Двигатель для межзвёздных перелётов

[Лунный заяц]

Кинетическая энергия E₂=mv_2к²/2≈8487 (Дж).

Здесь я зря округлял. Если не округлять, кинетическая энергия будет точно равна 8500 Дж (ибо 8000 работы по толканию и 500 начальной энергии из-за скорости 1 м/с).

Я вам показывал график движения тела с постоянной подводимой мощностью. Красная кривая:

Простите, не вникаю в ваши графики, пока не прослежу полностью ваши расчёты (а будет ли это когда-то – не факт).

А если вы хотите двигаться равноускоренно (синяя кривая), то вы должны постоянно повышать подводимую мощность по мере того как скорость растёт.

В покоящейся системе отсчёта (системе отсчёта точки старта).

Но двигатель у нас где находится? Если на самом транспортном средстве, то нам пофиг на то, что там вычисляется в точке старта. Постоянная мощность обеспечит нам постоянное ускорение. Другое дело, если, как вы любите говорить, двигатель остался дома. Тогда из-за роста скорости звездолёта придётся наращивать и мощность нашего домашнего двигателя. Либо смириться с тем, что ускорение летящего аппарата будет падать. [Это я не считал пока, но предполагаю, что так. Интуитивно, ага]

Еще один "простой" пример "на ночь". Падение тела с высоты h в гравитационном поле с постоянным ускорением g, разумеется, с постоянной силой F.
Что получается? Гравитационное поле по мере разгона падающего тела увеличивает подводимую к нему мощность W, что бы поддерживать постоянное ускорение?

Это потому что гравитации не нужно догонять тело, она действует везде одинаково на его пути.

[MenFrame]

Постоянная мощность обеспечит нам постоянное ускорение.

Не обеспечит. Энергетика полета пишется через квадрат энергии по отношению к скорости. Эту цену вы в любом случае заплатите.

[viesis]

Но двигатель у нас где находится? Если на самом транспортном средстве, то нам пофиг на то, что там вычисляется в точке старта.

Подождите, как это пофиг? Скорость и энергию же мы определяем относительно точки старта.

[alex_semenov]

Вы отвлекаете меня от подробностей любовных похождений и сексуальных утех  Герберта Уэллса в руках лесбиянок-бле-дей-любовниц из Интелиджент Сервис, голубчик!
Припал вчера вечером и не мог оторваться! Даже мой "любимый" шизофреник Гоша Климов всплыл (и даже молодые фото его увидел с его жёнами-лесбиянками-ведьмами).

Снились Дусины клиёнки
   цвета беж-ж-жь,
И нахальные шпиЁнки
   с БангладеЖ-ж-ж!

(с) Вова, муж Марины Влади...
 

Но двигатель у нас где находится? Если на самом транспортном средстве, то нам пофиг на то, что там вычисляется в точке старта. Постоянная мощность обеспечит нам постоянное ускорение.

Вот! Мы, уважаемый поциЭнт, кажется, и нашли "корень зла"! Корень вашего заблуждения, голубчик! Осталось его аккуратно извлечь...
Постоянство силы и энергии - это ВТОРИЧНО (синим). Первично - инвариантность системы отсёта (красным).
Так вот.
Не важно где находится двигатель.
У вас ДВА закона, которые по-сути две стороны одной медали (Двуликий Янус).



1 Закон сохранения энергии.
2 Закон сохранения импульса.

Поэтому не важно где у вас двигатель. Вы должны сохранить И энергию И импульс при взаимодействии, как говорят "консервативных сил" в системе.
Во всех примерах выше, когда мы рассматриваем ПЕРЕТЕКАНИЕ энергии из потенциальной в кинетическую, мы не рассматриваем МЕХАНИЗМ такого перетекания (на тарелке мы вообще постулировали некий волшебный безопорный двиЖитель!)
Мы просто тупо говорили, что энергия перетекла, сохранилась и стала другой, кинетической.
Но для того чтобы тело получило энергию Mv²/2 в нашей вселенной, оно, тело, еще должно получить импульс Mv. Одно без другого не бывает! Значит что-то должно получить импульс -Mv. Сумма импульсов до и после разгона (вот и абсолютная система отсчёта вам!) должна остаться равная нулю. А раз это что-то получило -Mv, значит это что-то получило и какое-то количество энергии из той, что произвёл двигатель, расположенный не важно где... Улавливаете?
Почему железнодорожный локомотив почти соответствует идеальному, невозможному, безопорному UFO?



