Двигатель для межзвёздных перелётов

[BlackMokona]

Понятное дело, что если цена зашкаливает, то проще отправить на свалку. Даже не просто как то отсортировать и складировать до лучших времен, а именно свалку развести, в лесу, в поле, в океане.

Просто Шведы богатые и могут себе это позволить, а Индусы и Китайцы бедные позволить не могут. Всё просто.

[-Asket-]

Вы/мы тут даже не пасынки вселенной. Вы/мы - космические бомжы.

Так никто и не возражает: https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,166804.msg5475749.html#msg5475749

[Vavanzer]

Просто Шведы богатые и могут себе это позволить, а Индусы и Китайцы бедные позволить не могут. Всё просто.

  А может и наоборот. Шведы не бросают мусор себе же под ноги, как обезьяны. Потому и богатые, потому что разумны. А в неразвитых странах отношение ко всему скоцкое, тк уровень сознаниясоответсивующий, "жить одной секундой" , "а после нас хоть потоп".

 То же самое и с захламлением космоса на данный момент. Запустить ума хватает, а очистить орбиту - уже наплевать. Маск только в этой теме масштабно реализовал автоматическте падение отработавших спутников. Остальные предшественники - как повезет.

Вот построит Алекс Семенов свой бомболет, и врежется в космический мусор, все закончится тотальной ядерной катастрофой)))

[Rattus]

Комментарий модератора раздела

Проходящий Кот получает 60% по п.3.1.д и 30% по п.3.1.е Правил Форума. Сообщение удалено.

[BlackMokona]

  А может и наоборот. Шведы не бросают мусор себе же под ноги, как обезьяны. Потому и богатые, потому что разумны. А в неразвитых странах отношение ко всему скоцкое, тк уровень сознаниясоответсивующий, "жить одной секундой" , "а после нас хоть потоп".

Вся эта сознательность строиться не в один день, на огромном фундаменте. Когда человек погружён в мысли как не сдохнуть от голода, ему будет абсолютно плевать что там с экологией, будущим человечества и другими вещами. Требуются поколения сытой и образованной жизни, с уважением прав и борьбы за них чтобы выйти на уровень Шведов. Китай вон тоже уже занялся по полной экологией когда совсем в Пекине стало проблемно дышать. Ничем не отличается от Европейцев, Британцы тоже открыли для всего мира экологическое законодательство когда сорвалось заседание парламента из-за адского загрязнения от фабрик. А так образованных Британцев которые в тот момент двигали прогресс всего мира семимильными прыжками всё устраивало до этого. Всё растёт медленно и по шагам. Попытаться сразу бросатся сразу в высокие материи когда низменные ещё не закрыты, это просто карго культ. Что вот будут в какой нибуть Сомали убирать мусор как Шведы, то и будут такими богатыми жить. Хоть Сомали в первую очередь нужно стабильное и единое правительство, подавления банд.групировок и прочие решение базисных проблем. Еда, вода, безопасность. А не эти ваши всё. 

[PostAlien]

Кстати, читаю тему про парусники. Можно мне объяснить (с формулами), почему у них кпд движитиля при приближении к световой скорости стремится к 50%, а не к 100%? А то я что-то не пойму, как это с законом сохранения импульса соотносится.

[MenFrame]

а не к 100%?

К 100% и стремиться...

[sharp]

Кстати, читаю тему про парусники. Можно мне объяснить (с формулами), почему у них кпд движитиля при приближении к световой скорости стремится к 50%, а не к 100%? А то я что-то не пойму, как это с законом сохранения импульса соотносится.

А вы можете процитировать, где вы это читаете? Чтобы был понятен контекст. Если это в теме про парусники, то, возможно, в ней лучше и процитировать.

[PostAlien]

А я разве не именно об этом просила ?

У меня как-то честно запал пропал.
Еще вчера я хотел описать всю драму идеи (смакуя детали). А сегодня - что-то нет  настроения...
Может по ходу повествования разойдусь?

