Двигатель для межзвёздных перелётов

[MenFrame]

Вы сами поняли что сказали?

Встречный вопрос, вы поняли что я написал? Или за одно предложение зацепились, а остальное дофантазировали?
Энергия извлекается из разницы скоростей, с одной стороны звездолета который затормозил по максимуму, с другой стороны энергетической капсулы которая не тормозила, но летит следом догоняя. Формируя луч материи(энергии) который врезаясь в сетку превращается в плазму которая уже в свою очередь создает импульсное давление на тормозной парашут.

[PostAlien]

Я не понимаю вашей идеи. Хоть убей!
У вас расчёт ее есть? Хотя бы на салфетке? Мне кажется вы сами не до конца понимаете механику. Невозможность использовать энергию звезды-цели (солнечный пару) для торможение паруса, разогнаного лазером в начале 70 предупреждал Пурнела и Нивена еще Форвард. Но они не послушались и запустили эту глупость в массвое сознание ("Мошка в зенице у бога").
Единственная настоящая "шара" для торможения - это межзвездная среда. Трение об неё. Все остальные игрища (типа маневра Оберта, солнечный ветер от звезд) - это всё слишком СЛАБО.
В общем.
Нет расчёта? Нет идеи. Не подкреплённая количественным анализом качественная идея НИЧЕГО НЕ СТОИТ.

То есть. Как я себе это представляю. У нас есть звездолёт, который мы каким-то образом разогнали до приличной скорости (скажем, ваших 0,5C). Лазерным парусом, магнитным парусом или таранным конвертером (кстати, идея может заработать? Или вылезло что-то, что её окончательно хоронит?). На подлёте к звезде-цели он активирует магнитный парашют и тормозит им до скорости, равной максимальной скорости ультратонкого солнечного паруса. Так как это скорость приличная, то торможение магнитным парашютом до неё можно осуществить очень быстро. Даже если парашют посредственный. Затем он отделяет от себя рой солнечных нанопарусников, а сам продолжает тормозить парашютом, за счёт чего накапливается разница в скорости. Какая точно будет эта разница и за какое время она накопится – это надо рассчитывать точную динамику торможение парашюта. Если, скажем, средняя разница в скоростях будет мегаметр в секунду и она получиться в течении 200 дней, то за эти 200 дней мотыльки отдалятся от корабля на сто 115,2 АЕ. То есть как раз на расстояние от гелиопаузы. Рой тормозит до нулевой скорости относительно звезды при помощи солнечных парусов (что уже равнозначно приобретению большой скорости относительно звездолёта), а затем разгоняется в противоположном направлении. В направлении корабля. Он тем временем пересечёт гелиопаузу, где парашют из-за падения плотности среды становится бесполезным и переведёт его в конфигурацию магнитного паруса. Благо материалы там одни и те же нужны, да и вообще парус и парашют не очень отличаются. Мотыльки налетают на магнитный парус. У нас складываются скорость корабля относительно звезды и скорость мотыльков относительно звезды. Затем, по всей видимости, должно быть отражение от магнитного зеркала (т.е. упругое столкновение). То есть импульс каждого отдельного мотылька, передаваемый кораблю:
(Vмот+Vкор)×2×Mмот.
Если считать скорость корабля равной максимальной скорости нанопарусника и не учитывать сложение скоростей, то чтобы полностью затормозить нам надо перевести в рой треть массы корабля. Так как корабль успеет с момента отделения несколько затормозить (но насколько именно – это опять же с болью считать из динамики парашюта), а сложение скоростей имеет место быть, то нужно будет меньше. Да и тормозим мы не совсем до конца – ту скорость, которую можно будет погасить о солнечный ветер мы об него погасим, дабы не разгонять ни грамма лишней материи. Кроме того, возможно, отделение роя будет не на скорости, равной максимальной скорости паруса, а на меньшей (если парашют у нас хороший). Тогда мы сможем уменьшить массу роя до процентов от массы корабля. Но это можно будет сделать, только если возможно раскрыть солнечный парус на мизерном расстоянии от звезды. А то до перигелия не долетят. Так как магнитный парус работает с очень концентрированным, узконаправленным потоком материи и энергии, то он в принципе может отработать идеально. Например, проблемы обтекания плазмой магнитосферы паруса возникнуть вроде не должно. С удельной мощностью тоже всё вроде в порядке – все проблемы с термадинамикой мы перенесли на термобаланс солнечного паруса. Так как отделение мотыльков от корабля, скорее всего, будет не единовременным, а часть отделиться позже и будет иметь немного меньшую скорость – они растянуться в длинную цепочку.  То есть ускорение у нас не совсем уж костедробительное.
При этом если бомбы или иное топливо для ракеты скорее всего будет лежать мёртвым грузом, то паруса мотыльков, да и их самих можно изготовить из различных, отработавших своё, частей корабля.
Мне эта идея нравится именно возможностью затормозить с высокой скорости без экстремальных перегрузок (их будут испытывать только нанозонды). Беспилотный корабль сам может распасться на рой солнечных парусников, но для пилотируемого это не вариант.

