Двигатель для межзвёздных перелётов

[Dvd]

О таком и мечтать рано, тот же VASIMR два десятилетия не могут доделать.

[cryon]

Однако, пренебречь массой аблирующего материала невозможно. В самом деле, пусть внутренняя поверхность пушера покрыта углеродом — это вещество с одной из самых высоких теплотой парообразования 50 МДж/кг, поэтому используется в тепловой защите боеголовок МБР. Тогда для поглощения 10% от половины энергии взрыва в 1 Мт (вторая половина удаляется от пушера), что составляет 2\cdot 10^{14} Дж, потребуется свыше 4 000 тонн углерода. И это — только на один взрыв из 300 тысяч ! Таким образом, абляционная теплозащита в данном концепте не работает.

В этой статье говорится о том что скорость вещества составит 1000 км в сек, я предполагал 2000 км в сек, что в итоге говорит о том что реактор фотоэлемент все же предпочтительнее так как кпд бомболета улетает вниз.
По фотоэлементам пока созданы для космоса с весом на поверхность в 1 кг на квадратный метр, я же предполагаю 140 грамм на квадратный метр - вполне достижимо.

[alex_semenov]

Еще раз. Я не вижу повода противопоставлять хорошо спроектированный многоступенчатый ионный ЗОНД  с термофотореактором (надо еще разбираться и разбираться) термоядерному ВЗРЫВОЛЁТУ. Просто потому что у ЗОНДА Еслистратова, самая большая по массе полезная нагрузка, какую я могу представить, это 30 тонн. И это уже страртующий от Земли 40 000 монстр (и как проектировать реакторы для первой ступени - это большая проблема).  Более-менее разумная полезная нагрузка для такого перелётного корабля - от 300 кг до 3 т.
Для бомболёта. Напротив. Он плохо масштабируется вниз от миллионов, сотен тысяч тонн на старте. Зеркало (назовём это так) для отражения взрывов мегатонных термоядерных бомб (на других мы к звёздам не улетим) будет иметь диаметр ориентировочно в пол километра - МИНИМУМ. Это значит что масса такого корабля (минимальная ступень) даже в случае ажурной "медузы" будет не мнее 10 000 тонн и видимо, нижний предел полезной нагрузки для такого корабля 1000 тонн (в самом фантастическом случае, если мы уменьшим бомбы до десятков килотонн за счёт идей Винтенберга). Меньше такой корабль никак не сделать. То есть, даже по массе полезной нагрузки эти КОНЦЕПЦИИ никак не пересекаются и не конкурируют.

[Иван Моисеев]

термофотореактором

Что это?

[alex_semenov]

http://extremal-mechanics.org/archives/12256

Оттуда же

  Второй из двух дизайнов (ablative) был более компактным: размер пушера ~1 км (в статье он не указан) и масса корабля 150 тыс. тонн + 300 тыс. термоядерных бомб, каждая с массой в 1 тонну и выходом 1 Мт. Он обещал скорость звездной миссии 10 000 км/сек, за 10 дней разгона при среднем ускорении 1 g. Дайсон исходил из возможности использовать идеальное покрытие пушера, которое имело бы пренебрежимо малую массу и частично испарялось при каждом взрыве, тем самым избавляясь от тепла. Сегодня абляционный принцип космического движения активно изучается (см. http://extremal-mechanics.org/archives/7455), но Дайсон пренебрег массой испаряющегося вещества, поэтому его вклад в тягу был ничтожным. В этом концепте абляция — лишь эффективный способ охлаждения.

То что бомбы в ablative дизайне будут в 1 тонну - верно (это легко высчитать), а вто то, что они будут в 1 Мт - АБСОЛЮТНО НЕВЕРНО в этой статье. 1 Мт Дайсон закладывал для консервативного дизайна. Для этого же мы можем оценить энергию каждой бомы так.
Корабль ablative дизайна с Z=3 ( на одну массу пустой ракеты приходится 3 массы бомб), то есть R=Z+1=4, разгоняется до 10 000 км/с (торможение в статье "Межзвездный транспорт" 1968 года не предусматривается). То есть, по формуле Циолковского, приведённая (идеальная) скорость истечения такой ракеты ОБЯЗАНА БЫТЬ:

u = 10 000/Ln(4) = 7213475,204 ~  7 213 км/с

Мы знаем, что масса бомбы 1000 кг. Рассмотрим предельную идеализацию. Если бы вся энергия от взрыва бомбы превращалась в ПОЛЕЗНУЮ направленную кинетическую энергию массы бомбы как ракетной массы энергия единичного взрыва должна быть:

Q=K = 1000*7213475²/2  =2,60171E+16 Дж = 6,21 Мегатонна

Это - единичный взрыв!
Отмечу, что это очень близко (почти идеально совпадает) к знаменитому "пределу Тейлора". То есть, утверждению Тейлора (1987 год), что термоядерную бомбу нельзя сделать более энергетически плотной чем 6 кт/кг (в силу предела эффективности выгорания топлива бомбы схемы деление-синтез-деление). Но как выяснилось недавно технология Ripple 1962 года позволяет превысить этот "устаревший" предел в 2 (а по оптимистическим оценкам и в 3) раза.
Я подозреваю что в 1968 году Дайсон знал и о "пределе Тейлора" (наметившимся уже к 1960-му году) и об прорывном эксперименте Ripple, поэтому С ЧИСТЫМ СЕРДЦЕМ заявил в статье, что какой калорийности может быть термоядерная бомба он не знает (я долго ломал голову, зачем Дайсону ВРАТЬ в статье, что он не знает какая калорийность сгорания термоядерных бомб возможна? Да, он после Ripple не знал, никто не знал, насколько калорийной может быть "чистая" термоядерная бомба. Предел Тейлора касался старых, "грязных" дизайнов бомб, которые и остаются основными в ядерных арсеналах мира. Но предел для "замороженной" технологии ripple - неясен, ясно что 6 кт/кг  - это не предел, а где-то "середина" возможного).
Конечно, полученные тут ~ 6 Мегатонн один взрыв - это невозможная идеализация. Любой двигатель будет иметь некое "несовершенство". Не вдаваясь в подробности, насколько совершенной  может быть тепловая эффективность двигателя "ablative дизайн" предположим, что в идеале он может приближаться к эффективности современных ЖРД, то есть 0,6-0,7 (60-70%). То есть, единичный взрыв обязан быть 6,21/0,6 = 10,35 Мт.

Итого. Каждая 1 тонная бомба ablative дизайна ОБЯЗАНА выдать 10 Мт в каждом взрыве. Не 1 Мт а на порядок больше 10 Мт! Иначе (даже в самом оптимистическом случае) мы не разгоним ablative дизайна  до заявленной в статье Дайсоном скорости. Это настолько очевидно, что не требует никакого обсуждения. (кстати отсюда, зная и массу запланированного Дайсоном для этого корабля дейтерия, можно посчитать процент выгорания, он предполагался порядка 1/3, что очень небольшое значение, но типичное для любых термоядерных ступеней на 1960 год).
10 Мт - каждый взрыв - круто? Отож! Я сам охреневал, когда в первый раз посчитал.
 
Лох ли был Дайсон когда заявлял такую скорость? Сам он не посчитал? Не думаю. Всё у них было детально и тщательно посчитано. Это мы - лохи, думаем что Дайсон был лохом. Мы просто не понимаем ЗАСЕКРЕЧЕННЫХ деталей проекта "Орион".


Общепринято считать, что Дайсон был ПОВЕРХНОСТНЫМ ФАНТАЗЁРОМ. Мол, выдумал невозможный звездолёт.
Я считаю такой взгляд - глупейшим. Неоправданным.
Это мы - не достаточно глубокие аналитики! Мы слишком неверно и наивно представляем себе работу двигателя межзвездного бомболёта, которая на 3/4 - была засекречена в силу ОРГАНИЧЕСКОЙ связи с ключевыми секретами работы термоядерного оружия.
 

термофотореактором

Что это?

Да это то, что проталкивает тут Елистратов (cryon). Моя версия этого чуда (он упрорно рисует "камбалу" а я упорно рисую "трубу"):



Разогретый до ~3000 К ядерный реактор светит в основном в инфракрасном свете. Этакая лампочка накаливания. Прозрачный (кварцевый?) фильтр пропускает наружу часть инфракрасного  излучения (остальное остаётся "в лампе"), а полупрозрачный (Бреггевский) экран-зеркало (у меня хитрой формы, что бы обеспечить лучшее освещение двух цилиндров с фотоэлементами на рисунке, но лучше бы их сделать конусами строго по тени радиационных экранов), перенаправляет другую полосу излучения на термо-ФОТОЭЛЕМЕНТЫ (а лишнее улетает в космос как плата второму началу термодинамики, ну и то что фотоэлементы не превратят в ток, тоже превратится в тепловое излучение и улетит в космос). Настроенные на "вырезанное" такой двойной оптикой полосу излучения фотоэлементы поглащают (сколько смогут) этот свет. В силу того что это инфракрасный спектр (надо погружаться в физику твёрдого тела) и полоса излучения, попадающая на фотоэлементы уже как бы оптимально вырезана, есть надежда преобразовать этот поток с очень высоким КПД (под 80% и даже выше) в электрический ток. 80% это не общий КПД, а КПД преобразования отфильтрованного света в ток. Улавливаете?
Второе начало термодинамики тут не обижено. Просто оптика (фильт и зеркала) "вырезают" полосу полезного излучения из всего излучения, то есть остальное излучение летит себе в космос как потерянная тепловая энергия и закон Карно не страдает.  В итоге может 50-60% КПД всей системы и можно получить (это - очень круто!) Ну и главное. Можно рассчитывать на высокую удельную мощность всей системы (при этом никаких движущихся частей).
Самая большая тут проблема - раскалённая до 3000 К "лампа"-реактор. Как обеспечить ей десятилетия и столетия работы?  Поверхность раскалённых стержней будет  очень быстро испаряться в вакууме! Но есть надежда использлвать механизм "галогенной" лампы. Замкнуть цикл испарений поверхности так, что испарившийся металл будет оседать обратно на испаряющую поверхность...