Он отталкивает колесом рельсу, которая врыта в Землю. Буквально. То есть ВСЮ ЗЕМЛЮ массой M (точно так же и мы отбрасываем всю Землю своей ногой, когда от неё отталкиваемся при ходьбе и беге). И распределение энергии при таком сохранении импульса таково, что почти вся (да по сути вся!) затраченная энергия (выделенная мощность привода) достаётся локомотиву (массе человека) в виде кинетической энергии. Именно из-за несопостовимого (22-19 порядков!) соотношения реактивных масс локомотива (человека) и Земли.
А вот в ракете соотношение реактивных масс очень даже сопоставимое. И больше всегда энергии достаётся меньшей массе! Почему ракета с чудовищно большой скоростью истечения и небольшим запасом ракетной массы (парадигмистический Хиус) - по чём зря греть вселенную за народный счёт! Через  малое количество отброшенной массы назад, которая отброшена с очень большой скоростью (предельный случай такого маразма - фотонная ракета разогнанная до межпланетной скорости).
Но и ракета с небольшой скоростью истечения и ПОЭТОМУ с большим запасом начальной массы (от  ф.Циолковского - никуда!) - тоже тупой расход энергии. Греть вселенную! Но по-другому. Через тупую ракетную массу, которая почти вся после мига, когда v=c, к моменту завершения разогнанной до v, почти вся будет волочиться вслед (при этом разные части выхлопа с разной скоростью).



Поэтому для любой конечной скорости ракеты v (всё, кончилась ракетная масса, отсечка остатка!), есть оптимальная (с минимальными энергозатратами) скорость истечения u, v/u=1.59... и, соответственно, оптимальное массовое число по ф. Циолковского, в районе 4,9... (если брать соотношение только массы топлива к пустой ракете то 3.9...)!



Если же вы возьмёте больше массу (и меньше скорость истечения) чем оптимум, или больше скорость истечения (и меньше ракетной массы) чем оптимум, то вы на достижение той же самой скорости ракетой потратите БОЛЬШЕ энергии.
А если вы фиксируете сколько энергии любая такая ракета (все они!) тратит в секунду на килограмм  своей сухой массы (у всех вариантов заправки и скорости истечения одинаковая энерговооружённость) то получится, что энергетически оптимальная ракета разгонится до бо'льшей скорости чем любая другая, или... при полёте на фиксированную дистанцию L c разгоном-торможением (и тут надо уточнить еще, что и по оптимизированной для нее траектории, вклад-поправка Моисеева!),  прилетит быстрее всех остальных, за минимальное время. Что мои много раз показанные тут "простыни" из Excel с упорным постоянным  и демонстрируют.


Зы.
Только сейчас мелькнула мысль популяризатора. Хорошее название для главы в каком-нибудь популярной книге на эту тему. Что общего у паровоза и летающей тарелки? Согласитесь, переход радикальный и неожиданный. Принцип Якова Перельмана, "необыкновенное - рядом" (физика - это очень занимательно, парадоксально, необычно!) проявляется тут в полный рост.

[Лунный заяц]

Не обеспечит. Энергетика полета пишется через квадрат энергии по отношению к скорости.

Что? Какой квадрат энергии к скорости? Не, энергетика везде понятная и прозрачная, и если не вылазить из гравитационных ям, можно хоть на 1 джоуле улететь к звёздам, но нужна мощность, чтобы долететь за время до конца человеческой цивилизации хотя бы.  Но мощность – штука хитрая, и можно легко посчитать её не ту.

Подождите, как это пофиг? Скорость и энергию же мы определяем относительно точки старта.

Не, ну можно конечно и мощность двигателя на ракете пересчитать в системе отсчёта точки старта. Семёнов так делает? Тогда у него всё правильно, если нет других ошибок.

Вы отвлекаете меня от подробностей любовных похождений и сексуальных утех  Герберта Уэллса в руках лесбиянок-бле-дей-любовниц из Интелиджент Сервис, голубчик!

О, вы к 60-ти годам наткнулись в Интернете на Галковского Лучше поздно, чем никогда!

Поэтому для любой конечной скорости ракеты v (всё, кончилась ракетная масса, отсечка остатка!), есть оптимальная (с минимальными энергозатратами) скорость истечения u, v/u=1.59... и, соответственно, оптимальное массовое число по ф. Циолковского, в районе 4,9... (если брать соотношение только массы топлива к пустой ракете то 3.9...)!

Эх, видимо придётся всё же читать тему с начала, причём с калькулятором и карандашом в руках (и с Экселем). Пойду пока всё же наполнять тему про биологические эксперименты. Думаю, когда закончу, дискуссия тут будет ещё цвести и пахнуть.

[alex_semenov]

Т

... инвариантность системы отсёта ..