[Mercury127]

А за счёт чего “мотыльки” будут опережать корабль, хотя им нужно, наоборот, тормозиться сильнее, чтобы успеть к звезде раньше него, чтобы потом разогнаться обратно?

[PostAlien]

А за счёт чего “мотыльки” будут опережать корабль, хотя им нужно, наоборот, тормозиться сильнее, чтобы успеть к звезде раньше него, чтобы потом разогнаться обратно?

Опережать за счёт того, что корабль притормозил парашютом после отделения. Потом они конечно затормозят об солнечный свет (а после и разгонятся от него). Но это торможение (и последующий разгон) осуществляется с чудовищным ускорением (у Спиза и Зубрина в перигелии выходи примерно 28 000 g.). Почти всё изменение ускорости произойдётв пределах орбиты земли в течении нескольких часов. Его можно считать почти мгновенным и пренебречь им. По сути солнечный парус ВРЕЗАЕТСЯ в свет звезды, а затем отскакивает от него.  Эта система просто перераспределяет ускорение.

[Золотой город]

Нет расчёта? Нет идеи. Не подкреплённая количественным анализом качественная идея НИЧЕГО НЕ СТОИТ.

Математические расчёты можно заново переделать, подгоняя под конкретный вариант исполнения идеи, а сами идеи являются базами единицами воображение и одной идеи может быть множество интерпретаций.

[Иван Моисеев]

На моём дереве ценных идей для МП эта идея помечена как бетта на ветке "активынх приводов":

Александр, а сделали ли вы пояснения к этому дереву? Если сделали - неплохо бы было взглянуть.

[alex_semenov]

На моём дереве ценных идей для МП эта идея помечена как бетта на ветке "активынх приводов":

Александр, а сделали ли вы пояснения к этому дереву? Если сделали - неплохо бы было взглянуть.

Вы об этой схеме?



Пояснение было сделано, разумеется,  тогда же  вместе со схемой:

[Иван Моисеев]

Пояснение было сделано, разумеется вместе:

Ага. Спасибо. Я увидел повтор, а поиск первого упоминания не удался.

[Иван Моисеев]

"пушки" я обозвал "Лучевыми системами".
RDC - это обычный т-я реактор или какой-то особенный?
А как таранный конвертор работает? 

[alex_semenov]

То есть. Как я себе это представляю. У нас есть звездолёт, который мы каким-то образом разогнали до приличной скорости (скажем, ваших 0,5C). Лазерным парусом, магнитным парусом или таранным конвертером (кстати, идея может заработать? Или вылезло что-то, что её окончательно хоронит?).