Для вольфрам это работает в галогеновых лампах достаточно хорошо. Если покрыть урановые стержни тонким слоем вольфрама, то он по-идее в такой галогеновой среде будет циркулитовать от прозрачной стенки-фильтра к стержням (можно даже регулировать его содержание в этой "колбе")
В общем, идея интересная. И по-идее можно получить на ней высокую удельную мощность всей ракеты под 1000 если не под 2000 ватт/кг. А вместе с многоступенчатостью (Елистратов предлагал аж 8 ступеней тут!)...


... это открывает неплохие возможности для ПЕРЕЛЁТА между ближайшими звёздами для обычного ионного двигателя.
До А-центавры мы могли бы добраться за пол тысячелетия, если бы получили удельную мощность для каждой ступени 2200 ватт/кг.



Хотя полезная нагрузка у такого зонда получается мизерная.

[alex_semenov]

Я нашёл фрагмент книги, он был в главе про

Почему фрагмент? Книга (спасибо хозяину сайта) целяком выложена у Хлынина. Прямая ссыка на скачивание ее.
https://epizodsspace.airbase.ru/bibl/inostr-yazyki/orion/Dyson_Project_Orion_2002.pdf

Алекс, я так и не смог посчитать абляцию плиты бомболета, так как физика плазмы вещь сложная а у Дайсона нет точной инфы -прикидки -
Самое главное расчетом на миллион 100 килотонных боеголовок, которые дают дельта ве 10 000 км в сек, что больше чем у реактор-фотоэлемента, внести ясность в вопрос абляции плиты. Какой массы и диаметра плита для этого нужна? Плита я так понимаю углеродная т.е. 2 к джоуля теплоемкости до 3000 К. Энергия на плите 130 тераджоулей большая часть которых переходит сразу в импульс плиты но часть в температуре плазмы переходит в температуру плиты. 10 000 тонн плита получается по теплоемкости? А выбивание атомов плиты плазмой?
Что скажите?

Скажу, что если бы Дайсон и его команда считали свой взыволёт и абляцию ТАК КАК ВСЕ ТУТ ЕЁ СЧИТАЮТ, то они бы его (взрыволёт) даже не начинали проектировать в 1958 году.
Вы считаете себя умней их?
Не думаю!
Но огромное число людей в сети упорно пытаются доказать что Дайсон, Тейлор и его команда была банда недоучек из подворотни.
Меня это просто поражает!
Хотя сначала я тоже эту концепцию разделял (ибо сам считал всё на пальцах как вы). Потом меня это удивляло (как много неглупых людей считают себя умнее Дайсона) и теперь меня это предельно злит.
Абляцию нельзя посчитать "на пальцах".
Из книги Джорджа Дайсона достоверно известно что сам Дайсон (который писал формулы из головы ничего не исправляя набело, что изумляло наблюдающих за ним) на проблему абляции плиты потратил... НЕДЕЛЮ!  То есть он в этой проблеме "ЗАСТРЯЛ".
Это была "недетская" проблема!
То что мы тут считаем на бумаге, он считал в уме! Но абляция - вопрос, который его заставил сильно задуматься. Более того. Известно, что проблема абляции была долго для него "коньком" в теоретической физике. Известно из книги Джорджа Дайсона, что абляция напрямую связана с проблемой прозрачности-непорозрачности плазмы (в момент максимального сжатия той на плите). Если плазма будет в этот момент прозрачной, то абляция будет чудовищной (а столконовение плазмы с плитой будет НЕУПРУГИМ), если плазма будет непрозрачной - абляция будет незначительнй (а плазма отразится от плиты почти идеально как свет от зеркала).
Позже Дайсон написал статью про прозрачность-непрозрачность плазмы которая  есть в сети (я нашёл ее). Там есть его выкладки. К этой теме обращалась масса народу (в связи с астрофизикой, звёздами и т.д.) и не вдаваясь даже в выкладки статьи видно, что Дайсон там оспаривает некоторые выводы других авторов (уточняет в своей статье их выводы и выкладки). То есть тема уточнения прозрачности-непрозрачности плазмы (это кстати впритык к квантовой электородинамике на которой Дайсон и стал очевидным гением) - очень глубокая тема для самых крутых физиков.
Таким образом, я считаю,  что никто в мире лучше Дайсона не понимал проблему абляции плиты и отражения плазмы от плиты взрыволёта.
Он не был поверхностным лохом. Это мы - лохи. А он - самый большйо спец в этом деле когда-либо существоваший на планете Земля.

