Двигатель для межзвёздных перелётов

[PathFinder]

Вообще, стоит начать с того, что в том, чтобы килограмм даже твёрдого вещества содержал ОЧЕНЬ большое количество энергии нет ничего противоречащего современной официальной физике. Теоретически в условный килограмм твёрдого вещества можно даже закачать энергию, превосходящую энергию покоя этого самого килограмма, разогнав этот килограмм до релятивистских скоростей. Но нам такая ситуация не интересна так как она является целью, а не источником энергии.

[PathFinder]

Идём далее, а нельзя ли разогнанное до больших скоростей твёрдое тело вместе с его кинетической энергией взять с собой на борт? 

[cryon]

Напоминаю что ни каких альтернатив моему реактору-фотоэлементу-ионнику сейчас нет. Его скорость не может превышать 1% С в ближайшие пару веков по ттх фотоэлементов. Ни термояд ни Нуклон Зевс не могут с ним конкурировать. Для задач солнечной системы в частности космические зеркала от разогрева климата выбросами СО2 реактор фотоэлемент подходит и как буксир и как источник энергии на дальних орбитах.

[PathFinder]

Напоминаю что ни каких альтернатив моему реактору-фотоэлементу-ионнику сейчас нет.

Шо, и порассуждать нельзя? К тому же это я просто пытаюсь постепенно подойти к своей мысли. Но я на все 100% не уверен в своей мысли, в отличии от вас.

[Иван Моисеев]

Вы, например до сих пор не понимаете, что распиаренная в 50х проблема источника энергии - ВТОРИЧНА. И она, по-сути снимается (перестаёт быть проблемой) из-за первичной проблемы (главного барьера на пути к звёздам)- проблемы удельной мощности.

Ну так может тогда и стоит решать именно проблему удельной мощности?

Итак, у нас задача запихать в килограмм вещества как можно больше джоулей, а потом суметь эти джоули извлечь "без шума и пыли". В смысле без излишнего тепловыделения. Как же этого добиться...?

Вы как-то незаметно перешли от удельной мощности удельной энергии.
А это все-таки разные вещи.
Прикиньте удельную мощность ручной гранаты. Очень много. Чего вам еще нужно?

[PathFinder]

Вы как-то незаметно перешли от удельной мощности удельной энергии.
А это все-таки разные вещи.

Да, действительно, незаметно перешёл. Но я к ней вернусь. Тут нужно вспомнить, что Семёнов считал 1кВт/кг очень хорошим показателем, если не ошибаюсь.

Прикиньте удельную мощность ручной гранаты. Очень много. Чего вам еще нужно?

Мы говорим о звездолётах. Насколько я понимаю, на ручных гранатах взрыволёт не построишь. Иначе зачем Орион и вся эта свистопляска с бомбами для него?

[Иван Моисеев]

Мы говорим о звездолётах. Насколько я понимаю, на ручных гранатах взрыволёт не построишь.

Значит, помимо удельной мощности, для звездолета надо еще что-то?
Что?

[petrovich1964]

В смысле без излишнего тепловыделения.

Это, имхо, и есть главное ограничение на ускорение звездолёта. Быстро ускоряться (а КПД ведь не 100%) значит необходимо удалять огромное количество тепла из звездолёта.
Уж не помню кто рассчитал (простите склероз) что ближащайщей звезды мы можем достичь лишь примерно через 4000 лет полёта, и сказал что если бы Клеопатра отправила бы звездолёт то сегодня он бы преодолел лишь бы половину пути.

[PathFinder]

Отвечаю на свой же риторический вопрос, заданный выше.
Ну, конечно же, разогнанное до больших скоростей твёрдое тело вместе с его кинетической энергией взять с собой на борт можно.
Просто заставив это тело двигаться по окружности. То есть, проще говоря, использовать маховик.
Маховик на магнитном подвесе в вакууме способен содержать в себе большое количество энергии без дополнительных "накладных" энергозатрат.
И также способен высвобождать свою механическую энергию без тепловыделения и практически с любой необходимой скоростью (вот она, удельная мощность).

Однако, в маховик нельзя закачать произвольно большое количество энергии, так как его просто разорвёт центробежной силой. Как же решить эту проблему?

[PathFinder]

Мы говорим о звездолётах. Насколько я понимаю, на ручных гранатах взрыволёт не построишь.

Значит, помимо удельной мощности, для звездолета надо еще что-то?
Что?

