннего оборудования превысит допустимый лимит и ремонт абсолютно нецелесообразен.
А сейчас вернемся к кораблю поколений, как его ремонтировать в полете? К примеру накрылся у нас реактор? Роботы будут чинить? Для этого у них должен быть ИИ. А самих роботов кто будет ремонтировать? Другие роботы? Таким образом пока у нас не будет корабля саморепликатора который мог сам себя диагностировать, ремонтировать, производить необходимые модификации и поддерживать для обитателей приемлемый уровень жизни саму идею создания кораблей которые могут существовать в космосе сотни лет можно считать провальной. В свою очередь саморепликаторы на сегодняшний день такая же фантастика как гиперпространственные корабли и вообще не факт что такое можно создать в обозримом будущем.
Если базироваться на существующих технологиях то в полет придется брать фабрики и заводы по производству одежды, предметов быта, лампочек, микросхем, запасных частей для машин и механизмов и т. д. Даже сами станки придется  делать заново потому что они тоже будут изнашиваться. Фактически на корабле поколений придется создать всю земную инфраструктуру. Соответственно количество поселенцев тоже должно быть соответствующим для обслуживания все этой техники и осуществления ремонтов. ИМХО минимум миллион человек. Я бы даже сказал что для них это будет не жизнь а каторга, потому что придется вкалывать как волам что бы корабль не развалился.

[RDjirov]

Кроме того, сохранение организма человеческим тоже не обязательно.

В пределах данной темы- обязательно, как я думаю. Иначе тема теряет всякий смысл вообще, даже спортивный.
Хотя, думаю, стоит позволить допускать возможность некоторого изменения параметров человеческого организма, не выходя при этом слишком уж сильно за пределы понятия "человеческий". Ну там, например, некую породу человеков, способных жить комфортно при содержании кислорода на 10% меньшем количестве от нормы можно допустить, но продление там сроков жизни лет до 1000 - категорически нет...
Но, для соблюдения спортивных правил думаю, что не следует делать таких допущений, хоть и ничего невероятного или ненаучного в принципе в них нет.
Словом- чтоб было "спортивно" нужно, наверное, брать просто среднестатистического человека, как он есть...

[vsevolodson]

А сейчас вернемся к кораблю поколений, как его ремонтировать в полете? К примеру накрылся у нас реактор?

какой ещё реактор на "взрыволёте"? чинить будут люди
по этой простой причине массовая категория ниже корабля поколений не представляется осуществимой

Я бы даже сказал что для них это будет не жизнь а каторга, потому что придется вкалывать как волам что бы корабль не развалился.

здесь верно. но до этого - не соглашусь. есть смежные темы, в которых уже было показано, что миллион человек со всей инфраструктурой не потребуется

[RDjirov]

А сейчас вернемся к кораблю поколений, как его ремонтировать в полете?

точно как ремонтируется живой организм. Он должен состоять из "клеток", которые периодически следует менять на новые. Где брать новые? Делать здесь-же. Из чего? Из тех-же старых. Безусловно, некие невосполнимые ресурсы все-ж будут, но куда-ж без этого. И Земля, и Солнце- тоже не вечные.

[RDjirov]

Даже если все будет выполнено из максимально качественных материалов то он для корабля составит не более 50лет. Потом все начнет "сыпаться" и требовать ремонта.

Смею утверждать, что это заявление неочевидно и нелогично.
Проектируйте исходя из техзадания срока службы детали в 500 лет- она и прослужит 500 лет. И посыпется- через 500.
Ржавеет наше днище со скоростью 1мм в год- значит, делайте его толщиной в метр, чтоб 500 лет простояло наверняка.
Грубо говоря- примерно так.


Кстати, прямо сейчас на нашей планете где-то до сих пор горит электрическая лампочка, включенная еще Эдисоном.
Сколько станций Мир утонуло в океане поколений обычных лампочек использовано в среднем домохозяйстве за это время? Задачка такая.

[RDjirov]

в полет придется брать фабрики и заводы по производству одежды, предметов быта, лампочек, микросхем, запасных частей для машин и механизмов и т. д. Даже сами станки придется  делать заново потому что они тоже будут изнашиваться. Фактически на корабле поколений придется создать всю земную инфраструктуру.