Прежде всего. Надо уточнить.  Таранный конвертер это не полноценный привод. Поэтому я и выбрал термин "конвертер", то есть ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ. Это как магнитный парашют - примочка к другому приводу. Сам по себе он - бессмыслен и бесполезен (как и магнитный парашют сам по себе).
Конвертер это версия (навеяна им - точно) "двигателя" Подвысоцкого вокруг которого в своё время было много сломано копий. Только я тут собрался  использовать "уже расставленную" природой по пути массу межзвездного газа (а не заранее расставленные "пули" как это предполагает Подвысоцкий).  Главная фича этого "двигателя" ("парадокс") в том, что он не добывает энергию. Прирост скорости конвертера происходит исключительно за счёт размена МАССЫ разгоняемого корабля на СКОРОСТЬ.
Не вдаваясь в механику такого размена, просто из  закона сохранения энергии (классического ибо мы говорим о скоростях много меньше световой) мы можем разменивать массу на корень квадратный из скорости. То есть, что бы, скажем, конвертер добавил к 0,033с до 0,1с (в три раза) предварительно разогнанная масса (некой первоначальной ступенью) обязана похудеть не менее чем в 3² раз то есть в 9 раз. Это при эффективности конвертера 1. То есть в идеальной ситуации.
Поэтому я предполагал что в паре с конвертером должна работать очень мощная первая ступень в духе взрыволёт.
Взрыволёт как раз комплиментарен этой идеи. Реалистичней всего реализовать взрыволёт при большой массе "пустой ракеты". Скажем, при 100 000 тонн сухой массы.
Это значит что если мы  захотим отправить небольшой зонд, то взрыволёт по массе для этого на порядки избыточен. Вот тут то конвертер мог бы оказаться "волшебным средством". Мы разгоняем бомболётом, скажем  до 0.033с полезную нагрузку массой в 30 000 тонн. Но теперь, имея идеальный таранный конвертер в в виде второй ступени мы могли бы доразогнать массу в 1000 тон в корень из 30 раз то есть до 0,18с.
Шикарно, правда?
Но в чём засада?
В том же в чём и проблема прямоточки - эффективность АДИАБАТИЧЕСКОГО сжатия набегающего потока. Эффективность такого сжатия должна быть очень высокой. Скажем 0.95. Не ниже 0.75 - точно. "А вот это - фантастика, сынок! (с). Большая проблема. Мы мало сейчас понимаем даже как подойти к решению этой задачи. Не факт, что она не разрешима (для этого надо научиться управлять очень горячей разряженной плазмой, которая обтекает "центр управления"). Но шансов очень мало. Плотность газа ничтожна и при адиабатическом сжатии его любой воронкой он будет очень сильно греться, а раз так - светиться (то есть терять энергию). Поэтому оставляем таранный конвертер пока для очень твёрдой фантастики.
Одно обнадёживает. Есть масса работ (и усилий) на Западе всё-таки как-то оживить, приблизить к реальности концепцию Бассарда (это для них идея-мечта как у нас тут была фотонная ракета). И если они таки найдут подходы для решения эффективной адиабатической воронки, то они автоматом решат задачу таранного конвертера. Всё остальное по сравнению с этим - ерунда. У прямоточки Бассарда остается проблема сжигания собранного водорода. Это по-сути непреодолимая проблема. Но тараннику нужно "просто" разбавить этот горячий сжатый межзвёздный водород "перемешать" с "холодным" водородом из баков (для чего нужны будут "ионные форсунки"). Хотя и тут есть масса проблем, но по сравнению с проблемой сжигания водорода в классическом Бассарде это "детская", то есть "инженерная" проблема.
Кстати. Раз зашёл разговор о конвертере. Чем ближе начальная скорость конвертера к света, тем проще его сделать.
Так, если вы смогли разогнать огромную массу (скажем миллион тонн) до 0.5с, то разогнать 1000 -ю часть этого до заметного
 релятивистского эффекта  достаточно несложно (вам не понадобится даже какая-то там сложная воронка).
В общем.
Идея прикольная. Но не такая уж и прорывная (как все идеи в МП) нужна комбинация и синтез.