У световых парусов есть две особенности, каждая из которых может при невнимательном взгляде их "утопить". То есть, на беглый взгляд кажется что эту идею и не стоит развивать дальше. И только рассмотрев детльно  межзвездные приводы (то есть рассматривая всю проблему в комплексе) можно показать МЕСТО этой технологии среди всех остальных, возможных. Оно несколько необычно…

Первая особенность или проблема - низкая энергетическая эффективность лазерного движителя. Именно движителя. Рассмотрим идеальный парус на который идеально падает ВЕСЬ разгоняющий его лазерный луч.
Сила давления луча в этом идеальном случае F=2W/c. Удвоенная мощность излучения деленная на скорость света (Из, кстати, знаменитой E=mc²). Сразу оговоримся. Мы будем тут пользоваться далее  классическим приближением физики. Нам этого достаточно. И из школьной классической физики нам надо вспомнить что v=at (и t=v/a), что F=ma (поэтому a=F/m), и что затраченная на разгон нашего парусника энергия это мощность луча умноженная на время t в течение которого этот луч был вклчен E_S =Wt, а совершенная лучем полезная работа - это кинетическая энергия паруса E_k = mv²/2. Поделив второе на первое мы и получим эффективность процесса разгона в первом (классическом) приближении.



То есть, Эффективность лазерной системе выражается в конечной скорости корабля в скоростях света.
Если вы разгояете парус до 0.01с, в энергию паруса превращается только 1% энергии, излученной лазером. Если до 0.1с уже 10%.  Если до 0.5с ~50%.
На самом деле тут нужно еще учесть доплеровский эффект. До 0.1с он почти незаметен но потом начинает быстро загибать прямую вниз и если v/c при v=1 будет 1, то с учетом доплеровского эффекта график упрется строго в 0.5. Как у зенгеровской фотонной ракеты.
На скорости 0.5с эффективность составит где-то 0.35 (кажется).

Для сравнения. Эффективность ракетного движителя, как не странно может быть сколь угодно близко к 1. Но это особый движитель с переменной скоростью истечения. Если же у вас скорость истечения рабочей массы из сопла ракеты фиксирована (что естественно для всех ракет) но вы ее можете подбирать произвольно (конструируя двигатель), то кривая эффективности такой ракеты описывается отношением опять же кинетической энергии пустого корабля на скорости v к всей кинетической энергии отброшенной ракетой массы на скорости истечения u



Тут использована формула Циолковского. Опять же сплошная классическая механика.
Формулу можно упростить приняв v за 1.



Если мы построим график, то увидим явно выраженный экстремум, максимум. И соответствует он случаю когда u составялет 0,6275004…  от конечной скорости v.
И это максимум эффективности ракетного движетеля составляет 0,6476102… (если интересно то при массовом числе 3,921554728

То есть. Если вы побеспокоитесь об эффективности ракетного движетеля то вы можете для ЛЮБОЙ скорости полета добиться эффективности движителя примерно 0.65!
Сравните это с эффективностью паруса!
Он даже на скорости света только приближается к 0.5! А на "нормальных" скоростях  0.05с - 0.25с он ну явно хуже по эффективности!!!

То есть, пользуясь лазерным парусом вы используете движитель, который в основном нагревает космос, повышает энтропию вселенной, а не разгоняет ваш звездолет.

То есть идеальный парус ну явно хуже идеальной ракеты. Всегда и везде.

Но, что случиться если мы привнесем реализм? Потери на движителе не единственные потери в системе движителя. Вообще говоря общая эффективность каждого движителя описывается как произведение i частных эффективностей:



Например у ракеты. Первая эффективность - эффективность выгорания топлива. Скажем при ЛТС вряд ли получится выжечь более 30% топлива. Остальное будет мертвым рабочим телом (в лучшем случае). Далее, не вся выделившаяся при сгорании топлива энергия (скажем гелия-3 плюс дейтерий) превратиться к кинетическую энергию заряженной плазмы. Часть уйдет как рентген, часть как энергия нейтронов ну и так далее.
Но и заряженная плазма движется хаотически а что бы она стала той самой струей, ее надо собрать, направить соплом или зеркалом. И у этого процесса тоже есть своя плата. У хорошего сопла эффективность 0.75. И вот после этого мы уже можем умножать на те самые 0.65 и получать общую (в первом приближении) эффективность данного привода.
Например для термоядерной ракеты:

0.3*0.8*0.75*0.65 =0,117

Что будет с лазерным парусом? Там свои потери. Зеркало не идеальное. Оно поглощает порядка 4%. Значит первый коэффициент 0.96. Далее, при самой крутой оптической системе на парусе собирается только первый ноль Эйри. Это 84%. Далее, сам излучатель (лазер) имеет какую-то эффективность (и как правило очень низкую пока. Но предположим лазеры на свободных электронах и заложим 0.65. Но на лазеры надо подать электроэнергию и она добывается с какой-то эффективность. Тоже предположим 0.65 (при полном выгорании топлива, но тепловая машина есть тепловая машина)
В итоге:

0.96*0.84*0.65*0.65=0,2016

Но это опять надо умножить на эффективность движителя. А она зависит от конечной скорости (не ракета!). Выберем скорость 0.25с и получаем эффективность 0,085. И это только при четверти света! Если взять скорость меньше - то совсем все будет плохо.

Не густо, верно?
 
Вообще говоря есть "мнение компетентных органов", что любая реальная машина упорно почему-то стремиться к суммарной эффективности в районе 10%. То есть, какой-то заговор темных сил! Хочешь получить единицу порядка? заплати 9-ю единицами хаосу!
И если вы думаете что хаос обхитрили, то вы скорей всего обхитрили себя, вы что-то упустили (скажем не учли что вы пользуетесь уже добытым электричеством или заложили где-то в конструкции нереальные параметры, забыли посчитать какое-нибудь западло природы). А если у вас в расчете что-то близкое 10% (не сильно выше) то скорей всего вы все правильно посчитали. Я, кстати, так и подбирал коэффициенты "с потолка" что бы выйти на близкие цифры. И всякий согласится что мои спотолочные коэфициенты не сильно грешат против физической правды.
И так.

Лазерный парусник к этой цифре может приблизиться только в районе очень высоких конечных скоростей. А ракета (которую мы себе представили) - везде дает примерно эти же самые 10%! Не важно что мы что то потеряли и у нее может быть тоже и 8 и даже 5%. Но она дает их ЛЮБОЙ скорости!

То есть. Парусник если и  есть смысл использовать, то ТОЛЬКО для очень быстрых звездолетов. Которые летят быстрей  0.1с (а лучше ближе к 0.5с)
А ракету? Везде!

"Пуля - дура, штык- мододец!"

Так может вообще ну их нафик те паруса? Ракета ведь рулит везде!!!

И вот тут то мы и подходим к самому интересному. К накалу драмы! Страстей!
Занавес! Антракт!

(продолжение следует)

Вот это сообщение

[MenFrame]

На самом деле тут нужно еще учесть доплеровский эффект.

Тут на самом деле именно Доплеровский эффект и определяет как энергия распределяется между парусом и фотоном. Скажем если фотон потерял 90% своей энергии при отражении от паруса, значит эту энергию приобрел парус. То есть эффективность паруса и нужно считать через доплеровский эффект.

[alex_semenov]

Кстати, читаю тему про парусники. Можно мне объяснить (с формулами), почему у них кпд движитиля при приближении к световой скорости стремится к 50%, а не к 100%? А то я что-то не пойму, как это с законом сохранения импульса соотносится.

Мужик ты чё, самый умный?
Тебе чё, больше всех надо?
 

На самом деле с 50% я  неправ был. Красиво заблуждался (и по поводу фотонной ракеты и паруса).
Красивые заблуждения ведут к глубоким прозрениям. Верно?
 
И даже на этом графике, в конце (ближе к скорости света) - ошибка:



Чёрная и синяя кривая  заканчиваются не так. До 0.9с - всё (более-менее) правильно. Но дальше...
Но как они должны заканчиваться?
"Интересный вопрос"?


Для желающих ценная ссылка. Тут есть кривая на эту же тему от Маркса. Но, кстати и она содержит (как уверял кто-то) ошибку.

