Двигатель для межзвёздных перелётов

[Rattus]

Тут цитируется очень старая работа 1999 года (кажется)...

Не очень: все рекордные купраты низкого давления были открыты до середины 90-х и нобелевка за их открытие вручена ещё в 1987-ом.

[cryon]

То есть тут масса токовой петли, получается 0.0071*100 000 кг = 710 кг всего?

Очевидно, что нет.
15,3 мм – толщина провода.
8 000 кг на кубометр – плотность сверхпроводника.
100 км – радиус петли.
Масса провода:
(0,0153÷2)^(2)×π×8 000×100 000×2×π=924 150 кг.
А про общую массу тут ничего не сказано.

Масса провода согласуется с приемлемой по габаритам массой реактор-фотоэлемента для доторможения и электропитания.

[Иван Моисеев]

Мне нравится как он громит антиматерию и особенно - пузырь Алькубъери. Ну и "неоткрытую физику" за одно гнобит...
Этим Штерн особенно ценен!

А в чем ценность? Если кто-то хочет заниматься антиматерией и особенно пузырем Алькубъери, "неоткрытой физикой"  - почему нет?

Главная ТЕХНИЧЕСКАЯ засада (концептуальная - отдельно) в его очень реалистичном (технически) прожекте (если исправить все несерьезные неточности) - длительность работы очень горячей энергоустановки....

Бог с ней, с горячей... По-моему, там концептуальная несостоятельность. Что он делает с отработавшими твэлами?
Надо бы проверить все его расчеты, но мне некогда, а больше некому.

[cryon]

Главная ТЕХНИЧЕСКАЯ засада (концептуальная - отдельно) в его очень реалистичном (технически) прожекте (если исправить все несерьезные неточности) - длительность работы очень горячей энергоустановки.... Он говорит что делаются долговечные вещи. На 1000 лет можно сделать на 10 000...
Да, можно. Часы там...
Но не разогретый до 3000 К реактор с контуром теплоносителя и радиатрорами под 1000 К... Даже десятилетие заставить такую систему сейчас работать - проблема. Изнашивается система даже без наличия "трущихся" деталей. Те же жаровые трубы например. Чисто диффузные процессы их съедают за годы при таких температурах. А заставить отработать  нечто подобное 2000 лет (2/3 от времени полёта) - это вообще нужно некое "чудо". Например саморемонт. Самовосстановление какое-то...
Чем, кстати, прекрасен был бы бомболёт (если бы он был). 12 дней отработал на разгон и.... дальше ПО ИНЕРЦИИ. Как замороженная чушка. Так можно пережить и столетия и даже тысячу лет в пути. Ладно там сверххолодный генератор магнитного поля. Тоже можно представить его работающим три тысячи лет. Но вот раскалённй до бела реактор и циркулирующий через него теплоноситель на раскалённые до красного радиаторы.... Даже та же фотовольтовка....  без  некого чуда-уловки саовосстановления "ядерной лампы" долго работать не будет.

Реактор разогретый до 2100 К достаточен по температуре, так чтобы не испарялся  вольфрамм , работать 2/3 времени полета необязательно, большой запас по массе т.е. можно делать многоступенчатый с работой отдельного реактора в 70 лет всего. Фотоэлементы пока обязательны так как термоэлектричество тормозит в прогрессе.
Бомболет имеет 2 проблемы 
-большая масса при нескольких необходимых миссиях.
-система детанации бомб с крайне высокой надежностью под тряской взрывов(если взрывов не слишком много импульс каждого больше).

[PostAlien]

Предполагая рабочую температуру 2,7 К

Мда. Температура Эриды в афелии - около 20 K, Температура в вечнозатененном кратере Луны - 25 K. Это где-ж такую температуру в галактике у плотных тел найти-то в природе?
Судя по всему, без ОЧЕНЬ активного охлаждения тут не обойтись никак...

От нагрева светом конкретной звезды легко защититься. Даже в самом тупом варианте – цилиндрическом проводе, как на картинке у Денфорта, так как его можно покрыть высокотражающим материалом, что может очень сильно снизить нагрев.