[alex_semenov]

Мне эта идея нравится именно возможностью затормозить с высокой скорости без экстремальных перегрузок (их будут испытывать только нанозонды). Беспилотный корабль сам может распасться на рой солнечных парусников, но для пилотируемого это не вариант.

Да,  я таки "вкурил", кажется, понял вашу идею... Не могу сказать что я в восторге (что она мне эстетически понравилась). Хотя логика очевидна и я пока не вижу какой-то принципиальной причины ее забраковать.
Но для меня она остаётся такой же экзотикой как все идеи Форварда со сбраываемыми переотражающими парусами или поворотом корабля в магнитном поле галактики и заход на цель с противоположной стороны (чтобы можно было затормозить лазером из Солнечной системы). Как-то слишком уж мудрёно.

Давайте я попробую ее покритиковать "по мелочам" (у нас тут получается что-то типа "Патентного бюро ЮТ", знаете что это такое?  )

Первое. 10% света выстрелом парусника от Солнца - это ФАНТАСТИКА от Сприза  и Зубрина. Перечитайте статью. Это ГИПОТЕТИЧЕСКАЯ возможность. Очень гипотерическая, если теория (очень умозрительная и опущенная в переводе мной но есть в первоисточнике) срастётся с практикой.
И то. Если нам повезло... Срослось. Вы представляете насколько "АЖУРНОЙ" будет парус, который вы выстрелом от солнца разгоните до 10% света таким образом? Это буде НАНО-стурктура чудовищно-низкой поверхностной плотности.
Я тут предлагал куда более грубую "структуру" (идея Метлоффа)  которая имея массу 300 грамм будет иметь диаметр 140  м! Для сравнения я поместил в одном масштабе парусник!



Так вот. Я не уточнял, но в вашем случае подобный по размерам чудо-нано-парус должен быть массой в десяток грамм (если не меньше)! То есть сотни метров в  диаметре НАНО-техно-чуда массой в десяток грамм!
Представили себе?
Как это развернуть? Я видел лишь одну возможность (совершенно в вашем случае не пригодную). Нанести на более толстую и массивную (до 10 тонн!) подложку, которую мы быстро (в тени окультера тоже массой в тонны) развернём как парашют и она в горячих лучах близкого Солнца ИСПАРИТСЯ, плавно  быстро и одновременно НЕЖНО отпустив ажурную, нежную структуру (которая уже имеет нужную форму и ориентацию в пространстве, которую оно уже не будет менять, до конца разгона - точно).
Что будет в вашем случае? И это надо сделать миллион раз? Да ну!...
И ради чего? Что бы эти граммы превратились в набегающий поток?
 
Ну во-первых вы хотите сбрасывать... миллионы... пусть тысячи таких вот ажурных парусов с приближающегося звездолёта и они должны совершить "обратный разгон". После этого они должны остановиться там почти у поверхности звезды (я по-началу подумал что паруса должны облетать звезду как у Метлоффа, но понял что это не получится без окультера и без волшебного манёрва резкого разворота торцом к солнцу и такого же резкого разворота перед тем как начать разгоняться). То есть этот чудо-парус должен полностью затормозиться перед звездой, повиснуть на световом давлении и ускорится в обратном направлении ... В общем... Отскочить как сжатая пружина...
Я даже не представляю как это возможно?  Без окультера (массивного теневого щита) без облёта звезды на гиперболической скорости... Это вообще кажется невозможным (надо уточнять). Ваш манёвр это не тот же манёвр что предполагает односторонний разгон выстрелом от Солнца. Я просто не вижу тут физического реализма. Надо считать такой "отскок пружины", но это совсем другая динамика (как мне кажется).

Второе. 10% от света вы можете получить у достаточно горячего жёлтого карлика. А что с большинством других звёзд? Красных карликов?

