Двигатель для межзвёздных перелётов

[Diivanych]

А энергия что у кольца массой m что у облака газа массой m несущихся со скорстью v одна и та же. И поле кольца все равно должно держать что то что то.

Энергия приближающейся массы заряда:
E=(m*V^2)/2
Разделим на время. Тогда получаем
E/t=((m/t)*V^2)/2
Это есть
N(мощность)=(G(расход)*V^2)/2

То есть, мощность – функция расхода
N=F(G)
Для рассеянного потока частиц мощность будет меньше.
Я думаю, что всё дело в этом.

[AlexOrex]

Кстати. Тут архитекторы (ирония не злая, сам знаю как все забывается)  спрашивали как натяжение кольца Т относится к радиальной силе типа центробежной или любой аналогичной рвущей  силе F?

Ну, собсно, нас этому и не учили - растянутые кольца относительно редко встречаются в арх. практике. Но формулу тоже нашел: N=qR, где N - усилие в поперечном сечении кольца, q - распределенная нагрузка на единицу длины кольца, R - радиус кольца. Это то же самое, что T=F/2пи. Т.е. усилие в сечении в 6,28 раз меньше, чем сумма сил по кольцу. Похоже, наша токовая петля худо-бедно втиснется в пределы существующих материалов, но у нее будет увесистая несущая жила.

[Diivanych]

По поводу разрыва кольца – это, насколько я понимаю, аналогично давлению в трубе. Можно конечно через интеграл, а можно и на халяву.
Так считают трубы на разрыв.
Сопромат, однако. 

[alex_semenov]

А энергия что у кольца массой m что у облака газа массой m несущихся со скорстью v одна и та же. И поле кольца все равно должно держать что то что то.

Энергия приближающейся массы заряда:
E=(m*V^2)/2
Разделим на время. Тогда получаем
E/t=((m/t)*V^2)/2
Это есть
N(мощность)=(G(расход)*V^2)

То есть, мощность – функция расхода
N=F(G)
Для рассеянного потока частиц мощность будет меньше.
Я думаю, что всё дело в этом.

Гм… Да.. очень здравый логический ход. Но мы тут пока даже не считали именно это. Мощность. Мы сравнивали только энергии. Энергию поля и энергию потока частиц.
Давайте сравним НЕПЕРЫВНЫЙ поток частиц, имеющий  m/t то же значение что и целостное кольцо массой m, прилетающее раз в то же самое t.
В последнем случае пиковая мощность будет на порядки больше. Но энергия сминающая поле (мы ее пока считали) одна и та же.

ЗЫ. Я думаю мы почти нашли ответ. В параллельном расчете. Энергия поля должна быть ОЧЕНЬ высокой. Кольцо под невероятной нагрузкой. Интересно, Зубрин учитывал в своих расчетах это обстоятельство, когда считал свои магнитные чудо-паруса?
А то сейчас выяснится, что и эта идея - гиблая...
 

[alex_semenov]

По поводу разрыва кольца – это, насколько я понимаю, аналогично давлению в трубе. Можно конечно через интеграл, а можно и на халяву.
Так считают трубы на разрыв.
Сопромат, однако. 

Нахаляву конечно же слаще...  Но как проверить что не лоханулся и не нажрался сладкого дерьмеца? Только интегралом!

[Diivanych]

Нет!.. Так считают трубы не в горводоканале, а ТОНКИЕ оболочки на разрыв в авиационном институте. То есть рассматривают проекции «стрелок» по осям X и Y. Вроде как проекция должна быть меньше, но с уходом от нормали частота стрелок, в проекции на оси, увеличивается. То есть – если сравнение с давлением верно, то расчётная схема работает на все сто. А вот с самим давлением у меня есть сомнения. С удовольствием покручу ваши формулы и цифры, но пот… ща… нек…

[alex_semenov]

Похоже, наша токовая петля худо-бедно втиснется в пределы существующих материалов, но у нее будет увесистая несущая жила.

А у меня не очень то и получается.
 
Вот смотрите.
Энергия магнитного поля токовой петли:



Теперь найдем радиальную силу F из энергетических соображений. Мы уменьшаем радиус петли на dR и для этого прикладываем силу, совершаем работу.
Смотрите, если я нигде не нахомутал, то будет так:



Я уже сказал, что скобку с логарифмом можно принять как некую константу k, потому что R много больше r и малое dR практически не изменяет логарифм. То есть дифференцируется только первое R перед скобкой.



Если не намахлевал, то где-то так… Во всяком случае размерность совпадает.
Мю - это ньютоны деленные на амперы в квадрате. В итоге получились Ньютоны.
Вот отсюда можно считать силу рвущую наш парус.