У нас уже давно существуют материалы, имеющие почти идеальную рефрактность на солнечном спектре и являющиеся почти абсолютно чёрным телом в тепловом спектре, соответствующем комнатной температуре:

Так, баритовые краски, описанные в Ultrawhite BaSO4 Paints and Films for Remarkable Daytime Subambient Radiative Cooling имеют 98,1% альбедо в солнечном спекте и коэффициент излучения 95% в комнатнотемпературном тепловом спектре/окне прозрачности атмосферы.

Spectralon имеет 99% альбедо.

Материал, описанный в A dual-layer structure with record-high solar reflectance for daytime radiative cooling имеет 99,1% альбедо и более чем 90% коэффициент излучения.

Наконец, ультрабелая керамика из Hierarchically structured passive radiative cooling ceramic with high solar reflectivity, созданная на основе окраски небезизвестных Снежнобелых Хрущей, имеет более чем 99,6% солнечную рефрактность и коэффициент излучения более 96,5% (что больше, чем у сажи и асфальта). В вакууме это понизит температуру поверхности в четыре раза. При этом для будущих материалов, за счёт большей разницы между температурой отражаемого света (3 000 – 6 000 K°) и температурой изучающей поверхности (единицы кельвинов) можно добиться ещё большей рефрактности при высоком коэффициенте излучения. Если же пренебречь излучательной способностью, то отражательную способность можно повышать практически неограниченно.

Если поступить умнее и сделать провод ленточным, развернув торец к Солнцу (и для пущей эффективности тоже покрыв его ультрабелым материалом), то можно снижать температуру практически вплоть до фоновой. Так, если толщина провода у нас 200 нм (столько у современных сверхпроводящих тонких плёнок), то при площади поперечного сечения провода в 1 мм², его ширина составит 5 метров, а соотношение площади обращённого к Солнцу ребра и боковой излучающей поверхности составит 1/50 000 000. Это снизит температуру ещё в 84 раза.
Но лучший вариант – это прикрыться теневым щитом, типа этого или этого. Это ПОЛНОСТЬЮ устранит проблему нагрева Солнцем и позволит поддерживать криогенную температуру провода даже вблизи Солнца, не то что за гелиопаузой, без лишних проблем. При этом функция парасоля может быть лишь побочной для щита Уиппла, а малая площадь миделевого сечения ленточного провода позволит обойтись пренебрижимо малой массой теневого/пылевого/радиационного щита.


(картинка странная – парасоль должен быть тонкой крестовиной, прикрывающей провод, а не здоровенным полотнищем, но пусть будет)

Что же касается фоновой температуры, то температура микроволнового фона, как известно, составляет 2,72548 K°. Но есть ещё звёздный свет.
При светимости Млечного Пути в 20 миллиардов светимостей солнца и его диаметре в зеттаметр, у звёздного света среднегалактическая плотность энергии составляет:
(2×10^(10)×3,827×10^(26))÷((0,5×10^(21))^(2)×π×2)=0,0000048727 ватт на квадратный метр, что эквивалентно температуре АЧТ в 3 K°. Больше быть не может, иначе бы галактика сияла значительно ярче (при 20 K° – почти в две тысячи раз). Если прибавить к этому микроволновый фон, чья энергия составляет (5,670367×10^(−8)×2,72548^(4)) 3,1288 микроватта на квадратный метр, то мы получим плотность энергии:
0,0000048727+0,0000031288=0,000008 ватт и, соответственно, температуру АЧТ в 3,447 K°.