Ну как что? Энергия, конечно же.

[alex_semenov]

Прикиньте удельную мощность ручной гранаты. Очень много. Чего вам еще нужно?

Любой технический параметр имеет смысл лишь в контексте назначения технического средства. В случае гранаты можно посчитать ее удельную мощность. Но это бессмысленно для гранаты в контексте ее назначения, проектирования, совершенствования.
Удельную мощность считают для циклических, повторяющихся, длительных процессов. Не для одноразовых процессов и явлений. И вы это прекрасно должны понимать.
Или вы будете отрицать полезность параметра "энерговооружённость" для, скажем, автомобиля,  самолёта, даже отдельной двигательной установки, скажем, корабля?
Вряд ли.
И в случае звездолёта параметр "удельная мощность" или "энерговооружённость" является ОПРЕДЕЛЯЮЩИМ для понимания всей суммы проблем, связанных с созданием такого транспортного средства. Это "барьерный параметр" позволяющий совершенно точно связать дистанцию перелёта со временем перелёта. Удельная мощность - первое и наисильнейшее ограничение на пути к звёздам. По-сути, мы должны констатировать, что скорей всего невозможно создать транспортное средство с бортовым источником энергии, способное перемещаться между звёздами с сантисветовыми скоростями (выше 0.1с) потому что для этого нужна (прежде всего) недостижимая для такого средства удельная мощность в десятки мегаватт на кг. Поэтому, видимо для очень быстрых звездолётов, нам придётся использовать "внешний двигатель", которые остаётся дома. Например всё тот же лазерный парус. Иного способа получить такую чудовищную но необходимую для быстрых перелётов между звёздами энерговооружённость транспортного средства просто нет. А значит, нет смысла искать некие новые более ёмкие источники энергии чем термоядерный синтез для движения подобных гипотетически очень быстрых звездолётов (с бортовым источником энергии).

[Иван Моисеев]

Удельную мощность считают для циклических, повторяющихся, длительных процессов. Не для одноразовых процессов и явлений. И вы это прекрасно должны понимать.

А как определить, когда надо считать удельную мощность, а когда нет?
Гранаты тоже можно бросать циклически под хвост звездолета.
И это я как раз не понимаю. Понятно, что удельная мощность удобна для сравнения разных ЭРД, а вот в расчете ЖРД она вообще не применяется.

[Vavanzer]

Напоминаю что ни каких альтернатив моему реактору-фотоэлементу-ионнику сейчас нет

  Альтернатив, конечто же нет! Тк нет и самого реактора))) Как может быть альтернатива тому, чего нет в природе))) 
  Или быть может вы встречали какие-то эксперементальные версии у атомщиков!?)

[Vavanzer]

Тут нужно вспомнить, что Семёнов считал 1кВт/кг очень хорошим показателем, если не ошибаюсь

  Так люди автомобильные ДВС форсируют так, что по 500л.с и более снимают с 1,5-2л движка, массой ~100-150кг!)) Это уже раза в 2-3 семеновских "хороших" результатов!))  Авиационные движки еще большую мощность на 1 кг своей массы развивают. В легкую!)))
 Ощущение, что он сбежал не с авиационнного института, а с факультета тракторостроения)))) 

[Vavanzer]

И в случае звездолёта параметр "удельная мощность" или "энерговооружённость" является ОПРЕДЕЛЯЮЩИМ для понимания всей суммы проблем, связанных с созданием такого транспортного средства.

  Тут хорошо замечено. Можно даже посчитать разумные пределы минимальные, с учетом времени ускорения и массы ПН+движок.
  Одно только понятно сразу уже, что масса движка последней ступени (без топлива, рабочего тела, источника энергии и прочих приблуд) должна быть сопоставима с массой ПН.

. В случае гранаты можно посчитать ее удельную мощность. Но это бессмысленно для гранаты в контексте ее назначения, проектирования, совершенствования.

  Как раз таки это для нее очень важный параметр. Энерговооруженность и удельная мощность. Мало энергии - она ничего не разрушит, малая мощность (распределение выделения этой энергии на длительное время) - и она превратится в просто что-то в бестолку дымящееся, просто "пропердится", пошумит и сдуется 

  Со звездолетом чуть получше. Можно растянуть выделение энергии на месяцы и годы!  Это дает нам фору!

[alex_semenov]

А как определить, когда надо считать удельную мощность, а когда нет?