Мю = 1.26E-6 H/А2
I=1000 000 А
R= 10 000 м (пока 20 км в диаметре, скромно)
r= 6 мм =0,006 м

Сила получается 1,03E+07 Н
10 Меганьютон или 1000 тонн!

Стресс или напряжение рвущее кольцо в 2 пи раз меньше  T = 1,64E+06 Н  то есть 167 тонны. Для троса в 12 мм в диаметре да еще из какого-то там сверхпроводника…
Гм.. Очень много…

Одно радует. Для паруса диаметром 200 км  рвущая сила увеличилась  всего до 191 тонна. То есть ~200 тонн. Оно и понятно. Радиус только под логарифмом.
Гм..
Это не противоречит здравому смыслу? Площадь ведь увеличилась в 100 раз!
Кстати. При токе в 100 тысяч ампер рвущая сила всего 2 тонны. Что тоже понятно.

Кто проверит мои шахер-махеры?
Судя по разочаровывающему нас результату - все правильно.

[alex_semenov]

С удовольствием покручу ваши формулы и цифры, но пот… ща… нек…

Я уже попытался сам… Но интересно сравнить с вашей рамкой.
Для проверки.
По сути, результат должен совпадать ДО ПОРЯДКА. Разница в форме петли. У вас примитивная квадратная рамка, у меня - кольцо.  Значит порядок должен быть одинаков.
Единственное. Рамку лучше считать через силу Ампера. Без всяких В в центре. Два параллельных провода действуют друг на друга и рвут перпендикулярные провода на которые они, разумеется не действуют. То же происходит, если повернуть картинку на 90 градусов.
Логично?
Все упрощается до уровня идиота! То есть мой любимый уровень!

[alex_semenov]

Diivanych, натолкнул на достаточно простую идею ОЦЕНИТЬ правильную силу рвущую круглую петлю  заменив ее на гораздо более простую квадратную рамку.

Рассмотрим квадратную рамку с диной стороны равной диаметру круглой петли L = 20 000 м в которой протекает тот же ток I=1 000 000 А. Тогда противолежащие грани рамки будут воздействовать друг на друга с силой, вычисляемой по закону Ампера:



То есть все совсем примитивно.
Дельта L = R И сразу становится ясно что от размеров петли рвущая сила НЕ ЗАВИСИТ (вот и ответ, почему увеличение радиуса петли в предыдущем расчете не сильно изменило силу). Кроме того. Оба токи равны. Поэтому в результате сила между противоположными гранями рамки:



Для тока в миллион ампер получаем… 200 535 Н. То есть 20 тонн-силы… У квадратной рамки не надо пересчитывать радиальную силу в натяжение. Сила между проводниками и рвет петлю по перпендикулярным проводникам…  Каждая пара рвет другую. Тоже получается что рамку раздувает радиально с силой F.
Радостная новость: 20 тонн силы это по-божески… Но плохая в том, что это на ПОРЯДОК меньше чем насчитал я для кольца.
Что же не так?
Где?

[Инопланетянин]

А может пойти на потери и не долбить звездолёт кольцами на 0,2св? Может потратить больше энергии и колец (ну её эту эффективность - на материалах больше потеряем), но обеспечить столкновения на приемлемой скорости?

И ещё, если уж разгоняем материальный предмет до 0,4 св, то может его к звёздам и отправить? Кольцо, конечно, в этом случае лёгким не получится - появляется соблазн навесить на него всё что можно. Прежде всего систему торможения, ну и какой-никакой саморепликатор получающий с Земли информацию о том, что синтезировать. Потому что, если это есть, больше ничего отправлять не понадобится. Но это уже не совсем по теме.

[alex_semenov]

Может быть. Но сейчас не об этом печаль.
У нас (у меня) на порядок расхождение в расчете токовой петли которая используется почти во всех наших вожделениях связанных с межзвездными перелетами (магнитный парашют например). И расхождение принципиальное. Если 200 тонн провод в 12 мм не выдержит то 20 тонн - вполне можно надеятся.

[alex_semenov]

Кстати.
Для магнитного парашюта...



http://www.spaceacademy.net.au/env/iph/helios.htm

Только на расстоянии 10 а.е. плотность ветра опять возростает до плотности межзвездной среды. Однако, надо учитывать что он летит навстречу со скоростью ~500 км/с и имеет собственный тормозящий (разгоняющий) импульс.