Аналогичную температуру (3,5 K°), путём иного, но схожего расчёта, получил Спитцер в Physical Processes in the Interstellar Medium.
А в работе Probing Oort Clouds around Milky Way Stars with CMB Surveys насчитали для объектов облака Оорта (которые, помимо звёздного света и реликтового излучения ещё и Солнце греет, хоть и не так сильно, как койпероиды или объекты внутренней системы) температуру 10 K°, при этом учитавалось фоновое излучение звёзд и реликтовое излучения, свет Солнца и радиоактивный распад. Температуру фона (реликтовое излучение + галактический свет) приняли как 3,5K.
Аналогичная оценка фоновой температуры в 3,5 K° есть в An IRAS search for Extra-Solar Oort Clouds.
Также существуют оценки температуры объектов облака Оорта в 5 K°.
Но, надо заметить, даже если бы фоновая температура АЧТ для звёздного света составляла 20 K° (такое может иметь место, например, в ядре галактики или в шаровом скоплении, где освещённость значительно выше среднегалактической), мы всё равно смогли бы поддерживать температуру максимум в 5 K° чисто пассивным образом – за счёт упомянутых ультрабелых покрытий с высокой эмиссивностью. Потому что звёзды НЕ находятся в термодинамическом равновесии с остальной вселенной, а провод не обязан, да и не может быть абсолютно чёрным телом.

Хотя да, РОВНО 2,7 K° мы нигде (ну, кроме Туманности Бумеранг и окрестностей чёрных дыр) не найдём.

[alex_semenov]

Моя интуиция мне подсказывает, что никакое отражающее покрытие нас не спасёт.
Если окружающий нас фон, пусть 15 К, то никакое покрытие не позволит получить под ним 3К, иначе бы это означало что тепловая энергия как-то самопроизвольно перетекла от холодного к горячему...
Да, мы могли бы конечно предварительно охладить (пока провод намотан на барабаны), принудительно...
Но всё равно хороший экран ЗАМЕДЛЯЕТ нагревание скрытого под ним но никак не прекращает.

Так что...
Но кстати. А так ли невозможна система охлаждения? Надо просто посчитать. Лучший способ охлаждать тут - сублимация. То есть испарять некоторое вещество. Скажем, твёрдый водород.... 5 К сублимацией водорода поддерживать можно. Вопрос - как долго и какой ценой в смысле расхода-сублимации скольких килограмм твёрдого водорода?

[PostAlien]

Моя интуиция мне подсказывает, что никакое отражающее покрытие нас не спасёт.
Если окружающий нас фон, пусть 15 К, то никакое покрытие не позволит получить под ним 3К, иначе бы это означало что тепловая энергия как-то самопроизвольно перетекла от холодного к горячему...

Я, возможно, немного путанно изъяснялся (но что поделаешь). Даже если ИНТЕНСИВНОСТИ звёздного света достаточно, чтобы нагреть АБСОЛЮТНО ЧЁРНОЕ ТЕЛО (или просто чёрное) до 15K – это ещё не значит, что тело НЕ являющиеся АЧТ нагреется до той же температуры. Закон Кирхгофа устанавливает строго определённое соотношение рефрактности и эмиссивности для одних и тех же частот. Но звёздный свет имеет температуру в 3000 – 6000. Пик излучения по Вину 0,5 – 1 мкм. А излучаем мы при температуре явно не больше 15K. В основном излучение приходится на на порядки более длинные волны. Вы можете иметь почти идеальную зеркальность для микронного излучения и почти идеальную черноту для миллиметрового. Закон Кирхгофа это не нарушает. Более того – из звёздного света даже можно извлекать полезную работу. Удивительный факт, не правда ли? Это потому, что звёзды НЕ НАХОДЯТСЯ в термодинамическом равновесии с окружающей средой. Вот если бы у нас реликтовый фон имел температуру в 15K – тогда да, у нас проблемы. Или если бы звёзды имели температуру 15K (и тогда бы мы не существовали).