Включаете дурака?
Я вам дам простой метод. Если вы считаете удельную мощность за время меньшее 1 с, то это "неправильная" удельная мощность.
Никакое транспортное средство не находится в пути менее 1 с. Верно?
Любое транспортное средство движется хотя бы ну секунд 10-30 (скажем, лифт).... Но не секунду...
Вот вам критерий. "Для дурака". Нельзя считать удельую мощность длящуюся менее 1 с.
Так что выкинте свою гранату...
 

Гранаты тоже можно бросать циклически под хвост звездолета.

Можно. Особенно термоядерные гранаты и именно в этом случае (только в нём) можно получить предельно возможную удельную мощность для звездолёта с бортовым источником энергии (даже выше чем у ЖРД!). Когда вы отбрасываете и сжигаете  3/4 всей двигательной машинерии в виде одноразовой бомбы. Так и работаете бомболёт. В этом секрет его уникальности.
И при этом ваш любимый инерционный управляемый термоядерный синтез тут "гранатой" считаться не может, так как значительная часть "гранаты" у вас  многоразовые драйверы, которые ЦИКЛИЧЕСКИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ, которые и "садят" удельную мощность всей вашей халабуды почти до энерговооружённости ионного звездолёта (если Q термоядерной реакции не сильно больше 1).

И это я как раз не понимаю. Понятно, что удельная мощность удобна для сравнения разных ЭРД, а вот в расчете ЖРД она вообще не применяется.

Это вы просто не в курсе или лжёте.
Для любой ракеты (и вы знаете как это делается) параметры: тяга, удельный импульс, секундный расход топлива и полезная МОЩНОСТЬ (отсюда удельная мощность) совершенно определённо связаны. Я вам это уже показал раз 10. Но вы вупор не видите.

specific power = удельная мощность используется в теоретической космонавтике сплошь и рядом. Это вы просто ... засахарились в своём развитии...
 




Даже вот в этой работе Interstellar Propulsion Using Laser-Driven Inertial Confinement Fusion Physics термин "MW/kg" встречается 7 раз, а "specific power" 18 раз. И именно в том смысле, в каком этими терминами тут я пользуюсь.

[PostAlien]

Любой технический параметр имеет смысл лишь в контексте назначения технического средства. В случае гранаты можно посчитать ее удельную мощность. Но это бессмысленно для гранаты в контексте ее назначения, проектирования, совершенствования.

Вообще-то, во взрывотехнике существует такое понятие, как "бризантность". И она напрямую зависит от удельной мощности (скорости детонации и плотности в случае химического ВВ).

[Vavanzer]

Ну так может тогда и стоит решать именно проблему удельной мощности?

Итак, у нас задача запихать в килограмм вещества как можно больше джоулей, а потом суметь эти джоули извлечь "без шума и пыли". В смысле без излишнего тепловыделения. Как же этого добиться...?

  Только методом исключения всех ненужных и вредных этапов ее преобразования. Или , же , задействовать это тепловыделение тоже для разгона!
  Там еще в случае с ядерными и термоядерными источниками, весомый процент уходит в гамму, и нейтрино!))) И всяки там альфы, бетты и прочу шушору! Все это высококонцентрированно вылетает из одной точки!  И соразмерно с кинетической энергией молекул, получивших пендели от реации синтеза или распада (смотря что там у нас) 

[alex_semenov]

Это уже раза в 2-3 семеновских "хороших" результатов!

Самый хороший результат, кторый я показывал - ЖРД.
Возьмите Раптор:



Тяга - 3290 000 Н.
Удельный импульс -  360,3 с
Масс - 2000 кг

Полезная удельная мощность 3290 000*360,3*9,8/2000/2 =2 904 198 Ватт/кг то есть 3 Мвт/кг

Да, сами по-себе ЖРД-двигатели не летают. Ну, учитывая что двигатели составляют...



25-10% от СУХОЙ массы самой ракеты, поделите собственную удельную мощность Раптора  на 4 или 10, получим для ракеты (как транспортного средства) её энерговооруженность от мегаватт до 100 киловат на кг сухой массы. Ну я когда-то прикидывал что типичная 500 кВт/кг.
Найдёте транспортное средство с лучшей энерговооружённостью?

Вообще-то, во взрывотехнике существует такое понятие, как "бризантность". И она напрямую зависит от удельной мощности (скорости детонации и плотности в случае химического ВВ).

