Двигатель для межзвёздных перелётов

[PostAlien]

Поэтому (еще и по этому) его разгонять слишком сильно (до 0.1с, к "барьеру Корзникова") не очень то и желательно.

Вообще, имхо, Корзников – дилетант. В The Interaction of Relativistic Spacecrafts with the Interstellar Medium (https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aa5da6), например, насчитали, что на пути до Проксимы Центавра тупой графитовый щит потеряет от взаимодействия с пылью (и газом, хотя его вклад пренебрижимо мал) на 0,2 c от 1 до 3 мм. Умная же защита может весить граммы на квадратный метр, не знать износу и держать ДЕЙСТВИТЕЛЬНО релятивистские скорости.

[Золотой город]

Российская космонавтика заканчивается, почти уже все.
Кончится МКС и она уйдет на последние позиции, ниже Индии.

Российская Орбитальная Станция проектируется прямо сейчас, её запустят через несколько лет, а МКС утопят в океане

[библиограф]

 Через несколько лет России будет не до орбитальных станций.

[Иван Моисеев]

Российская космонавтика заканчивается, почти уже все.
Кончится МКС и она уйдет на последние позиции, ниже Индии.

Российская Орбитальная Станция проектируется прямо сейчас, её запустят через несколько лет, а МКС утопят в океане

Знаете, сколько проектировался КК Нового поколения -  Орел/Федерация? С 2008 года. Еще даже макет не летал. За это время Маск, начав работу в 2014 году, к 2020 году сделал много лучший и вовсю его эксплуатирует.
А ракета Ангара? Ее начали делать в 1992 году и до сих пор не ввели в эксплуатации. А это ведь примерно тоже, что и сделанный в 1965 году Протон.
А Луна-25? - работа началась в 2006 году. Пока нет. Ждем-с.
А модуль Наука? Начали делать в1998 гуду в планом запустить в 2012 году.
А теперь еще раз расскажите про Российская Орбитальная Станция "через несколько лет".

[Инопланетянин]

Но интересно, а зачем вообще нужно деление на нации? Какая от этого польза?

Возможность сосуществования принципиально непримиримых идей и образов жизни. Только так, только в изолированных друг от друга государственных и национальных образованиях разделённых языками и правительствами.
А без нац различий - всех под одну гребёнку это, попросту уменьшает приспособляемость человечество.

[PostAlien]

Проблема в том, что этот экран должен быть очень большим. У звездолёта скорее всего сильно вытянутая форма. Именно для того, чтобы минимизировать площадь лобового щита. Он, кстати, собственно, тоже должен быть тонкоплёночным и многослойным, дополненным магнитной и/или электрической защитой. И возможно, всякой экзотикой, вроде щитов из пылевой плазмы, умной пыли или тумана расплавленного металла.. И поэтому слабо подверженным износу.

Да. Поэтому вот тут вот....



... 18 - это ионизированное облако капелек "пыли". А сам щит - своего рода ванная. Кстати, стыбрил это у Мотовилова.
"Штырь" 17 это (кажется) модерирующий (собирающий, удерживающий) облако "генератор". Еще, помню что батарея реакторов ботового питания распологалась сразу за щитом. Опять таки в носу звездолёта (вместо командирской рубки). Видите? Там отдельный ряд радиаторов 13. Это не просто так. Радиаторы реакторов и щита были объеденены в единую энергосистему. И если напор на щит был большой (он становился горячим) то реакторы глушилис бы и энергию брали бы из набегающего потока. Это проект на самом деле не так уж и плохо был продуман.
Перед торможением всё это сбрасывалось, что ка бы плохо но... терпимо.
Единственное что тут было совсем фантастикой (ну помимо гибернации людей на 500 лет) - поджиг достаточно мощных водородных бомб (на самом деле почти килограммовых пеллет) из ЧИСТОГО дейтерия-гелий-3. Без хольраума. Допускалось чудо типа сверхплотного дейтерия. В общем некая прорывная технология, которой у нас до сих пор нет.