Ну совершенно правильно, можете-же, если хотите.
Оно здесь все и будет, изначально, ибо оно все и использовалось при изготовлении корабля. Ведь откуда он взялся? Склепали из астероидного сырья прямо в космосе. Не с Земли-же такую махину поднимали... Кстати, подавляющую часть оборудования, с помощью которого корабль делали- тоже здесь делали. И автоматы, которые с помощью этого оборудования этот корабль делали- тоже здесь делали.
Я так думаю...

[RDjirov]

какой ещё реактор на "взрыволёте"?

Для внутренних нужд все-же нужен, думаю.    Не дровами-же топить...
А может еще и не "взрыволет"...
Но снова таки, какие проблемы в принципе- ведь дублирование систем и их периодическая замена новыми, которые изготовлены здесь-же, делают корабль "вечным" насколько возможно, правильно?

[RDjirov]

Таким образом пока у нас не будет корабля саморепликатора который мог сам себя диагностировать, ремонтировать, производить необходимые модификации и поддерживать для обитателей приемлемый уровень жизни саму идею создания кораблей которые могут существовать в космосе сотни лет можно считать провальной. В свою очередь саморепликаторы на сегодняшний день такая же фантастика как гиперпространственные корабли и вообще не факт что такое можно создать в обозримом будущем.

Поправочка. Нам не нужен "строгий" саморепликатор фон-Неймана, нам нужен саморепликатор, функцию ИИ в котором выполняет интеллект человека.
А это уже никакая не фантастика- любое человеческое общество в данный момент- и есть требуемый "саморепликатор".
Нам нужны автоматы, роботы, это да, но это никакая не фантастика, а простые реалии любого современного производства. Да, они должны быть намного лучше нынешней техники, но никаких принципиальных препятствий для этого нет. Да, они для работы должны требовать на порядки меньшего вмешательства человека, чем нынешняя техника, должны также быть системы саморемонта такой техники, чтобы не ставить вопросы о "каторжном труде" и о "миллионах хомячков на борту", ну и что? Тоже никакой фантастики в этом нет.

[vsevolodson]

Кстати, прямо сейчас на нашей планете где-то до сих пор горит электрическая лампочка, включенная еще Эдисоном.
Сколько станций Мир утонуло в океане поколений обычных лампочек использовано в среднем домохозяйстве за это время? Задачка такая.

не сравнивайте. корабль поколений - штука ну очень сложная. вибрации от импульсного двигателя и постоянная хиросима под боком - это весомые факторы для того, чтобы что-нибудь посыпалось. поэтому предполагается, что корабль по прибытию можно будет скоро выкидывать на свалку и вовсе

Для внутренних нужд все-же нужен, думаю.    Не дровами-же топить...

как один из вариантов для подстраховки. если возникнут трудности с детонацией гидрида лития ударом с быстрым поджигом. тогда будем подрывать ядрёной начинкой. конструкция двигателя не меняется. те же рельсотроны, сталкивающие снаряды в камере сгорания. только к топливу из гидрида лития добавляем "катализатор" - уран-233/плутоний-239
а ядрёный катализатор прямо в процессе полёта нарабатывается в реакторе из тория-232/урана-238

А может еще и не "взрыволет"...

однозначно только взрыволёт. без вариантов
есть смутные надежды на какой-нибудь "магнитный пропеллер" для загребания в межзвёздной плазме или даже фотонный двигатель по умозрительной схеме, предложенной мной в соседней теме
но это экзотика

[senao]

Проектируйте исходя из техзадания срока службы детали в 500 лет- она и прослужит 500 лет. И посыпется- через 500.

Хорошо, можете найти образец микропроцессора который может проработать непрерывно хотя бы 30лет?    Можете не искать, не найдете, потому что это физически невозможно. Процессы диффузии идущие внутри кристалла нарушат его внутренную структуру. Гарантийный срок сохраняемости чипов на складе составляет в среднем 25лет. Так что про запас электронику тоже не взять.

какой ещё реактор на "взрыволёте"? чинить будут люди

А электроэнергию из ваккума брать будем? Хотя бы для работы электронных устройств. И ваттами тут не обойтись, для всего энегрообеспеченья потребуются мегаватты энегрии.