Давайте приблизим вашу идею к реальности. Не будем стремиться к 0.1с а всё же допустим что парашют затормозил до 0.01с
Зубрин считал вполне возможным дотормозить до 0.005с:



Но даже в этом случае вам потребуются чудо-паруса. И как они будут "отскакивать" от светила...
Я себе это плохо представляю.
Каждый парсу - это менее кг - однозначно. Значит вам потребуются всё равно тысячи тысяч таких парусов. И каждый развернуть? Да не стоит овчинка выделки!
Почему я предлагаю вам сделать КОЛИЧЕСТВЕННУЮ прикидку. Часто самая простая прикидка показывает насколько качественно заманчивая идея становится нереальной при первых же количественных прикидках.

Нет. Я всё-таки остаюсь на позиции, что лучший способ торможения: магнитный парашют (до 0.01с) а дальше очень эффективная энерговооружённая ракета (при этом компактная). Если это не бомболт-медуза, зачит  парус на осколках деления (урановый парус). Лучше уж сражаться с его проблемами.

[alex_semenov]

"пушки" я обозвал "Лучевыми системами".

"Пушки" как противоположность "ракеты".
На самом деле есть лишь три типа движИтеля. активынй (пушка) реактивный (ракета) прямоточка.
Все они конечно же "реактивные" (третий закон Ньютона, законы сохранения импульса и энергии) но есть нюансы.
Никаких иных больше вариантов нет.
 

RDC - это обычный т-я реактор или какой-то особенный?

А где у меня там RDS? А! КВС (если набрать русские буквы оставив регист английский). Нет. Это получение энергии из термоядерных взрывов. Притом энергия из дейтерия. Самого массового, бросового топлива во вселенной. Я по-прежнему управляемый термоядерный синтез считаю журавлём в облаках. Даже синицей в облаках. Я считаю что пока что единственный гарантированно реальный способ получить РЕНТАБЕЛЬНО ("задаром"!) термоядерную энергию - взрывы. Достаточно крупные (более 10 тонн тнт).

А как таранный конвертор работает?

Я выше описал общие идеи. Но.. Идея описана (впервые) мной вот тут в самом конце. Я тогда сказал там что это очень специфическая идея годная в особых местах. Ну вот в паре с взрыволётом она могла бы сработать если бы нам повезло с воронкой адиабатического сжатия набегающего водорода.
Сжимать до метров тут не надо. Если вы сожмёте 1000 км поток газа до 1 км в диаметре - достаточно. Но это всё равно сжатие в 1 000 000 раз (сжатие по направлению полёта я не учитываю). И это чудовищный разогрев ионов водорода!

[PostAlien]

Но для меня она остаётся такой же экзотикой как все идеи Форварда со сбраываемыми переотражающими парусами или поворотом корабля в магнитном поле галактики и заход на цель с противоположной стороны (чтобы можно было затормозить лазером из Солнечной системы). Как-то слишком уж мудрёно.

Угу. Я именно этим и вдохновлялся. Это именно что экзотика, которая заработает и в которой возникнет надобности только при очень специфических условиях.

Первое. 10% света выстрелом парусника от Солнца - это ФАНТАСТИКА от Сприза  и Зубрина. Перечитайте статью. Это ГИПОТЕТИЧЕСКАЯ возможность. Очень гипотерическая, если теория (очень умозрительная и опущенная в переводе мной но есть в первоисточнике) срастётся с практикой.

Понятное дело. Тем не менее я смутно представляю, почему свет в оптическом диапазоне НЕ будет вести себя аналогично микроволнам. Теория имеет все шансы срастись.

[Иван Моисеев]

Достаточно крупные (более 10 тонн тнт).