[PostAlien]

Впрочем, о чём я? ПРОЧТИТЕ ТЕ СТАТЬИ, КОТОРЫЕ Я ПРИВЁЛ!!! Желательно все. Я зачем на них ссылался?! Даже гиперссылки на удобные текстовые файлы привёл. Они, конечно, более сосредоточены на практических аспектах, но теория там тоже есть.
Там их предлагают использовать, чтобы охлаждать здания в дневное время (и это не какая-то новая или тем более маргинальная идея). Комнатная температура на земле в двадцать раз ниже температуры на Солнце. За счёт этого работает фотосинтез и солнечные батареи. И за счёт этого они могут отражать почти весь солнечный свет (ближний инфракрасный, ультрафиолетовый, видимый) и при этом очень хорошо излучать в среднем инфракрасном (который, по удаче, находится в окне прозрачности атмосферы). Конечно, так как здесь, на Земле, помимо излучения есть ещё конвенция и теплопроводность, их эффективность не настолько высока, как будет в глубоком космосе. Но даже так они очень перспективны

[Vavanzer]

иначе бы это означало что тепловая энергия как-то самопроизвольно перетекла от холодного к горячему...

Ну в ясную ночь что то подобное происходит! Предметы, в тч и телескопы могут охлаждаться на 2-3° ниже температуры воздуха. За счет излучения.
Правдаа в жтом случае, с 2,7К, у нас тоже повсюду излучение, но, вопрос, какова его плотность, интенсивность?
Мож получится так что открытый "всем космическим ветрам" источник будет иметь температуру 2,71К, к примеру, или 2,72К )))) Чуть чуть недоохлаждаться!

Моя интуиция мне подсказывает, что никакое отражающее покрытие нас не спасёт.

Кстати, да, телескоп Уэбба оч даже спасает!

[PostAlien]

Если окружающий нас фон, пусть 15 К

Но, конечно, звёздный свет не имеет нужной интенсивности. Ну нет в галактике СТОЛЬКО света. Если бы на квадратный метр (в среднем по галактике, но мы скорее в холодной её области, чем в горячей) приходилось больше 5 микроватт, то она, очевидно, светилась бы значительно ярче. А светимость Млечного Пути хорошо известна.

[PostAlien]

И авторитетные источники подтверждают мою точку зрения. У меня расчёты с точностью до процентов совпадают. 3,5 K° там.

[PostAlien]

Но кстати. А так ли невозможна система охлаждения? Надо просто посчитать

Но да, посчитать надо.

[PostAlien]

А для защиты от света одной конкретной звезды, к которой мы приблизились, даже не нужно выскоотрающих покрытий. Если у вас провод, скажем, миллиметр толщиной (хотя разумно его сделать тоньше), то подвесив на расстоянии 1 метр от него плёнку теневого щита (такой же ширины), пусть абсолютно чёрную, хотя разумно её сделать (ультра)белой, мы снизим интенсивность падающего на провод света в 2 000 раз. Потому что, хотя лента поглощает весь падающий на неё свет, а затем переизлучает его, она излучает его диффузно. Половина вообще улетает в направлении, противоположном от провода, а остальное ослабляется в соответствии с законом обратный квадратов. Собственно, я давал ссылки на теневые щиты Уэбба и Parker Solar'а, работающие по схожему принципу.

[Vavanzer]

Половина вообще улетает в направлении, противоположном от провода, а остальное ослабляется в соответствии с законом обратный квадратов. Собственно, я давал ссылки на теневые щиты Уэбба и Parker Solar'а, работающие по схожему принципу.

  Их несколько делали. 4 штуки у Уэбба. В итоге до задней пленки какие то там считанные кельвины приходят, при исходном потоке на переднюю под 500вт/м2.

Вопрос в другом. А на сколько греется сверхпроводник? Есть ли по этой теме данные? Мож там остаточные эффекты от плотного электронного потока ненулевые. И при пассивном теневом охлаждении у него пропускная способность меньше (тк чуть ток превысит,  температура подрастет и это уже не сверхпроводник, а фейрверк), чем при активном жидкостно-газовом.

[PostAlien]

Половина вообще улетает в направлении, противоположном от провода, а остальное ослабляется в соответствии с законом обратный квадратов. Собственно, я давал ссылки на теневые щиты Уэбба и Parker Solar'а, работающие по схожему принципу.