[vsevolodson]

senao, читай тему сначала (и смежные с ней тоже) и не задавай дурацких вопросов, которые уже обсуждались не раз

[RDjirov]

это весомые факторы для того, чтобы что-нибудь посыпалось. поэтому предполагается, что корабль по прибытию можно будет скоро выкидывать на свалку и вовсе

  Немедленно прекратите мыслить подобным образом! Пока вы так мыслите- Вы права не имеете говорить о "корабле поколений". Это- не наша философия! Мы- экологи, раз летаем на "кораблях поколений", философия "одноразовых вещей"- нам противна.  Наша философия- гласит, что мусора и свалок вообще нет в природе! Что дураку-технологисту свалка- то нам тучные залежи сырья. Ишшо Михайло Васильевич учил, что ниче никуда не девается... Ну, мы уточним- почти ничто, а так- правильно.
Итого- из любой детали нашего корабля- можно сделать такую самую, только новую. раз это справедливо для каждой детали, то справедливо и для корабля в целом. Просто немного перестроить те-же атомы в новом порядке, и все. Для этого нужно немного энергии.

[alex_semenov]

это очень интересный расчёт. я почему-то раньше не брал это во внимание

Вопрос оптимизации – ключевой. При этом надо четко понять какие критерии оптимизации для нас имеют максимальный приоритет.

но строить триллионы термоядерных бомб ради одной лишь радиационной защиты - это всё-таки бредовая затея

Во-первых не трилионы, а миллионы. Если по мегатонне (тонне массы) каждый заряд. Но это в первом приближении. Заряды, что рвутся в начале могут иметь калибр побольше. То есть общее число бомб будет меньше (а значит и количество плутония тоже).

Во-вторых. Не только ради радиационной защиты. "Лишняя" масса действительно очень кстати как радиационная защита. НО! Это второе ее преимущество. Перове и самое главное - "лишней" массой ракетной массы покупаем меньшие ЭНЕРГОЗАТРАТЫ на разгон. То есть больше железа, меньше дейтерия (или что мы будем жечь?).
По плутонию (урану) тут другой расклад. Это триггеры. Запалы. Они дают 1-0.01% всей энергии. И погоды не делают. А вот термоядерное горючее...
Но. Здесь дело не только в массе горючего (горючее это то что "горит"- энергоноситель не путать с "рабочим телом" или "реактивной массой". это то, что ракета отбрасывает).
Дело в том, что сам процесс добычи энергии и преобразования его в полезную работу (в данном случае движение корабля) – вещь дорогая (не в смысле бабла, а в смысле сложности воплощения).
Нам надо сообщить кораблю очень много энергии. Скажем, при торможении:

3 000 000 т *(4 300 000 м/с)^2/2 =27 600 000 000 000 000 000 Дж

Это чистая кинетическая энергия корабля. Реально извлечь (в виде тепла, хаоса) придется больше. И неразумно в этом случае добывать больше энергии, если можно было бы добыть ОПТИМАЛЬНО меньше.
Поэтому оптимизация по минимуму энергии – ключевая.
Это очевидная мысль.
Но люди в упор не хотят в нее въезжать. Я сталкивался с тем, что профессиональный ядерный физик тупо не принял ее. Он тупо, как научили его в детстве книжки от Клушанцева, продолжал утверждать, что РАКЕТЕ надо оптимизировать массу. То есть минимум массы топлива – это главное. А энергия – это уже вторично.
Если вы запускаете ракету на орбиту то так и есть.
Но мы решаем тут другую задачу.

Массовое число при этом 3.68. На каждую тонну корабля надо иметь 3.68 т топлива.
Но так как у нас и разгон и торможение, то ситуация ухудшается квадратично.

т.е. уже 13,5 тонн на каждую тонну сухой массы.

Я тут хомутнул. Не тот коэффициент взял.
 
Вот график:


0,64761  -  это не оптимальное отношение u/v (u-скорость истечения, v-конечная скорость ракеты), а собственно оптимаьный, максимальный КПД ракетного движетеля при оптимальном отношении. Почти 65%. Что он показывает – пока не будем уточнять (хоя почему? Это та часть энергии ракетной струи, которая превратилась в энергию собственно корабля. Сюда не входит ни потери в сопле ин потери при сжигании. То есть КПД собственно ракетного двигателя. Движитель и двигатель – разные вещи.)