[Проходящий Кот]

 https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,82348.220.html
А если нам разделить собственно звездолет(тор с экипажем) и двигатель.
То есть у нас два тора --- один неподвижный  чистый двигатель на сверхпроводниках
Второй  ---- вращающийся тор, где живет экипаж, на расстоянии 5 км от первого.
Между ними идут механические штанги, по которым импульс от первого передается второму. Используя  различные методы демпфирования, можно добиться, что ускорение на обитаемый тор будет поступать равномерно.
Первый тор, тор двигателя, может быть оставлен чисто техническим, так как там только то, что необходимо для двигателя.....
Да и этот крик 
 https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,82348.276.html
заставляет отделить двигатель от корпуса, может что и получится с теплоотдачей......

[AlexOrex]

Оттуда же:

То есть сила давящая на тор от 1 000 000 000/0,001 = 1E+12 Н. до 2E+12 Н.
Это... гм... 100-200 Мегатонн силы...
Не вся она направлена на разрыв. В конце концов, именно она и толкает миллионотонный корабль вперед. Но допустим половина как раз и рвет бублик.
50 -100 мегатоннсилы... Если наше кольцо 2 км в диаметре то на погонный метр кольца приходится... 79 мега Ньютон...

Но если нагрузка в сечении кольца равна F/2пи, то у нас получается не 79 МН, а 8-16 мегатонн силы! УПС!
В мозгу начинают роиться идеи сделать несущий каркас тора пружинным (как спираль в лампочке), а сверхпроводящий контур - раздвижным.

[alex_semenov]

Вообще говоря главным препятствием на пути к межзвездному взрыволету средней скорости 0.01-0.05с (любой конструкции) пока считается проблема рентгеновского излучения.
При ядерном взрыве в космосе примерно 80% энергии взрыва улетает в виде мягкого (теплового) рентгена. И только 16% в виде кинетической энергии материи, из которой состояла бомба.
Пытаться использовать рентгеновское излучение взрыва в качестве реактивной массы - сон разума по двум причинам.
Первая - импульс фотонов незначителен. Памятуя, что ракетный двигатель показывает приемлемую эффективность при u~v (скорость истечения рабочей массы примерно равна конечной скорости корабля), я ясно что при v =0.02c (например) скорость света с которой движется рентген, явное расточение и без того бесценной энергии.
Второе - импульс рентгеновского излучения (притом теплового спектра) крайне сложно утилизировать как импульс. Если не сказать невозможно.
Таким образом при распределении энергии взрыва 84/16 бессмысленно пытаться строить межзвездный взрыволет. Надо научиться для начала переворачивать ситуацию 20/80, например.

Предвидя встречные возражения. Проект "Орион" был межпланетным проектом и там удельная мощность зарядов (мегатонн ТНТ/кг заряда) могла быть сильно ЗАБАЛАСТИРОВАНА.  Получая для рабочего тела скорость истечения в 200 км/с, вы вполне оказывались довольны результатом. Это значит что вы можете себе позволить почти всю энергию превратить в рентген. Единственная ваша забота - сделать взрыв ассиметричным. В этом изюминка проекта "Орион".



При организации ассиметричного ядерного взрыва небольшую часть энергии взрыва в виде потока частиц (вольфрамового цилиндра) вы можете направить на толкающую пластину. Она же создаст и конус тени. А остальная энергия в виде паразитного рентгена разлетается по всей остальной сфере вне корабля.

В этом смысле все проектируемые здесь звездолеты предполагали более совершенный двигатель. Взрыв должен был быть СФЕРИЧЕСКИМ и магнитное зеркало колимировало бы этот разлет с эффективностью 60-75%. Но перед этим плазма заряда должна как-то впитать в себя ~80% энергии взрыва.
Такой подход необходим именно в том случае, если вы хотите использовать энергию ядерного взрыва с максимальной эффективностью. То есть двигаться со скоростью 0.01-0.05 (а скорей всего 0.03)с.
Кроме того. Если ~20% энергии у вас в виде паразитного излучения, то у вас есть еще шанс защитить корабль от него (отразить, поглотить). Но если это 80% то ситуация становится безнадежной. То есть. Даже если вы все же рискнете использовать ядерный взрыв "как есть" и согласитесь на 16% полезной энергии (скорость разлета плазмы ~ 1000 км/с) у вас проблемы с защитой корабля от 2/5 энергии взрыва в виде паразитной энергии рентгена и нейтронов.
В общем, тут все проблемы сходятся к заряду. Если вы научитесь получать взрыв в котором 80% энергии превращается в кинетическую энергию плазмы - можно продолжать разговор по взрыволетам. Нет? Нет смысла рассматривать компоновочные схемы, нагрузки, амортизаторы и т.д.
Именно на этом разгар о межзвездных взрыволетах тут и закончился.