  Их несколько делали. 4 штуки у Уэбба. В итоге до задней пленки какие то там считанные кельвины приходят, при исходном потоке на переднюю под 500вт/м2.

Да.

[alex_semenov]

Мне нравится как он громит антиматерию и особенно - пузырь Алькубъери. Ну и "неоткрытую физику" за одно гнобит...
Этим Штерн особенно ценен!

А в чем ценность?

Потому что люди, увы, на 90% принимают сказанное потому что, КТО говорит (авторитет?), и лишь на 10% - ЧТО говорят.
У Штерна - авторитет.
Если я могу сколько угодно выводить "деклорацию Штерна" - это крик вопиющего в пустыне.
-А Штерн - голова!
-А Маргинштерн?
-Жо-Па! (ничего что я по-французЬский, пардон?)
 

Если кто-то хочет заниматься антиматерией и особенно пузырем Алькубъери, "неоткрытой физикой"  - почему нет?

Да потому что это блажь и расход  на негодное последние жалкие остатки юных горящих умов!
Кип Торн конечно красавец. Но фильм по его мотивам "Интерстеллар" я просто ненавижу.
Во-первых ключ поиска "Interstellar" во всех поисковиках теперь просто убит (загажен ссылками на фильм)
Во-вторых фильм, контекст, фон  направил на ДРЯННУЮ идею остатки юных мозгов и отроческих вожделений.
Они теперь только о чёрных дырах и кротовых норах и мечтают. Мало нам этой сверхсветовой дури в космооперах было?
Ну как так можно гадить?
Обычное же дело! Не хитрое! Мозги свернуть неокрепшие набекрень одним сеансом. Меня в юности ударила по неокрепшей башке дилогия-сказка "Москва-Кассиопея" и "Отроки во вселенной". Старый уже, а до сих пор в голове звенит... Правильная, надо сказать, сказка. Взрослая хотя и для детей (сейчас наоборот для взрослых детские сказки лепят). Правильней была только "Тайна железной двери" и "Приключения желтого чемоданчика"...

В общем. Штерн, в силу научного авторитета, веса, сеет доброе, мудрое, вечное.
Если говорить В ЦЕЛОМ.
Хотя и по деталям я с ним на 2/3 согласен ("" - вообще прекрасен! В гранит!!!)

Бог с ней, с горячей... По-моему, там концептуальная несостоятельность. Что он делает с отработавшими твэлами?

Твелы - это для вас концептуально?
 
Он их ВДВИГАЕТ в активную зону  постепенно-медленно с двух сторон...



Здесь 7 -  сам ректор, 8 - крылья бабочки - радиаторы. 6  - 5-и километровые пучки стержней из чистого U-235 (или его оксида). Каждый из пучков - докритичен. Но в реакторе они встречаются (объемная плотность удваивается) и возникает критическая масса.
При этом в любом сечении встречных пучков количество уже перегоревшего и свежего топлива получается ОДИНАКОВОЕ...
Улавливаете идею? Насколько я могу судить, это чисто идея Штерна. Должен сказать очень умная. В "Ковчеге" сам Штерн очень хвалит ее через героя, предложившего ее.

Я даже придумал как сделать что бы они САМИ СОБОЙ медленно ползли используя тепловое расширение металла...



Что с ними дальше? Так они же сгорают. Дотла. в продукты деления. В шлак и газ. Пухнут и в конце пути (на противоположной стенке реактора?) либо рассыпаюся в пепел либо как-то дополнительно утилизируются. Температура там на грани плаления, так что не думаю, что непрерывная утилизация отработки  будет сложно организовать. Стержни же - чистый ОРУЖЕЙНЫЙ уран-235 (ну может быть оксид урана, разница невелика). Без циркониевых всяких стаканов-оболочек. Именно продукты деления Штерн и собирался отбрасывать через чудо-юдо-магнито-гидро-динамический-квазичёрнодырочный двигатель.
Потом он вернулся к обычным ионникам. Там есть что обсудить и исправить, но не суть.
Главное. "Отработаную" часть длинного стержня (изначально каждый 7 км!) он непрерывно утилизирует. Там же в реакторе. В рабочее тело. Мысль у него была и остаётся такая. Старая (еще от Шепарда 1952-го года) стрёмная (масса проблем) и главное, не совсем и нужная в его случае, если всё начать считать СНАЧАЛА и с нужного конца. У него все начальные параметры (кроме, как не странно, случайно правильно совпавшей массой урана-235) - взяты во-первых с потолка, во вторых НЕВЕРНО.
Но не суть...
В главном, идеологически Штерн - абсолютно прав!
 