Про экран... Вообще -то когда я думал про разворот одноступенчатой ракеты кормой к направлению полёта то я думал об взрыволёте, а он у нас получаетя достаточно плоским, если это одна ступень (длина ну никак не получается больше диаметра плиты). Это кстати удачно, если учесть гиростабилизацию вращением. Но да, мидель по потоку получается дурной. Но это ограничение бомболёта. Особенность и расплата за импульсный двигатель. Никуда не деться. Поэтому (еще и по этому) его разгонять слишком сильно (до 0.1с, к "барьеру Корзникова") не очень то и желательно. И хотя после разворота бомболёт как бы прикрылся от набегающего потока той самой плитой, которая принимает удары плазмы, всё равно поставленную вперёд толкающую плиту (она не такая толстая как многие считают) надо будет еще защищать от набегающей пыли дополнительным, скажем, многослойным тонким экраном (у Камерона на "Venture Star" хорошо эти экраны-паруса показаны). Конструкция должна быть дейстительно ажурной, типа папрус

Кстати, какие вам вообще известны варианты лобового щита?

[Иван Моисеев]

Но интересно, а зачем вообще нужно деление на нации? Какая от этого польза?

Возможность сосуществования принципиально непримиримых идей и образов жизни. Только так, только в изолированных друг от друга государственных и национальных образованиях разделённых языками и правительствами.
А без нац различий - всех под одну гребёнку это, попросту уменьшает приспособляемость человечество.

А нации не хотят существовать. Нации хотят убивать друг друга и делают это весьма успешно в огромном количестве много-много лет.
Как это может увеличить приспособляемость?

[jet111]

Экран звездолета - это готовый термоядерный реактор. Допустим, кулоновский барьер 1 МЭв (что соответствует скорости полета 14 тыс. км/с). Т. е. при такой скорости полета встречный протон (атом водорода) гарантировано вступает в ядерную реакцию с атомом "экрана". Допустим, выход энергии из одного такого столкновения 10 МЭв, а плотность межзвездного вещества 1 атом водорода в 1 см. куб. Тогда мощность энерговыделения составит 14 Вт на 1 метр квадратный площади "экрана" (перпендикулярной к вектору скорости звездолета). Вроде немного, но за 100 лет полета это будет более 10 тыс. кВт-ч с 1 м. кв. Если поставить перед экраном соленоид, то он может увеличить сечение захвата на порядки (а соответственно и тепловую мощность экрана). Ну и дополнительно понадобится какой-то ионизатор встречного газа (например, электронная пушка). В этой схеме экран звездолета - это какой-то бак с жидкостью (и из этого же бака можно брать массу для работы реактивного движителя). Т. е. фактически получаем двигательную систему, которая может использоваться на второй или третьей ступени звездолета.

Другой интересный вариант - это полет с околосветовой скоростью. Тогда подходит вариант использования кинетической энергии встречного вещества. Т. е. встречное вещество нагревает экран (термоядерная энергия уже будет вносить несущественный вклад, по сравнению с кинетической энергией). Допустим, тепловая энергия преобразуется в электрический ток. Электрический ток приводит в действие реактивный движитель. И если скорость реактивной струи меньше скорости полета, то сила тяги превысит силу торможения. Т. е. фактически еще один вариант кинетического двигателя. Поскольку при околосветовой скорости время замедляется (по современным представлениям), то энерговыделение с 1 м. кв. экрана может достигать любых значений (в системе координат звездолета).
 

[petrovich1964]

Итоговое время полета на 11 световых лет около тысячи лет для первых более медленных кораблей.

Скорость 3000 км/с. Я Вам уже писал сколько для этого надо кг урана на 1 тонну зонда. Вы не ответили.
Межпланетный Транспорт: двигатели и стратегии

[cryon]

Итоговое время полета на 11 световых лет около тысячи лет для первых более медленных кораблей.

Скорость 3000 км/с. Я Вам уже писал сколько для этого надо кг урана на 1 тонну зонда. Вы не ответили.
Межпланетный Транспорт: двигатели и стратегии

Выше написано что реактор выдает 15 киловатт на кг собственного веса в течении 2.4 миллиарда секунд. Т.е. 36*10^12 джоулей на кг веса тогда расходуется 45% веса реактора как выгоревший уран. Вполне достижимо.
Кроме того 8 киловатт на кг фотоэлементов и ионника тоже достижимо. Не верите мне посмотрите Штерна - те же скорости на термоэлектричестве при ещё меньшем КПД. А так самое не реализованное сейчас - это плавитель металлов автофаг, но и его не сложно сделать, без автофаг скорость в 2 раза меньше. Сейчас у меня скорость полета 3750 км в сек.
Можно посчитать по другому - реактор расходует 0.001 мс^2 массы урана то есть эквивалентно скорости осколков деления в 10 000 км в сек, только у нас преобразование в электричество так как ffre движок это в целом какой то бред ради диссертации.