Более того. В 1971-1972 годах появляется ряд статей, вызванных, видимо, статьёй Дайсона 1968 года "Межзвездный транспорт" в которой придирчиво анализировалась динамика взрыволёта с плитой. Статья есть в сети. Все выкладки. Там предполагался изотропный разлёт плазмы (автомодальная модель разлёта плазмы) чистого термоядерного взрыва (в духе "Дедал") и физики из NASA "доказали" на своей модели что абляция плиты будет ЧУДОВИЩНО БОЛЬШОЙ. Отсюда (с 1970х годов) и существует ЛЕГЕНДА об чудовищной абляции, которая ходит до сих пор.
Но их модель - НЕВЕРНАЯ. В самом корне неверная (в рамках модели - всё верно, но сама модель не отражает то, как работал взрыволёт "Орион")
Мало того что они изначально там заложили 50% прозрачность плазмы (они тупо это заложили не вникая в детали, взяв просто "и нашим и вашим"). Они заложили совершенно неверную динамику работы самого двигателя в результате чего они получили ЧУДОВИЩНО ДОЛГОЕ взаимодействие плазмы с плитой.
Итог?
Во-первых они получили чудовищно смешной удельный импульс. Даже заложив высокую анизотропность взрыва (модель всё равно кривая!) они получили для чистого дейтерия (не бомб! предполагалось что некий внешний драйвер зажжёт каплю чистого дейтерия) что-то 450 км/с скорость истечения (удельный импульс) как максимальный предел для "тупо плиты". То есть "плиту" Дайсона они похерили (в итоге появились многочисленные проекты магнитных зеркал).
Во-вторых они получили чудовищно высокую абляцию плиты. Невозможно высокую. По-сути поставит крест на идее которую так популяризировал Дайсон.
В итоге, уже у того же Бурдакова (который следил за всеми публикациями) в середине 1970х годов, вскользь приводится "обновлённая" концепция взрыволёта, которая была уже "чисто абляционной" с мизерной "межпланетной" скоростью истечения (в сравнении с тем что предполагал Дайсон). Такой привод оказывался годным разве что для межпланетных перелётов (по сути они свели схему к взрыволётам в духе Коула 1960го года).
С тех пор всё так и тянется. По-сути намёк Дайсона на "абляцию" всеми был понят кретински-неверно!
Остаётся неясным, кому нужно было так ТОПИТЬ концепцию? Я подозреваю что от части это была маленькая "месть" NASA Дайсону за то что он очень низко оценил из лучший результат - "Сатурн-5" в самом начале своей статьи 1968. И они явно приложили максимум стараний чтобы показать что его толкающая плита - полный отстой. Не улететь на ней к звёздам! Исследование явно хотело уесть Дайсона! Мне так увиделось.
Тем интересней, что сам Дайсон, наверняка хотя бы мельком видел эту работу но... не стал спорить. Нет его реакции на это. Мне  - не известно ничего.
Догадываюсь почему.
Во-первых даже в статье 1968-го он сказал БОЛЬШЕ (я думаю) чем имел право сказать. Он там оставил массу намёков (которые все читатели и тогда и теперь пропустили или поняли неверно) с потенциалом явной утечки ядерных секретов (сейчас когда эти секреты уже рассекречены это легче увидеть). Умному- достаточно. Но умного не нашлось. Напротив. Нашлась масса туповатых (не уловивших намёков) критиков. Начни он спорить с NASA тогда (когда еще ничего не рассекречено) и указывать им на ошибки моделирования - он бы вышел на раскрытие ядерных секретов, чего он как носитель ядерных секретов не мог себе позволить. То есть указать на возможность формирования в процессе взрыва бомбы термоядерной струи плазмы как единой  ГИДРОДИНАМИЧЕСКИ наплавленной "жидкости" со скоростью потока-истечения u, а не больцмановский разлёт шара плазмы с разными скоростями отдельных частиц (со всеми вытекающими из этого потерями), что и предполагала модель NASA. Во-вторых есть подозрение, что Дайсон к тому времени просто решил сменить направление усилий-интереса (от части потому, что увидел неожиданно-плохую реакцию на свою статью 1968-го года). Он не оказался от звездолётов (и колонизации звёзд) вообще. Он просто перешёл к радио- и лазерным парусам в духе Форварда с которым подружился (идеи которым он до смерти остался верен). Возможно поэтому я не могу найти ни единого его высказывания или какой-либо реакции на проект его соотечественников-британцев "Дедал". Ведь подумайте. Удивительно! Дайсон был по-сути отцом-родоначальником идеи взрыволёта (его идея и натолкнула Алена Бонда на идею взрыволёта), которая в итоге переросла в "Дедал", проект который занял заметную часть 70х годов и проходил с большим шумом и помпой (просто полистайте JBIS и близкие журналы той поры)! Как могло случится, что по поводу "Делала" было так много хайпа в  1970, начале 1980х, но Дайсон (который по-прежнему пишет в это время и о покорении звёзд в том числе) тупо ИГНОРИРУЕТ этот проект?
Мне не известно ни единого высказывания его по поводу "Дедала".
Если кто-то даст мне ссылку хоть на одно беглое замечание Дайсона о проекте "Дедал" я ему буду очень благодарен! Я ничего не могу найти!
Мне не попалось ни слова!!! Ни "за" ни "против". Для Дайсона как будто этого шумного проекта ... не существует!
Что вообще говоря - поразительно! Еще одна загадка!
Дайсон в 1978 (как раз отчёт о "Дедале" становится общедоступным, хотя его части уже по-сути печатаются в JBIS с 1973 по 1978 ) пишет свой знаменитую книгу "Тревожа Вселенную", где он говорит о развитии идей звездоплавания и о самых последних, новых концепций космической тяги (которые приходят на смену их "немирной" идеи бомболёта) выставляет наперёд... проект солнечного паруса ("Гелиогиро"). Он сокрушается что проект зарезали и не направили к комете Галея. Мол, NASA как тогда в 1960-м были туебнями (не приняли их передовую идею и взялись за "тупиковые" ЖРД-ракеты фон Брауна вместо их взрыволёта) так и теперь тупят (тупые бюрократы) и не хотят заниматься гениальной идеей солнечных парусов.
О взрыволёте британцев "Дедал" (на "чистых бомбах", дйтерий- гелий-3, к которым он так долго рвался!) - нет и намёка! Ни слова похвалы!
Почему?
У меня есть подозрение, что Дайсон (как человек погружённый в тайны ядерного оружия) уже тогда понимал что это направление - тупиковое. А ведь оно действительно выглядит сейчас очень сомнительно (куда сомнительный чем в начале).