Да. ладно. 
Поздновато Вы полезли в физику

Вам скучно и вас гложет зависть?
В рамках классической физики (а мы рассуждаем в ее рамках) в преобразованиях Галилея время во всех инерциальных системах отсчёта неизменно (инвариантно). Точно так же инавриантна масса и длинна. При переходе из системы в систему - не меняются. Значит неизменно при переходе (инвариантно) и ускорение. А значит сила - тоже инвариантна. Пройденный путь за время - так же. Гм...  а тут нюанс... надо внимательней...  Но  работа и мощность - без вариантов.
Что не так мною сказано?

Вы сейчас ведёте себя точно так же интеллектуально-хамски как Иван при технических спорах. То есть не пытаетесь понять мысль собеседника (принимая рамки его модели), а именно указать на искусственность, ограниченность принятых тем рамок, высмеять их и с умным лицом "уйти победителем", мол вам известна ВСЯ ПРАВДА ЖИЗНИ. То есть фраер с понтонами.
Ну и?

О, вы к 60-ти годам наткнулись в Интернете на Галковского  Лучше поздно, чем никогда!

Да не знал я его никогда! А чем он знаменит? И когда я должен был про него узнать? Когда каждая собака в подворотне о нём узнала? 10 лет назад? 20?... И в связи с чем, собственно?

[alex_semenov]

Что не так мною сказано?

В во всех инерциальных системах отсчёта нет сил.
Нет по определению: Инерциальная система отсчёта — система отсчёта, в которой все свободные тела движутся прямолинейно и равномерно либо покоятся

А! Ну да. Если строго....
В общем, да согласен. Не надо было мне умничать и ввинчивать умное словечко.
Но, надеюсь, это единственная моя ошибка?
 

[MenFrame]

Какой квадрат энергии к скорости?

Квадрат скорости конечно. Энергия пропорциональна квадрату скорости. Соответственно линейное приращение скорости требует квадрат мощности(читай энергии в секунду)

[viesis]

Т

Что не так мною сказано?

В во всех инерциальных системах отсчёта нет сил.
Нет по определению: Инерциальная система отсчёта — система отсчёта, в которой все свободные тела движутся прямолинейно и равномерно либо покоятся

Для свободных тел сил разумеется нет, а для несвободных разумеется силы есть.

[alex_semenov]

Для свободных тел сил разумеется нет, а для несвободных разумеется силы есть.

В остальном, как я понял, тема этих "сисек" раскрыта полностью?
Даже Иван перестал возражать?


А шо с многоступенчатостью?
Тут то, если разобраться со всей теорией (осталось мне ее оформить, пройтись еще раз аккуратно) то прав В ЦЕЛОМ был изначально Моисеев, а не я.
Я то считал (изначально) что ступенчатость не может что-то добавить к ракетному движителю, если такой движитель правильно исследовать, через удельную мощность.
Изначально, я вообще считал, что многоступенчатая ракета из-за  дурного Z (много больше оптимального 4-5, то есть 100 или даже 1000) напротив, съедает время перелёта. Тяжеленная, не способна себя быстро разгонять...
Мол со ступенчатостью, если у вас ограниченная удельная мощность и возиться не стоит! Она годится только безгранично мощному бомболёту!
Ковчег Штерна - одноступенчатый!



И я считал - правильно. Нужно только придать ему правильное Z, исправить траекторию и...!
Даже присланная Иваном статья 1971-го от Алена Бонда где он показал помимо многоступенчатого бомболёта, еще и многоступенчатый ионный зонд меня не сильно насторожила (я посчитал Алена Бонда не совсем в курсе, ну британский учёный, ну что взять то?)
Но! Явился сюда Елистратов со своим ступенчатым зондом.
Тоже "не в курсе". Насчитал какую-то несусветную хрень (а он считал как положено от удельной мощности)! Чудестные сроки перелёта! Не может же быть такого! Он то и заставил меня сесть считать его 8-и ступенчатый зонд (я хотел показать что его расчёты не верны)...
Но зонд Елистратова показал (наглядно) мне в прямых расчётах чтоя не прав! Да, сроки Елистратов называет неверно-оптимистичные (ибо округляет) но и при правильном расчёте они оказываются куда лучше чем у лучшей одноступенчатой ракеты с той же энерговооружённостью!
Откуда?
Я - не прав?
Гм...
Так вот. Да, я был не прав!
Ступенчатость, чисто теоретически, может В НЕКОТОРОЙ СТЕПЕНИ преодолеть проблему "низкой удельной мощности" при перелёте.
Теоретически, проблема низкой удельной мощности может быть снята полностью!
А практически?
А практически - надо иметь хорошую расчётную оценку.
И тогда будет картина маслом...

[PathFinder]

Так вот. Да, я был не прав!
Ступенчатость, чисто теоретически, может В НЕКОТОРОЙ СТЕПЕНИ преодолеть проблему "низкой удельной мощности" при перелёте.
Теоретически, проблема низкой удельной мощности может быть снята полностью!
А практически?
А практически - надо иметь хорошую расчётную оценку.
И тогда будет картина маслом...