10 кт, наверное?
Насчет ловли всяких шаров в космосе:
https://youtu.be/V8Xr_3xbS1c

[PostAlien]

И то. Если нам повезло... Срослось. Вы представляете насколько "АЖУРНОЙ" будет парус, который вы выстрелом от солнца разгоните до 10% света таким образом? Это буде НАНО-стурктура чудовищно-низкой поверхностной плотности.
Я тут предлагал куда более грубую "структуру" (идея Метлоффа)  которая имея массу 300 грамм будет иметь диаметр 140  м! Для сравнения я поместил в одном масштабе парусник!



Так вот. Я не уточнял, но в вашем случае подобный по размерам чудо-нано-парус должен быть массой в десяток грамм (если не меньше)! То есть сотни метров в  диаметре НАНО-техно-чуда массой в десяток грамм!
Представили себе?

И даже посчитал. Масса отдельного парусника это сотни ПИКОграмм.

[PostAlien]

Ну во-первых вы хотите сбрасывать... миллионы... пусть тысячи таких вот ажурных парусов с приближающегося звездолёта и они должны совершить "обратный разгон". После этого они должны остановиться там почти у поверхности звезды (я по-началу подумал что паруса должны облетать звезду как у Метлоффа, но понял что это не получится без окультера и без волшебного манёрва резкого разворота торцом к солнцу и такого же резкого разворота перед тем как начать разгоняться). То есть этот чудо-парус должен полностью затормозиться перед звездой, повиснуть на световом давлении и ускорится ... В общем...
Я даже не представляю как это возможно. Без окультера (массивного теневого щита) без облёта звезды на гиперболической скорости... Это вообще кажется невозможным (надо уточнять).
Я просто не вижу тут физического реализма.

Вот тут я не понимаю. Зачем теневые щиты? Парус разворачивается в глубоком космосе, где нет собых проблем с давлением света. Если надо, то в тени звездолёта. И зачем развороты?

[Иван Моисеев]

"Пушки" как противоположность "ракеты".
На самом деле есть лишь три типа движИтеля. активынй (пушка) реактивный (ракета) прямоточка.
Все они конечно же "реактивные" (третий закон Ньютона, законы сохранения импульса и энергии) но есть нюансы.
Никаких иных больше вариантов нет.

Вопросы терминологии. Если нет устоявшейся - хоть горшком назови.
Но. Устоявшаяся:
Ракетное движение – это движение только вследствие отброса части собственной массы аппарата и без использования окружающей среды
Реактивное движение – это движение вследствие отброса как части собственной массы аппарата, так и массы захватываемой из окружающей среды.

Иногда путают, в том числе и в научной литературе, ракетное и реактивное движение. Эта путаница пошла еще от пионеров космонавтики, которые часто предпочитали называть ракетное движение реактивным. Появление боевых и космических ракет потребовало внести четкое разделение этих понятий.

[PostAlien]

Второе. 10% от света вы можете получить у достаточно горячего жёлтого карлика. А что с большинством других звёзд? Красных карликов

Ну об этом я писал. Да, очень специфическое приложение. Впрочем, надо заменить, что при прочих равных скорость паруса зависит как корень четвёртой степени от светимости звезды. То есть с оранжевыми карликами он работать будет не так эффективно как с жёлтыми, но и не то чтобы совсем уж плохо. А вот с красными действительно не заработает.

[PostAlien]

Но даже в этом случае вам потребуются чудо-паруса. И как они будут "отскакивать" от светила...
Я себе это плохо представляю.

В чём проблема? Затормозят и так же, естественным образом начнут разгоняться в другом направлении.

[PostAlien]

Каждый парсу - это менее кг - однозначно. Значит вам потребуются всё равно тысячи тысяч таких парусов. И каждый развернуть? Да не стоит овчинка выделки!
Почему я предлагаю вам сделать КОЛИЧЕСТВЕННУЮ прикидку. Часто самая простая прикидка показывает насколько качественно заманчивая идея становится нереальной при первых же количественных прикидках.

Развернуть много маленьких парусов наоборот проще чем один большой. Хотя это конечно отдельная наномагия.