[Иван Моисеев]

Хотя полезная нагрузка у такого зонда получается мизерная.

Мда. Т.е., берется ЭРД с ядерным реактором (типа печально известного "Зевса") и традиционный преобразователь тепла в электроэнергию заменяется фотоэлементами?
А почему раньше никто не догадался до такого?
Потому как все тепло уйдет в гудок.

[alex_semenov]

Какой массы и диаметра плита для этого нужна?

На этот вопрос ответить легко. Во-первых масса. Есть чёткое указание Дайсона что масса плиты должна быть СОПОСТОВИМА (кратна) массе звездолёта (хотя бы пустого) из чисто механических соображений. Тут не было никаких тайн. Это была элементарная механика, обсуждению которой он с удовольствием и придавался в конце статьи "Межзвездный транспорт" и из сделалнных им выкладок-обобщений просто ясно следует что масса плиты должна составлять 1/3 массы импульсно-лимитированного ПУСТОГО ЗВЕЗДОЛЁТА. Именно из-за импульсного лимита. Если вы хотите ускоряться с 1g (как для звездолёта это не просто круто, это запредельно крутое ускорение!) вам нужна достаточно массивная плита просто из соображений элементарной механики. Чем меньше будет масса плиты (к массе звездолёта) тем больше вам придётся аккумулировать энергии в каждом импульсе. А аккумулятор (любой механизм способный запасать Дж/кг) - не бесконечный. Поэтому ваша плита должна испытывать перепад скорости (что и продемонстрировано карикатурой машины въезжающей в стену) не выше 30 м/с.
Перечитайте статью. Она невероятно ёмка по содержанию.
То есть при массе пустого звездолёта в 100 000 т, масса плиты 1/3 от этой масс, то есть 33 000 тонн.
Далее.
Диаметр. Этого в статье нет.
Но это легко посчитать "на салфетке" вот как (и я тут это считал). Предположим что масса бомбы в 1 тонну в результате взрыва разделяется на две равных части (по 500 кг) и каждая летит строго в противоположных направлениях в силу закона сохранения импульса (одна от звездолёта, другая на звездолёт) со скоростью u. В те самые НЕОБХОДИМЫЕ выше высчитанные 7 213 км/с (как такое чудо случается - к  секретным бомбоделам и их тайнам). Тогда 500 кг плазмы, ударившись о плиту и УПРУГО от нее отскочив, сообщат плите нужный импульс. Логично? Абсолютно логично!
Идём дальше.
Предположим что изначально эта масса плазмы, упрощённо компактно сжатий шар, по сравнению с плитой звездолёта неотличимой от махонькой точки. Но это раскалённая до миллионов градусов "точка". По мере полёта к плите он будет из-за теплового движения еще и расширятся (вот где понадобится модель NASA! Там тоже точка расширяется но центр точки неподвижен относительно плиты и в этом главная ошибка!) в некую сферу диаметром D с больцмановским распределением плотности (и т.д.), но мы для простоты прикидки предположим что вся масса 500 кг будет в этой сфера   равномерно распределённой плазмой (мы же считаем на салфетке некие границы-оценки?)
И вот этот шар достигнув некого диаметра D на скорости u, ударяется в плиту (в идеале тем же диаметром D), сплющится в тонкий (почти плоский) блин и отразится от него, расширяется (улетая от плиты) условно, тем же шаром. Хотя внешне это будет выглядеть как преломление падающего и отражённого конуса.
Представили?
Если всё так, теперь у нас есть оценка (мы говорим о грубой оценки) времени взаимодействия шара с плитой. Это 4 диаметра шара плазмы, делённый на скорость u. t =4D/u или 8 радиусов шара деленные на скорость шара.
Почему?
Ну смотрите. Шар налетая на плиту тормозил от u к 0. То есть усреднённая скорость налёта шара, складывающегося в блин - u/2 (считая для простоты ускорение шара плазмы равномерным), но потом блин, упруго отражаясь, ускорялся от 0 до по-сути того же u (чуть меньше, так как он передал импульс плите, которая уже движется со скоростью 30 м/с, то есть u-30, но это не принципиально, ибо 30 м/с для 7 000 км/с это почти ничто) и на это потребовалось еще время, равное 2D/u. Итого всё время взаимодействия плазмы с плитой 4D/u. Лучше записать 8R/u. R- радиус шара, он  же (в идеале, который недостижим) - радиус плиты (зеркала). Настройка совпадения - дистанцией подрыва заряда.
Ну а теперь, у нас есть всё. чтобы посчитать давление на плиту. Давление это сила F делённая на площадь Пи()*R². И сила, это изменение количества движения (dmu) за высчитанное нами время t (мы всё считаем очень грубо-упрощенно). Масса m - это масса плазмы (пол тонны, 500 кг) а изменение скорости это ~2u (масса летела на плиту со скоростью u, а улетела c той же скоростью в обратном направлении, значит du= 2u). Ну вот и формула давления на плиту:

P = F/S = 2mu/t/пи()/R² =mu²/8/пи()/R³

И теперь ключ. Зачем нам давление? Давление не должно превышать предел прочности на сжатие материала плиты. Для обычной стали это 250 МПа. А значит мы можем из этого посчитать R. И для нашего звездолёта мы получаем 202 метров. То есть диаметр плиты-зеркала импульсно-лимитированного звездолёта Дайсона должен быть НЕ МЕНЕЕ 400 метров, если вы его делаете из того же из чего сделана Эйфелева башня (325 м высотой)... Кстати масса башни 7 300 тонн. То есть 33 000 тонн для такой плиты в общем не так и много.
"Плита" - очень неудачный термин. Люди сразу себе представляют такой толстенный кусок стали (и взрыволёт в воображении людей сильно напоминает Лапут Свифта). На самом деле это будет достаточно тонкая и даже ажурная конструкция. Это скорей зеркало. Конечно, если использовать лучшие материалы, мы могли бы уменьшить диаметр, скажем до 300 метров. Но надо учитывать, что плазма будет распределена неравномерно (как мы выше решили). В центре она будет плотней, по краям - разряженной. Кстати, поэтому плита всегда проектируется  переменной толщины. В центре толще, по краям - тоньше. В общем, более точный учёт пикового давления потребует и более сложной конструкции зеркала.
Другое ухищрение - форма налетающей плазмы. Дайсон (это рассекречено) показал, что если изначально плазма имела форму тонкого блина, то в процессе естественной эволюции ее в вакууме при  полёте на плиту, она вытянется в "колбасу" к плите-зеркалу. Это - возможная уловка. Все о ней знают. Но все неправильно ее понимают. Они думают что это и есть механизм "кумуляции". Но это не так. Это дополнительный к кумуляции  естественный механизм (почему все так и обрадовались, когда Дайсон его показал из своей математика), который позволяет ДОПОЛНИТЕЛЬНО растянуть время взаимодействие плиты с плазмой (по сравнению со сферой, которую я предположил выше) и тем самым СНИЗИТЬ давление плазмы на плиту, а значит уменьшить диаметр плиты. Так они и получили в итоге 10-и метровую плиту для "Ориона", который хотели вписать в ракету "Сатурн-5".  Здесь эта уловка тоже мыслима. Мы можем растянуть "каплю" плазмы, летящей на плиту и таким образом еще уменьшить диаметр зеркала. Хотя не сильно, поэтому, наша оценка, скажем сводится, до 400-350 метров (полукилометровый габарит). Но вряд ли меньше.
Да и нужно ли меньше?
Мы ведь хотим иметь на борту корабля искусственную гравитацию для людей. А мы знаем что минимальный диаметр центрифуги в которой люди будут себя комфортно чувствовать при 1g как раз ~400 м. Мы же ведь собираемся отправить к звёздам на столетия целый мини-мир. Колонию. Биом-биосферу. Она не может быть слишком маленькой. Ну и масса под 60 000 тонн. Если на борту импульсно-лимитированного Ориона "всего" 1000 человек, то это 60 тонн на человека. Все цифры разумные и хорошо сходятся.