[petrovich1964]

Выше написано что реактор выдает 15 киловатт на кг собственного веса в течении 2.4 миллиарда секунд. Т.е. 36*10^12 джоулей на кг веса тогда расходуется 45% веса реактора как выгоревший уран. Вполне достижимо.

8*10^13 Дж в одном килограмме урана, энергия 1 тонны летящей со скоростью 3000 км/с. 4,5 * 10^15 Дж. При КПД 60% нам потребуется примерно 550 кг урана на 1 тонну зонда. И это только для того чтобы затормозить у цели. Для старта из Солнечной системы нам нужно разгонять 1,5 тонны , для этого надо будет примерно ещё  800кг урана.
Вы сможете разместить 1.3 тонны урана на каждую тонну звездолёта?

[cryon]

Выше написано что реактор выдает 15 киловатт на кг собственного веса в течении 2.4 миллиарда секунд. Т.е. 36*10^12 джоулей на кг веса тогда расходуется 45% веса реактора как выгоревший уран. Вполне достижимо.

8*10^13 Дж в одном килограмме урана, энергия 1 тонны летящей со скоростью 3000 км/с. 4,5 * 10^15 Дж. При КПД 60% нам потребуется примерно 550 кг урана на 1 тонну зонда. И это только для того чтобы затормозить у цели. Для старта из Солнечной системы нам нужно разгонять 1,5 тонны , для этого надо будет примерно ещё  800кг урана.
Вы сможете разместить 1.3 тонны урана на каждую тонну звездолёта?

Простите но вы разучились считать.  4,5 * 10^15 Дж/8*10^13 Дж=55 кг урана - кпд.

[petrovich1964]

55 кг урана

Формула Циолковского +КПД. (ps здесь и здесь
Вы же не производите взрыв урана за одно мгновение \( m1v1=m2v2 \) чтобы получить \( Е=\frac {mV^2}{2} \)
Вы тратите энергию на разгон не только зонда, но и на разгон топлива.
И подумайте о КПД.
Использовали 500 кг урана (на каждую тонну зонда), при КПД 60%. Значит 40% этой энергии 16 ПетаДж превратились в тепло. Чтобы зонд не расплавился это тепло надо излучить в пространство. Сделаем радиатор с поверхностью как у чёрного тела, и будем излучать при температуре 100 Ц. Нам надо будет, примерно, 4500 кв метров чтобы за сто лет излучить эту огромную энергию. И всё это на 1 тонну звездолёта! А если масса зонда 10 тонн, то надо будет 45 000 кв.метров радиатора. И эти метры надо на что то закрепить, и подавать на них теплоноситель, и какая будет у этой конструкции масса?
(ps alex_semenov Ответ #304 Годится ли ионный двигатель для звездолетов?

[cryon]

55 кг урана

Формула Циолковского +КПД. (ps здесь и здесь
Вы же не производите взрыв урана за одно мгновение \( m1v1=m2v2 \) чтобы получить \( Е=\frac {mV^2}{2} \)
Вы тратите энергию на разгон не только зонда, но и на разгон топлива.
И подумайте о КПД.
Использовали 500 кг урана (на каждую тонну зонда), при КПД 60%. Значит 40% этой энергии 16 ПетаДж превратились в тепло. Чтобы зонд не расплавился это тепло надо излучить в пространство. Сделаем радиатор с поверхностью как у чёрного тела, и будем излучать при температуре 100 Ц. Нам надо будет, примерно, 4500 кв метров чтобы за сто лет излучить эту огромную энергию. И всё это на 1 тонну звездолёта! А если масса зонда 10 тонн, то надо будет 45 000 кв.метров радиатора. И эти метры надо на что то закрепить, и подавать на них теплоноситель, и какая будет у этой конструкции масса?
(ps alex_semenov Ответ #304 Годится ли ионный двигатель для звездолетов?