Но поэтому это и называется ПО-ДРУГОМУ, верно?
Иван включает дурака уже не один год. И я понимаю почему. Потому что "проблема удельной мощности"  по-сути вскрывает ГЛАВНУЮ ПРОБЛЕМУ и можно сказать хоронит концепцию термоядерного звездолёта в духе "Дедал". А для него это немыслимо.
Я ему уже сто раз говорил, что уйдя от "неуправляемого" термояда  к "управляемому", Алан Бонд и вся компашка поменяли шило на мыло и по-сути у них ничего путнего выйти не может! Эта концепция -  тупик. Почти гарантированный тупик. И не потому что управляемый термоядерный синтез до сих пор не сделали. Сделают. Сделать можно, если захотить. Но со своими драйверами они никогда не получат НЕОБХОДИМУЮ удельную мощность всей системы. И это по-сути гарантированно хоронит все их надежды добраться до звёзд таким способом.
Чобы управляемый термоядерный синтез на микровзрывах полетел к звёздам (да еще на скорости 0.1с) вам нужны  драйверы с чудесной энерговооружённостью (на весь цикл работы, то есть за  >1 секунду) ну или Q термоядерной реакции много выше 100... (скажем Q=100 000)



Вся НЕРЕАЛИСТИЧНОСТЬ "Дедала" не в том, что там не полученный пока термоядерный синтез (это то получить несложно!) на неземном гелии-3 (это тоже достать можно), а в том, что там удельная мощность  первой  (например) ступени  40.54 MW/kg!!! А вот это "достать" уже... ухо от Трампа селёдки!
Только при такой удельной мощности он разгонится до нужной скорости за нужное время. Но 40 МВт/кг конструкции это 40 раз выше чем у самой лучшей ЖРД ракеты!!! И вот это - "фантастика, сынок!" (с) Это за гранью всего что можно когда либо добиться для любых самых продвинутых машин!

Почему лазерный парус Форварда - столь прекрасная, совершенная идея (и Дайсон по-сути на нее переключился в 70х, не дурак, уйдя от столь любимого им бомболёта!)?
Только ДЕБИЛЫ не понимают всю прорывную суть лазерного паруса.
По-настоящему ценных идей ВСЕГДА раз два и обчёлся.
В нашем случае их три. ТОЛЬКО три!!!

1. Бомболёт.
2. Магнитный парашют.
3. Лазерный парус.

И быстро  летать к звёздам можно реализовав их все (каждая сама по-себе они полуидеи).

[PathFinder]

Однако, в маховик нельзя закачать произвольно большое количество энергии, так как его просто разорвёт центробежной силой. Как же решить эту проблему?

Продолжу про борьбу за удельную мощность (и энергию).

Итак мы в маховик не можем закачивать произвольно большое количество энергии, так как его разорвёт центробежной силой.
Центробежная сила растёт прямо пропорционально квадрату скорости вращения маховика. Вот бы найти силу, которая тоже растёт прямо пропорционально квадрату скорости вращения маховика и действует равномерно на все точки маховика, подобно гравитации. Тогда бы эти две силы уравновесились и скорость вращения маховика можно бы было неограниченно повышать, "закачивая" туда неограниченное количество энергии (была бы энергия). Хотелось бы вплоть до энергий, превышающих энергию покоя маховика.

И такая сила есть! Представьте себе маховик в виде гантели. Два шара, соединённых "ручкой". Гантель вращается вокруг оси, перпендикулярной "ручке". На шары действует центробежная сила прямо пропорциональная квадрату скорости вращения. Придадим шарам разноимённый электрический заряд. Электрический заряд должен быть равномерно распределён по объёму шара. Вероятно шар должен быть сделан из диэлектрика.

При вращении "гантели", на шары будет действовать сила противонаправленная центробежной и также прямо пропорциональная квадрату скорости вращения.
Как это можно обосновать? Каждый из вращающихся заряженных шаров создаёт ток, который прямо пропорционален скорости вращения. На каждый из шаров действует сила Лоренца, прямо пропорциональная произведению скорости вращения шара на ток, созданный противоположным шаром (а этот ток также прямо пропорционален скорости вращения).

То есть в итоге, сила с которой притягиваются шары прямо пропорциональна квадрату скорости вращения! То есть равна центробежной силе с точностью до коэффициента. Для равенства этих сил остаётся подобрать правильное соотношение заряда шаров к их массам. И всё! Можно раскручивать этот маховик до любых скоростей. Была бы энергия.