[alex_semenov]

Мда. Т.е., берется ЭРД с ядерным реактором (типа печально известного "Зевса") и традиционный преобразователь тепла в электроэнергию заменяется фотоэлементами?
А почему раньше никто не догадался до такого?
Потому как все тепло уйдет в гудок.

Да нет. Там самая большая засада (ничто не даётся даром) - нагретый до 3000 К реактор.  Да, это очень высокая плотность потока энергии (не важно в каком виде) но это же и технологический вызов. Даже 5 лет работы такого реактора - это уже подвиг инженерного ума. А 50 лет? 500 лет?

Засада бомболёта - ИМПУЛЬСНАЯ природа его работы. Энергию (в общем количество движения) полученное коротким ударом от взрыва надо НАКАПЛИВАТЬ и постепенно передавать кораблю. И это - морока. Это тяжёлое зеркало-инерцоид (по-сути) и это сопоставимый по массе механический маятник-накопитель-аккумулятор. Это, как видно всякому со стороны, достаточно большие затраты сухой массы корабля. Маятниковый привод звездолёта выглядит неким громоздким абсурдом. Как шатунно-кривошипный механизм паровоза. Но вся эта громоздкая механика РАСПЛАТА за выгоды (немыслимые при непрерывной работе), которые большинство людей не погружённых в проблемы непрерывных систем тяги не понимают.

[Иван Моисеев]

Да нет. Там самая большая засада (ничто не даётся даром) - нагретый до 3000 К реактор.  Да, это очень высокая плотность потока энергии (не важно в каком виде) но это же и технологический вызов. Даже 5 лет работы такого реактора - это уже подвиг инженерного ума. А 50 лет? 500 лет?

А фотоэлементы, открытые всем ветрам?
А главное, если рассчитать скорость истечения/тягу (здесь у меня чутье вместо расчета), концепт неконкурентоспособен даже для полетов внутри Солнечной системы.

[cryon]

Да нет. Там самая большая засада (ничто не даётся даром) - нагретый до 3000 К реактор.  Да, это очень высокая плотность потока энергии (не важно в каком виде) но это же и технологический вызов. Даже 5 лет работы такого реактора - это уже подвиг инженерного ума. А 50 лет? 500 лет?

А фотоэлементы, открытые всем ветрам?
А главное, если рассчитать скорость истечения/тягу (здесь у меня чутье вместо расчета), концепт неконкурентоспособен даже для полетов внутри Солнечной системы.

Галактические лучи в основном проходят насквозь фотоэлементов, а кольца вокруг реакторов в плоскости фотоэлементов защищают электронику, так что за 20 лет работы фотоэлемент получает только тепловые повреждения и его эффективность падает в 1.4 раза от начальной в 40% кпд. Реактор нужно греть только до 2300 К а не до 3000, чтобы не слишком испарялся вольфрам с поверхности реакторов. При массе фотоэлемента в 140 грамм на квадрат(пока достигнуто в космосе 1 килограмм на квадратный метр), достижима удельная мощность в 1 киловатт на кг что больше чем у Зевса в разы, и подходит для полетов внутри солнечной системы.

[библиограф]

 

  Там самая большая засада (ничто не даётся даром) - нагретый до 3000 К реактор   

Нагретый до 3000К реактор просто испарится в вакууме за  сотни часов, формула Ленгмюра вам в помощь!
А если заключить реактор в прозрачный кожух, то его надо наполнить газом, но тогда будет
конвективный перенос и кожух всё равно нагреется и испарится.
Изобретатели  мечтали о такой прозрачной оболочке, чтобы построить ядерную лампу,
чистый ЯРД. Всё так и осталось мечтами, законы физики непреодолимы, нет прозрачных материалов, которые не теряли бы своих свойств в мощных радиационных полях.

[Иван Моисеев]

Галактические лучи в основном проходят насквозь фотоэлементов

Можно так сказать. Но тогда можно сказать и то, что галактические лучи в основном проходят насквозь человека.
И не заморачиваться насчет защиты.
А какая получается тепловая мощность реактора и какая - электрическая?

[cryon]

Галактические лучи в основном проходят насквозь фотоэлементов

Можно так сказать. Но тогда можно сказать и то, что галактические лучи в основном проходят насквозь человека.
И не заморачиваться насчет защиты.
А какая получается тепловая мощность реактора и какая - электрическая?

На сквозь человека они не особо то проходят по тому что вес половинного ослабления 180 кг на квадратный метр, а мои фотоэлементы в 1000 раз тоньше.
реакторы по 100 кг если на 31 год(миллиард секунд) работы то его 60 кг урана дают 5 мегаватт тепловой мощности на 1 реактор которых сотни, и на фотоэлементе вырабатывается в зависимости от того проработал ли он год или 20 лет -  1.5-2 мегаватта на один реактор, и в ионнике полезной мощности 1.2-1.7 мегаватта на 1 реактор.
Полный вес корабля на 1 реактор 1.5 тонны, в основном фотоэлементы, зеркала и несущий каркас и каркас ионника.