Нет теплоносителя - фотоэлементы принимают отраженный от зеркал свет и являются радиаторами.
Я же писал 350 на 350 метров при стартовом весе 200 тонн и полезной нагрузке 12 тонн, на каждую сторону по 1 киловатт с м^2 фотоэлементов. Все рассчитано. Температура фотоэлемента-радиатора 380 К. Расход автофагом массы от 100% -1 % в год. что дает разгон на 25 км в сек в год при скорости истечения 2500 км в сек.
При подаче на ионник 1.25 киловатт на кг полной массы корабля получаем скорость истечения 2500 км в сек как 1% массы в год т.е. 100%/1%*31 млн секунд*0.8 кпд*1.25 киловатт на кг =m*V^2/2 где v=2500 км в сек.
Повторюсь:
Технически: первые ядерные реакторы простейшие были сферой из урана 235 и допустим углерода. Если их разогреть до 2000 градусов покрыть не испоряющемся при данной температуре карбонитридом гафния и разместить между двумя зеркалами в одной плоскости с фотоэлементом то можно 50 лет работы одной ступени двигателя питать ионник на уровне 1 киловатт с кг. К ионному двигателю с большой скоростью истечения вообще вопросов по долговечности нет так как чем больше скорость тем меньше секундный расход.
Стартовый вес 200 тонн, мощность запитанная от реактора-фотоэлемента-ионника включенного единовременно в 50% от веса всего корабля -200 мегаватт эффективного кпд по струе ионника, 250 мегаватт на ионник подается, 550 мегаватт тепловая мощность всех реакторов, реакторов всего около 500 штук, размер корабля 350 на 350 метров(масса корабля не проблема для вывода на орбиту и большей проблемой являются его габариты. Но несколько таких кораблей для разных экзопланет собрать будет не так уж и дорого). Реактор выдает 15 киловатт тепла на кг собственного веса в течении 73 лет работы, ионник имеет на 1 кг веса 8 киловатт, фотоэлементы для 2000 кельвинов тоже 8 киловатт на кг. Расход полной массы корабля за 1 год - 1%, т.е. за 150 лет разгона+150 лет торможения у цели масса падает с 200 до 12 тонн.
В эти 12 тонн входит магнитная защита форм жизни размером 7 метров и мощностью 15 телса. Ее силовая рама будет весить пару тонн из за напряжения механического.
В центре хранятся формы жизни в посадочном модуле аналогичном советским ракетам, т.е. аэродинамическое торможение и парашют в конце.
Скорость истечения - 2500 км в сек, разгон до скорости 3750 км в сек и торможение за 150 лет. Т.е. на дальность 11-22 светового года где должна вероятно находиться подходящая для простейших форм жизни планета - около 1000 лет.
Мое мнение основано на идеях Штерна с двумя поправками - термоэлектричество все же имеет значительно более низкий кпд чем фотоэлементы и сжигать разные атомные ммассы металлов конструкции в ионнике не так уж и накладно в плане разных скоростей истечения так как берется корень из атомной массы в формуле.

[petrovich1964]

у цели масса 12 тонн.
Скорость истечения - 2500 км в сек, разгон до скорости 3750 км в сек

М1 масса у Солнца (полезная нагрузка, рабочее тело) 240 тонн, скорость истечения 2500 км/с, М2 53,7 тонн (полезная нагрузка), набрана скорость 3743 км/с.
Начинаем торможение у цели. М1 53,7 т., скорость истечения 2500 км/с, М2 12 т. погасили скорость 3743 км/с
При разгоне от Солнца мы ускорили 186,3 тонны рабочего тела до 2500 км/с, это 1 305 036 064 350 000 000 Дж или 16 312,9 кг урана при КПД 100%
При торможении у цели мы ускорили 41,7 тонны рабочего тела до 2500 км/с, это 292 109 521 650 000 000 Дж или 3 651 кг урана при КПД 100%
Итого требуется энергии равной 19,963 тонн урана.
Как я понял ваш звездолёт имеет сухую массу 12 тонн (500 реакторов, двигатель, капсула, и прочее). Как Вы собираетесь разместить 20 тонн урана в маленьких слитках, с экранизацией слитков друг от друга, на 12 тонном звездолёте?

ps
Как уже обсуждали на форуме реальное время для достижения Проксимы Центавра где то 4000 лет. Не помню кто заметил - если бы Клеопатра запустила бы звездолёт, то сейчас он пролетел бы лишь половину пути.
И мне вообще не понятна цель - панспермии. Зачем?

[cryon]

у цели масса 12 тонн.
Скорость истечения - 2500 км в сек, разгон до скорости 3750 км в сек

М1 масса у Солнца (полезная нагрузка, рабочее тело) 240 тонн, скорость истечения 2500 км/с, М2 53,7 тонн (полезная нагрузка), набрана скорость 3743 км/с.
Начинаем торможение у цели. М1 53,7 т., скорость истечения 2500 км/с, М2 12 т. погасили скорость 3743 км/с
При разгоне от Солнца мы ускорили 186,3 тонны рабочего тела до 2500 км/с, это 1 305 036 064 350 000 000 Дж или 16 312,9 кг урана при КПД 100%
При торможении у цели мы ускорили 41,7 тонны рабочего тела до 2500 км/с, это 292 109 521 650 000 000 Дж или 3 651 кг урана при КПД 100%
Итого требуется энергии равной 19,963 тонн урана.
Как я понял ваш звездолёт имеет сухую массу 12 тонн (500 реакторов, двигатель, капсула, и прочее). Как Вы собираетесь разместить 20 тонн урана в маленьких слитках, с экранизацией слитков друг от друга, на 12 тонном звездолёте?