Мои ошибки возникают из-за того что часть рассуждений я делаю в рамках классической механики, а часть в рамках релятивистской. Да, это дурной стиль. Сам себя запутать.. Тем не менее. В чём прикол?
Так эффективность паруса с приближением к свету стремиться к 100% или к ... 0%?
С фотонной ракетой - ясно. Там при приближении к свету эффективность должна стремиться к 100%.
Почему?
Да потому что вся энергия отброшенных фотонов (через Доплерровский эффект) превращается в "увеличение" массы.
mc² превращается в mc²
СТРЕМИТСЯ к 1
Не 100% почему? Почему 99.999, там...? Почему асимптота? Потому что 100-99.999 это то что было потрачено на начальном участке разгона, до условно, скорости 0.9с. А там была низкая эффективность. Чем ближе ваша скорость теперь к свету, тем меньше эта начальная, "позорная" часть затрат на разгон составляет от того что вы вкладываете в "сжатие пространства времени" у светового барьера. И начальная низкая эффективность как бы "стирается", забывается, стремиться к 0. А эффективность привода к 1.
Эффективность фотонного привода ~0.5  это в районе 0.5с. И если выкинуть релятивистский "рост массы" то эти 0.5 (неправильно рассуждая) как бы и замораживаются...
Но что с парусом?
Там же всё наоборот! Или нет?
Двигатель остался дома. И чем быстрей от вас удаляется парус, тем больше энергии вы должны вложить в его разгон чтобы компенсировать эффект "догоняющего" Доплера....
Но и ракета по-сути энергию не берёт из ниоткуда.
Так у паруса эффективность стремиться к 0 или к 1 при приближении к с? После 0.9с, синяя кривая должна, изящно изогнувшись, уходит вверх к 1 или резко падает вниз к 0?
Кто что скажет?
 

Кстати, вот еще пара графиков для медитации (первый  - это мои старые игрища с идеальным ракетным движителем, последний - от Маркса 1966)

[Mercury127]

имхо, всё-таки - к нулю...

[PostAlien]

Кстати, читаю тему про парусники. Можно мне объяснить (с формулами), почему у них кпд движитиля при приближении к световой скорости стремится к 50%, а не к 100%? А то я что-то не пойму, как это с законом сохранения импульса соотносится.

Мужик ты чё, самый умный?
Тебе чё, больше всех надо?
 

На самом деле с 50% я  неправ был. Красиво заблуждался (и по поводу фотонной ракеты и паруса).
Красивые заблуждения ведут к глубоким прозрениям. Верно?
 
И даже на этом графике, в конце (ближе к скорости света) - ошибка:



Чёрная и синяя кривая  заканчиваются не так. До 0.9с - всё (более-менее) правильно. Но дальше...
Но как они должны заканчиваться?
"Интересный вопрос"?


Для желающих ценная ссылка. Тут есть кривая на эту же тему от Маркса. Но, кстати и она содержит (как уверял кто-то) ошибку.

Мои ошибки возникают из-за того что часть рассуждений я делаю в рамках классической механики, а часть в рамках релятивистской. Да, это дурной стиль. Сам себя запутать.. Тем не менее. В чём прикол?
Так эффективность паруса с приближением к свету стремиться к 100% или к ... 0%?
С фотонной ракетой - ясно. Там при приближении к свету эффективность должна стремиться к 100%.
Почему?
Да потому что вся энергия отброшенных фотонов (через Доплерровский эффект) превращается в "увеличение" массы.
mc² превращается в mc²
СТРЕМИТСЯ к 1
Не 100% почему? Почему 99.999, там...? Почему асимптота? Потому что 100-99.999 это то что было потрачено на начальном участке разгона, до условно, скорости 0.9с. А там была низкая эффективность. Чем ближе ваша скорость теперь к свету, тем меньше эта начальная, "позорная" часть затрат на разгон составляет от того что вы вкладываете в "сжатие пространства времени" у светового барьера. И начальная низкая эффективность как бы "стирается", забывается, стремиться к 0. А эффективность привода к 1.
Эффективность фотонного привода ~0.5  это в районе 0.5с. И если выкинуть релятивистский "рост массы" то эти 0.5 (неправильно рассуждая) как бы и замораживаются...
Но что с парусом?
Там же всё наоборот! Или нет?
Двигатель остался дома. И чем быстрей от вас удаляется парус, тем больше энергии вы должны вложить в его разгон чтобы компенсировать эффект "догоняющего" Доплера....
Но и ракета по-сути энергию не берёт из ниоткуда.
Так у паруса эффективность стремиться к 0 или к 1 при приближении к с? После 0.9с, синяя кривая должна, изящно изогнувшись, уходит вверх к 1 или резко падает вниз к 0?
Кто что скажет?
 