  Там самая большая засада (ничто не даётся даром) - нагретый до 3000 К реактор   

Нагретый до 3000К реактор просто испарится в вакууме за  сотни часов, формула Ленгмюра вам в помощь!
А если заключить реактор в прозрачный кожух, то его надо наполнить газом, но тогда будет
конвективный перенос и кожух всё равно нагреется и испарится.
Изобретатели  мечтали о такой прозрачной оболочке, чтобы построить ядерную лампу,
чистый ЯРД. Всё так и осталось мечтами, законы физики непреодолимы, нет прозрачных материалов, которые не теряли бы своих свойств в мощных радиационных полях.

Нет там 2300 к и с испарением вольфрама все Ок.

[Иван Моисеев]

реакторы по 100 кг если на 31 год(миллиард секунд) работы то его 60 кг урана дают 5 мегаватт тепловой мощности на 1 реактор которых сотни, и на фотоэлементе вырабатывается в зависимости от того проработал ли он год или 20 лет -  1.5-2 мегаватта на один реактор, и в ионнике полезной мощности 1.2-1.7 мегаватта на 1 реактор.
Полный вес корабля на 1 реактор 1.5 тонны, в основном фотоэлементы, зеркала и несущий каркас и каркас ионника.

Позвольте сократить:
Масса аппарата 1500 кг, реактора - 100 кг, тепловая мощность 5 Мвт, электрическая - 1, 5 Мвт.
Реактор внутри сферы из фотоэлементов?

[cryon]

реакторы по 100 кг если на 31 год(миллиард секунд) работы то его 60 кг урана дают 5 мегаватт тепловой мощности на 1 реактор которых сотни, и на фотоэлементе вырабатывается в зависимости от того проработал ли он год или 20 лет -  1.5-2 мегаватта на один реактор, и в ионнике полезной мощности 1.2-1.7 мегаватта на 1 реактор.
Полный вес корабля на 1 реактор 1.5 тонны, в основном фотоэлементы, зеркала и несущий каркас и каркас ионника.

Позвольте сократить:
Масса аппарата 1500 кг, реактора - 100 кг, тепловая мощность 5 Мвт, электрическая - 1, 5 Мвт.
Реактор внутри сферы из фотоэлементов?

Из фотоэлементов плоскость с двух сторон которой плоскости зеркал.

[библиограф]

 Рисовальщик,  вы, конечно, неумелый, но что- то понять можно - кольцо из урана для защиты от
гамма лучей - сколько же оно весит, если весь  реактор 100кг
И сразу же вопрос - что делать с нейтронами?   И что сделают быстые нейтроны с ураном, а?

[alex_semenov]

Нагретый до 3000К реактор просто испарится в вакууме за  сотни часов, формула Ленгмюра вам в помощь!

Первое. У нас банан в ухе! Вот скорость испарения металлов в вакууме:



То есть мы тут все в курсе того как быстро испаряется нагретый до 2000-3000 К металл в вакууме. Какой и как быстро.

Второе. Еще раз. Поинтересуйтесь КАК РАБОТАЕТ ГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ!



Обратите внимание, что прозрачная колба лампы, да относительно горячая, но не 3000 К! Намного ниже. Колба поглащает (и значит излучает) не более 10% энергии, которую излучает "нить накаливания" реактора. Это раз. И два.  Площадь поверхности излучения прозрачной колбы (условных 10%) у нагретой прозрачной колбы куда больше (на порядок - точно, а то  и на два). Таким образом мощность излучения с поверхности стеклянной колбы на 2-3 прорядка ниже чем у "нити накаливания". Корень четвёртой степени из 100-1000 это 3,2-5,6. Делим 3000 К на эти коэффициенты, получаем РАВНОВЕСНУЮ температуру прозрачной колбы 950 - 530 К (675 - 260 С).

[библиограф]

 Дурак какой-то.
Речь идет о том, что в радиационном поле 100000 р/час и  нейтронном потоке 10 ^12 н/с
любой] прозрачный материал очень скоро станет непрозрачным.
Впрочем, это неважно, прозрачная оболочка всё равно, не нужна.

[alex_semenov]

Дурак какой-то.

Это вы о себе? Похвальная самокритика!

Речь идет о том, что в радиационном поле 100000 р/час и  нейтронном потоке 10 ^12 н/с
любой] прозрачный материал очень скоро станет непрозрачным.
Впрочем, это неважно.

Да, если РЕЧЬ ИДЁТ ТЕПЕРЬ  об этом, то  да, это отдельная проблема. И ее бы хорошо, опять таки, описать количественно, а не бросаться метафорами.
Да, этот вопрос особо тут не обсуждался. И это касается не только колбы но и брегговских зеркал на чём сшита вся концепция.