Надо бы проверить все его расчеты, но мне некогда, а больше некому.

Разумеется!
"Если ни я, то кто?" (с)
Как это будет на латыни?
Si non me, quis ergo?
Так?

Кстати, Штер искал (говорил публично что хорошо бы найти) себе хорошего реакторщика в соавторы серьезного труда на тему его ковчега.

[Rattus]

мы всё равно смогли бы поддерживать температуру максимум в 5 K° чисто пассивным образом

Это всё замечательно, но возникает вопрос - за какое время вы пассивно охладите тело до такой температуры?
Впрочем и это не так уж важно - в конце концов после развертывания системы к началу её работы можно охладить и активно, раз потратив хладагент. Важно другое: охлждаемое тело - сверхпроводник - деталь механизмов звездолёта, имеющего весьма энергорассеивающий двигатель. И двигатель этот - далеко не в 100 и даже не в 1 астрономической единице находится. Вы точно сможете легко и непринуждённо теплоизолировать его - не только по вакууму - но и по контактам деталей от нагрева двигателем - настолько, что об этом даже упоминать нет смысла?
Это ведь не лабораторная установка, где исследуемый пассивный объект можно подвесить в почти любых сферовакуумных условиях, а деталь конкретного сложного и очень энергоёмкого механизма, с ним тесно связанная.

телескоп Уэбба оч даже спасает!

У JWST: 1) температура не 5, а 50 K; 2) двигательная установка - не мегагигатераваттного класса.

[alex_semenov]

Вы точно сможете легко и непринуждённо теплоизолировать его - не только по вакууму - но и по контактам деталей от нагрева двигателем - настолько, что об этом даже упоминать нет смысла?

А при работающем парашюте,  двигатель (если он вообще есть), какой бы он ни был - молчит. Не работает. Он - холодный.

Кстати. А вот бортовой источник питания.... Какой-ни-какой, но будет. И он будет включен. Именно он станет, таки, "близким источником излучения" (очень яркой звездой и тут точно 20 К уже будет!)... гм... да... Так что да, правильный вопрос!
Кстати. Еще одним источником излучения (синхротнонного - точно) может быть сама магнитосфера магнитного пузыря. Я подозреваю там может быть красивое такое "северное сияние" местами...

[Rattus]

Он - холодный.

Через сколько тысяч или миллионов лет он остынет до десятка кельвин? А то может посчитаем-прослезимся, когда окажется, что "поручик, Ваша дама уже давно ушла!"

Ну как так можно гадить?

Физикам-теоретикам PR их области тоже нужен, чтобы кушать хлебушек с маслом... Тем более что он гораздо легче реализуется: все эти искривления пространства-времени, горизонты событий и сингулярности изначально обладают большим ореолом привлекающей таинственности для зрителя со стороны, и только хорошо разобравшиеся в астрофизике знают, что чёрные дыры - одни из самых скучных объектов в реальной вселенной.

[alex_semenov]

Через сколько тысяч или миллионов лет он остынет до десятка кельвин?

Да прям таки тысячи лет! "Не верю!" (с)
В конце концов, той же сублимацией можно что угодно быстро остудить. Ну если да, возникнет вопрос. Хотя я бы всё же ставил на сверхпроводимость при более высокой температуре... То есть ставил бы на парашют со "средними" тормозными показателями, для ПРИТОРМАЖИВАНИЯ, а не с рекордными (тормозить до конца, до скорости уже солнечного ветра и там уже на нём...)