ps
Как уже обсуждали на форуме реальное время для достижения Проксимы Центавра где то 4000 лет. Не помню кто заметил - если бы Клеопатра запустила бы звездолёт, то сейчас он пролетел бы лишь половину пути.
И мне вообще не понятна цель - панспермии. Зачем?

Звездолет состоит из 500 реакторов с ураном размером по 45 сантиметров сфер размещенных на поле размером 350 метров из солнечных батарей.
Зачем- в перспективе более крупный звездолет везет замороженные эмбрионы людей для колонизации планеты.

[petrovich1964]

из солнечных батарей.

Вы серьёзно? Сколько света на орбите Плутона они получат?

Как Вы собираетесь разместить 20 тонн урана в маленьких слитках, с экранизацией слитков друг от друга, на 12 тонном звездолёте?

А ещё и рабочее тело надо куда то положить.

[cryon]

из солнечных батарей.

Вы серьёзно? Сколько света на орбите Плутона они получат?

Как Вы собираетесь разместить 20 тонн урана в маленьких слитках, с экранизацией слитков друг от друга, на 12 тонном звездолёте?

А ещё и рабочее тело надо куда то положить.

Термофотоэлементы питаются от реакторов. Вы картинку смотрели?

[petrovich1964]

Термофотоэлементы питаются от реакторов.

Мне не понятна эта система. Какой КПД? Как Вы будете использовать продукты распада реакторов в ионном двигателе? Если масса реакторов, остаётся на звездолёте, то у цели будет не 12 тонн, а гораздо больше (32 тонны при КПД 100%?). Что потребует большего рабочего тела при торможении, и ещё больше рабочего тела ионного двигателя при разгоне от Солнечной системы.
И самый главный вопрос - Зачем эта панспермия?

[cryon]

Термофотоэлементы питаются от реакторов.

Мне не понятна эта система. Какой КПД? Как Вы будете использовать продукты распада реакторов в ионном двигателе? Если масса реакторов, остаётся на звездолёте, то у цели будет не 12 тонн, а гораздо больше (32 тонны при КПД 100%?). Что потребует большего рабочего тела при торможении, и ещё больше рабочего тела ионного двигателя при разгоне от Солнечной системы.
И самый главный вопрос - Зачем эта панспермия?

Зачем - просто первый вариант рабочего межзвездного двигателя - в идеале для заселения редкой жизнью других планет, а возможно и колонизация их человеком.
КПД термофотоэлпментов я взял в 44% что уже почти достигнуто сейчас. Проблема одна - при температуре реакторов в 2000 к их не покрыть достаточным слоем урана для снижения гамма излучения . Или греть оксид урана до 3000 к и делать более мощные реакторы по 5.5 мегаватт
 с 2ух сантиметровым слоем урана для поглощения гамма квантов, или забить как в приведенном мной варианте и получить электронику внутри плоскости зонда в урановых экранов для сохранения электроники. Этот вариант предпочтительнее, чуть больше скорость полета, перед модулем ионников и полезной нагрузки экран из урана, зеркала вроде получают 0.1% всех атомов в столкновениях с гамма квантами что вроде приемлемо.
Чем подкупает эта схема - она проста до безобразия.
Просто смешали обогащенный полностью уран с углеродом - получили сферы с температурой 2000 к и диаметром 55 см по 1 мегаватту на 73 года работы. Поместили в 15 метрах с двух сторон зеркал ную пленку лёгкую. И в плоскости 1100 реакторов разместили 500 на 500 метров двусторонний термофотоэлемент удельным весом140 грамм на квадратный метр. На расстоянии от зонда экран из урана от гамма лучей и там за ним ионники на 200 киловольт. И полезная нагрузка в коконе 15 тесла на сверхпроводниках. Каждый год 1% веса вей конструкции при включенной на половину мощности переплавляется и поступает на ионник, а 0.5 % веса мощности подключается, так что единовременно работает половина мощности. Таким образом за 300 лет 2.72^3 расход массы и дельта V = 7500 км в сек. Подходит так же для планеталета внутри солнечной системой с меньшей скоростью истечения.