Кстати, вот еще пара графиков для медитации (первый  - это мои старые игрища с идеальным ракетным движителем, последний - от Маркса 1966)

Эффективность преобразования энергии излучения в кинетическую к 100%, а соотношение затраченной энергии к приросту скорости к нулю?

[alex_semenov]

имхо, всё-таки - к нулю...

Кстати, зашёл сюда (до чего дошёл прогресс!)  и попросил мне взять определенный интеграл.
И мне завернули (в полную распальцовку решения) и выдали:



То есть интеграл поправки на эффект Доплера упирается в световой барьер не в 0.5, а чуть выше. В 0.57...



Но всё это - наивные рассуждения из предположения, что световой барьер - это некая резкая стенка (а так график выше и построен). Световой же барьер это постепенно нарастающее (асимптотически) "препятствие".
По-сути КПД привода предполагает что рост массы по сравнению с массой покоя - это не потеря. Это всё та же кинетическая энергия.





Что такое эффективность? Это отношение ЗАТРАЧЕННОЙ на разгон энергии к полученной кинетической. Поэтому, наивно рассуждал я, релятивистский рост массы при подсчёте эффективности можно и не учитывать.
Если вас интересуют скорости до 0.5с, это моё наивное упрощение тут непринципиально. Но да, надо найти правильное релятивистское решение. Где-то у того же Маркса (в материалах 70х годов по SETI) я видел именно релятивистскую распальцовку эффективности разных приводов.

[alex_semenov]

Эффективность преобразования энергии излучения в кинетическую к 100%, а соотношение затраченной энергии к приросту скорости к нулю?

В обще то да.
Ну давайте рассуждать.
Пусть у нас движется фотонная ракета уже со скорость ~1с, скажем 0,99998765с и при этом продолжает отбрасывать фотоны. Луч мощностью W.
Отбрасывая фотоны со скоростью света (который в любой системе отсчёта одинакова, это непостижимая магия релятивизма вышибающая из нас весь здравый смысл!) что получается в системе отсчёта, относительно которого ракета движется (а именно от нее мы и считаем ее кинетическую энергию)? Отброшенные ракетой фотоны общей мощностью там на борту W движутся с той же скоростью  света но они ОСТЫЛИ. E=hw. Их частота упала. Значит энергия куда-то делась. Куда? В движение фотонной ракеты у светового барьера (в рост ее релятивистской массы и, кстати, сжатие времени).
А вот если  фотонная ракета движется у нас в области классической физики, скажем со скоростью 0.00001с, то Доплеровский эффект при переходе от системы ракеты (где фотоны рождаются из E=mc²) к системе старта - ерунда... Да зачем 0.00001с? Рассмотрим просто скорость фотонной ракеты относительно старта  пусть будет 0.
Тогда каждый фотон несёт импульс hw/c (постоянная Планка на частоту, делённое на скорость света) или мощность луча в ваттах W, делённая на скорость света с вы получаете давление света, силу. F=W/c.
Один ньютон на 300 000 000 ватт (истинный барьер на пути к звёздам не скорость света, а УДЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ! Ватт/кг коробля).
Всё из той же mc². Ничтожное давление на фотон (или один ватт). Фотон уносит всю энергию и в импульс почти ничего не идет. Но на другом конце скорости (при скорости ракеты близкой 1) вы имеете для каждого фотона почти 100% охлаждение за счёт эффект Доплера. И тут каждый фотон теперь просто работает как носитель импульса идеально (близко к 1).
Что с парусом?
По идее, в идеале это всё та же фотонная ракета и всё должно совпадать. Но... тут получается как бы два эффекта Доплера. Один (которого нет у фотонной ракеты) в том, что луч света рождается не на борту, а в начале системы отсчёта старта и догоняет парус. И если вы послали вслед удаляющейся уже на 0.3с парусу зелёный луч, что там, на корабле его увидят уже красным (это хорошо описано у Роберта Форварда в романе "Мир Роша"). То есть вы в случае парусника, как бы должны посылать импульс в два раза мощнее что бы покрыть первый эффект Доплера (паразитный) и получить (при отражении от паруса) второй эффект Доплера - положительный (чем этот отражённый эффект выше, тем больше энергии луча перейдёт в полезную энергию паруса).
Но... суть в чём? Когда фотонная ракета отбрасывет луч мощностью W она получает ОДИНАРНЫЙ импульс. F=W/c
А парус, когда его ДОГОНЯЕТ луч и (мы тут всё пока идеализируем) тот отражается от паруса меняет импульс на противоположны, вы получаете УДВОЕННЫЙ импульс и тягу на ту же мощность (которая догнала). F=2W/c. Вот тут, видимо всё и сходится. Фотонная ракета и Парус. "Компенсируется" первый Доплер.
Эффект в финале должен быть один. Что для идеальной фотонной ракеты что для идеального лазерного паруса. Релятивистская механика и результат должен быть совершенно одинаков.