 А собственно оптимальное u/v 0,6275 (синий цвет). Тогда пересчитывается и оптимальное массовое число. Оно становится 3,92 , а его квадрат 15,378631. То есть, стартовая масса будет еще больше.

на самом деле при прочих равных параметрах эффективность повышается при увеличении скорости истечения

Эффективность чего?

тут оптимум ещё надо найти, потому что в любом случае будет либо слишком много лишней массы топлива, либо много лишней энергии

Разумеется. Если вы экономите энергию, вы расходуете массу (вам нужна "лишняя").
Если же вы экономите массу, вы будете расходовать лишнюю энергию.
Хотя как показывает график (не последний а предпослендий) вы можете иметь и лишнюю массу и лишнюю энергию, если u/v <  0,6275.
Но если больше, вы начинаете покупать меньшую стартовую массу за счет больших энергозатрат.

не мудрствуя лукаво предлагаю всё таки выхлопную плазму не засиратьзасорять оболочками бомб, оставив её скорость в покое~10 Мм/с
а соотношение сухой массы к полной оставить около 1:10

Если вы хотите сделать ДОСТОЙНЫЙ проект межзвездного корабля вам нужно именно мудрствовать лукаво. Нет сомнения, что любой межзвездный корабль, который полетит реально к звездам будет просто сплетением мудрости и лукавства...

10Мм/с – это слишком мало даже для осторожной оценки Дайсона. Он оценивал в 30 Мм/с при плотности энергии в бомбе  1МТ/т.

http://go2starss.narod.ru/pub/E020_FDMT.html

Но я уверен, что легко можно получить и 2МТ/т, и даже подозреваю что можно выжать и 3МТ/т...
Чем крупней заряд, тем выше можно получить "тротиловую плотность".
Так "кузькина мать" (царь-бомба) имела массу 26,5 т при расчетной мощности 101.5 мегатон ТНТ. То есть, ее плотность вплотную приблизилась к 4МТ/т.
Разумеется, сам по себе этот показатель не есть "ключом к победе". Нам важно не только упаковывать мегатонны в тонны. Во-первых хорошо бы иметь как можно более полное выгорание термоядерного горючего. Сдается  мне, что 75% взятые мною – слишком оптимистично.
Но самое главное. Надо как можно большую часть выделившейся энергии превратить в энергию заряженной плазмы. Поэтому гнать удельную мощность до максимума может и не стоит. Я думаю оптимум будет где-то между 1-3 Мт/т
Еще один тонкий нюанс – научиться делать не сферический разлет плазмы а дисковый (а заодно и профилировать паразитные утечки так что бы они уходили мимо конструкции корабля). Это могло бы повысить эффективность магнитного зеркала и, скажем, снизить радиационную нагрузку на конструкцию.
В общем тут у нас уже полезли вкусные тонкости...
 

[alex_semenov]

10Мм/с – это слишком мало даже для осторожной оценки Дайсона. Он оценивал в 30 Мм/с при плотности энергии в бомбе  1МТ/т.

Блин, лоханулся. у Дайсона 3 000 км/с при 1Мт/т. То есть 3Мм/с, а не 30
Ваши 10 Мм/с - это очень круто для ядерного заряда.

Даже если тротиловую плотность поднядт в 4 раза до  4Мт/т то скорость истечения возрастет в корень из 4 то есть в 2 раза и будет всего 6Мм/с

Заложенные вами скорости истечения для предпологаемой скорости полета  мало того что фантастичны (относительно, разумеется) но и просто ИЗБЫТОЧНЫ.

[alex_semenov]

Может нам дать что-то интересное такой подход, или в принципе здесь есть некие изъяны?

Я думаю, что все эта суета не стоит усилий. Хотя вы могли бы это опровергнуть расчетом...
 

[vsevolodson]

Заложенные вами скорости истечения для предпологаемой скорости полета  мало того что фантастичны (относительно, разумеется) но и просто ИЗБЫТОЧНЫ.

да, конечно, давайте добавим 80% чугуна и свинца к топливу, тогда все характеристики сразу станут лучше
вопрос энергетического оптимума будет всё-таки не ключевым для корабля поколений