Так удельная мощносить ещё интересует или как? А то у меня электрически заряженный маховик начал помещаться в относительно вменяемые массы и размеры при удельном заряде в 0,1 - 1 Кл/кг. А при 1000 Кл/кг - так просто со свистом. И есть идеи, как получать такие удельные заряды. Если только я всё там правильно понимаю и нигде не ошибся. 

[alex_semenov]

Так удельная мощносить ещё интересует или как? А то у меня электрически заряженный маховик начал помещаться в относительно вменяемые массы и размеры при удельном заряде в 0,1 - 1 Кл/кг. А при 1000 Кл/кг - так просто со свистом. И есть идеи, как получать такие удельные заряды. Если только я всё там правильно понимаю и нигде не ошибся. 

Допустим. А звездолёты тут причём?
Ну вы смогли сделать супернакопитель энергии. Допустим. И? Ну разве что как-то пристроить его в качестве амортизатора к "Ориону"? Или накопитель для драйвера в ЛТЯРД?
Кстати, тут у нас есть физики по-круче чем я! Я инженер (художник-фантаст) с углублённым знанием физики. Не более.

Валяйте что у вас есть! Желательно с рисунками формулами и цифрами.

[PathFinder]

Так удельная мощносить ещё интересует или как? А то у меня электрически заряженный маховик начал помещаться в относительно вменяемые массы и размеры при удельном заряде в 0,1 - 1 Кл/кг. А при 1000 Кл/кг - так просто со свистом. И есть идеи, как получать такие удельные заряды. Если только я всё там правильно понимаю и нигде не ошибся. 

Допустим. А звездолёты тут причём?
Ну вы смогли сделать супернакопитель энергии. Допустим. И? Ну разве что как-то пристроить его в качестве амортизатора к "Ориону"? Или накопитель для драйвера в ЛТЯРД?
Кстати, тут у нас есть физики по-круче чем я! Я инженер (художник-фантаст) с углублённым знанием физики. Не более.

Валяйте что у вас есть! Желательно с рисунками формулами и цифрами.

Не просто накопитель, но и способ отбрасывать реактивную массу БЕЗ ПАРАЗИТНОГО ТЕПЛА, что является препятствием для роста удельной мощности.

[Алексей Николаевич.]

разве что как-то пристроить его в качестве амортизатора к "Ориону"?

Можно использовать в качестве двигателя ориентации. Всяко лучше чем держать газ, сопла по кругу и прочее.
А тут три маховика и всё.

[PathFinder]

разве что как-то пристроить его в качестве амортизатора к "Ориону"?

Можно использовать в качестве двигателя ориентации. Всяко лучше чем держать газ, сопла по кругу и прочее.
А тут три маховика и всё.

Вы не поняли. Речь о маховике, внешняя часть которого вращается с ОЧЕНЬ большой скоростью. От 0,1c и до сильно релятивистских.

[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.

Вот тут эта идея изложена.

[PathFinder]

Допустим. А звездолёты тут причём?

Мне показалось, что идею с маховиком вы полностью поняли. А оказывается, что нет. Хотя чего там понимать, всё просто.

[Лунный заяц]

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).

Так на шары и обычная электростатическая сила Кулона будет действовать. Вы считали, как они соотносятся? Может, Лоренца вообще трогать не надо. Накачиваете заряд в шары по мере разгона и они чисто кулоновски притягиваются.

Но это ладно. У меня скепсис по поводу того, как вашу гантель использовать в качестве движителя. Вы хотите на какой-то скорости разрядить шары, чтобы один из них улетел, да? Тогда, во-первых, не представляю как можно подгадать при таких колоссальных скоростях точный момент, чтобы шар улетел именно назад, а во-вторых, второй шар у вас тоже улетит (сквозь звездолёт, ага) и импульс будет полностью скомпенсирован (кроме обломков звездолёта, раскиданных вторым шаром, но это вряд ли то, что нам нужно).

[viesis]

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

 Была бы энергия.

Вот тут эта идея изложена.

Шары неподвижны друг относительно друга, и почему возникает парадоксальный вывод о возникновении дополнительной силы не очень понятно.

[PathFinder]

Так на шары и обычная электростатическая сила Кулона будет действовать. Вы считали, как они соотносятся? Может, Лоренца вообще трогать не надо. Накачиваете заряд в шары по мере разгона и они чисто кулоновски притягиваются.

Электрический заряд мы не можем постоянно увеличивать, или пробой будет или механически шар разорвётся. А сила Лоренца будет именно неограниченно сама расти по мере роста скорости вращения.