[incognito ergo sum]

В бок, это 90°. Вектор силы  противодействия будет 45°.

"Вбок" пишется слитно, и означает "в сторону", а никакие не "это 90°".

Разогнаться вперед, если ты вне действия других сил (силы сопротивления среды или гравитации(хотя это не сила, but who cares)) летишь в космосе, и ловишь встречный поток частиц, нельзя. Вы можете свои фантазии попытаться нарисовать на бумажке, вектора сил для них нарисовать, и понять это самостоятельно.

[Mercury127]

да проходили уже...

[incognito ergo sum]

ну разогнали мы бомбо/взрыво/лазером/как то еще это ведро а как маневрировать и останавливаться и это не говоря о там как это самое ведро разогнать?

  Об этом никто не думает судя по всему.

"Судя" по чему именно? Спрашиваю, потому что в ваше "все" очевидно не попало мое сообщение (и статья, о которой в нем рассказывается), в котором буквально прямым текстом написано, что в статье, на которую я в нем ссылаюсь, все это есть (Ok, в моем описании статьи не сказано про маневрирование (на участке полета, маневрирование в системе описывать глупо, простите, это не то, что представляет сравнимую инженерную сложность), но оно там тоже есть!):

"Волноводолет, или сложности звездоплавания в Местном Пузыре"

- она о том, как сделать такой корабль, как разогнать корабль до околосветовой скорости, и успешно затормозить его у цели. То есть о том, как решить задачу, поставленную в заглавие данной темы (треда, топика), - как создать "Двигатель для межзвездных перелетов".

https://antihydrogen.livejournal.com/51567.html

И вот опять, дорогая редакция, ага:

От парусников тут по ходу дела уже давно отказались.)) Да и серьезные разработчики тоже, судя по всему, после неудачных попыток развернуть паруса в 90х...

Ровно то же самое. Вы это пишите буквально после предоставления вам интересной парусной схемы (ссылку см. здесь же выше, это именно что парусная схема!).

Вы если не будете знакомиться с материалами, которые опровергают ваши тезисы, то конечно сможете продолжать делать подобные заявления, но пользы от них для других не будет.

[PostAlien]

Эффект в финале должен быть один. Что для идеальной фотонной ракеты что для идеального лазерного паруса.

Но ведь парусу реактивной массой служит пусковая установка (а если всё сделать правильно, то вместе с ней и вся система), а ракете только отбрасываемый свет.

[incognito ergo sum]

Нечего на порядки улучшать...

конечно есть, есть обратимые вычисления, они позволяют обойти ограничение принципа Ландауэра. Но говоря уже о том, что даже в вашей цитате видно место для "улучшения на порядки" - три порядка для варианта без обратимых вычислений etc