[alex_semenov]

Оттуда же:

То есть сила давящая на тор от 1 000 000 000/0,001 = 1E+12 Н. до 2E+12 Н.
Это... гм... 100-200 Мегатонн силы...
Не вся она направлена на разрыв. В конце концов, именно она и толкает миллионотонный корабль вперед. Но допустим половина как раз и рвет бублик.
50 -100 мегатоннсилы... Если наше кольцо 2 км в диаметре то на погонный метр кольца приходится... 79 мега Ньютон...

Но если нагрузка в сечении кольца равна F/2пи, то у нас получается не 79 МН, а 8-16 мегатонн силы! УПС!
В мозгу начинают роиться идеи сделать несущий каркас тора пружинным (как спираль в лампочке), а сверхпроводящий контур - раздвижным.

Об этом тоже был разговор. И я предложил именно такое решение. Разрывающий удар не надо держать. Я именно и предложил сделать тор в виде раздвижного закольцованного "состава" из секций, которые в сочленениях удлиняются под действием разрывающей силы.



В этом случае с ударным импульсом борется МАССА, инерция кольца. Я рассчитал импульс (кстати, неверно) и получил сносное ускорение в начале разгона (когда вся масса топлива еще в кольце). А на конечном участке пути импульс оказался плохим (5g) и я начал мудрить с тем, чтобы на конечном участке поместить на несколько месяцев всех пассажиров корабля в специальные скользящие камеры.
Но что сейчас об этом вспоминать, когда весь проект "сгорел" на стадии разработки заряда?
Кстати, идея как перевернуть с 80/20 на 20/80 у меня тоже тут была. Я даже делал кой-какие численные прикидки. Но более-менее легитимного расчета так и не сделал.

[Проходящий Кот]

....
Гм... да вроде нет...
Считайте сами.
Одна мегатонна это  4,184E+15 Дж. Так как мы подрываем 1 бомбу в минуту то и сырая тепловая мощность нашего двигателя та же 4,184E+15  Ватт (400 ТВт).
Взрыв происходит на расстоянии 2000 м от тора. Это радиус сферы.
Значит вся ее поверхность 4*пи()*2000*2000 =50265482.
То есть вся выделившаяся во взрыве энергия дает на поверхности этой сферы 83 238 035 Ватт/м2
Но мы получаем лишь 0.2 от этой части то есть 16 647 607 Ватт/м2

Теперь считаем мидель экрана. Ширина его 100 м а длина 2*пи()*2000.
Общая площадь экрана 1256637 м.
Умножаем ее на плотность паразитной энергии и получаем общую паразитную мощность на наш тор.

2,092E+13 Ватт

...

параметры
M --- мощность установки, вт      4*10⁺¹⁵ ВТ
R  --- расстояние от точки взрыва до тора, м 2000м
la ---  коэффициент энергии взрыва , остающийся в форме ренгена 0.2(0.
r  --- радиус тора, м  2000м
L  -- ширина миделя экрана,м  100м


Теперь считаем:
Площадь взрыва при воздействии на тор:
    S= 4 PI R R    =50 кв.км
Энергия на квадратный метр в районе тора
    Ms = M/S  =8.3*10+7 Вт/м2
Площадь экрана
    Sekr = 2 pi r L  =1.2 кв.км
Мощность, принимаемая тором:
   Mpar =  Sekr Ms La
Или после подстановки
     Mpar = 2 pi r L La M/(4 PI R R  ) = r L La M/(2 R R  )
Тоесть, как и ожидалось, паразитная мощность обратно пропорциональна расстоянию до точки взрыва...... 

[alex_semenov]

Я не понял что вы хотите этим сказать?
Все это - частные детали которые ничего не стоят если не решена предыдушая задача - получить 20/80 вместо 80/20

Если вы победили проблему 20/80, то единственная альтернатива такому вот кораблю-бублику (впервые предложили это Багров-Смирнов) - это британская схема "Медуза". Можно на длинном тросе сколь угодно далеко уйти от точки подрыва. НО! Надо понимать что легкий купол, толкаемый взрывом получает чудовищное ускорение. И здесь возникают другие проблемы.
В общем взрыволет - машина очень НАПРЯЖЕННАЯ.

[vsevolodson]

Ну что, идём по стопицотому кругу?

[Okub62]

... Можно на длинном тросе сколь угодно далеко уйти от точки подрыва. НО! Надо понимать что легкий купол, толкаемый взрывом получает чудовищное ускорение. И здесь возникают другие проблемы.
В общем взрыволет - машина очень НАПРЯЖЕННАЯ.

Длина троса, по моему скромному мнению, не играет роли. По аналогу с обычной взрывчаткой, купол просто оторвёт и порвёт в клочки при взрыве. Ведь ядерный взрыв не выйдет сделать замедленным, чтобы его действие уподобить пороху?
Бить корабль взрывом придётся "под зад". Со всеми вытекающими последствиями.