Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Ученые обнаружили странное поведение высокоэнергетической "горящей" плазмы
https://dailytechinfo.org/energy/11780-uchenye-obnaruzhili-strannoe-povedenie-vysokojenergeticheskoj-gorjaschej-plazmy.html
О работах на NIF.

Не понял. Какой такой эффект Доплера?

Это к популярному на этой теме тезису о том, что термояд не проходит.
Работы идут, где-то за углом возможен весомый успех.
Все не так быстро, но тем не менее...

Никто не сомневается, что вы можете постороить двигатель на "продвинутом" термояде. Вопрос в том, как быстро эта ваша продвинутая калымага сможет разгоняться?
М - масса ракеты (она переменная но не суть пока)
F - тяга.
u-  скорость истечения
Полезная мощность ракетной струи W = Fu/2. То есть, ускорение a =F/M = 2W/u/M. Выразим W/M (Ватт/кг) как w, тогда

a =2w/u

Если у вас огромная скорость истечений u ( скажем 10 000 000 м/с), то что бы иметь приличное ускорение a (скажем 0.1 м/с²) вам надо иметь очень большое w, в данном случае 1 000 000 Ватт/кг.
И тут не важно что это за "кг". Пустая ракета? Заправленная (еще хуже!)?
Вы можете получить свой термояд в капле. Но этого - мало что бы добраться до цели быстро. Вам еще нужна еще и  чудовищно большая w. А вот с этим у вас будет напряженка, так как у вас драйверы со своей очень ограниченной энерговооруженностью.

Кстати. Многоступенчатость вам тут  не поможет. Никак. И не стоит лепить в алгоритм оптимизиаци. Напротив. Она только усугубит ситуацию, если вы лимитированны по энерговооруженнсоти.
Многоступенчатый подход мыслим В ОДНОМ И ТОЛЬКО ОДНОМ случае  - если у вас есть избыточная энерговооруженность. Ее достаточно для 1 м/с², скажем или даже 10 м/с²
Такая избыточность пока мыслима в двух случаях. ЖРД (при скоростях истечения в десятки км/с) и бомболётах Дайсона (при скоростях в тысячи км/с)
Остальные случае, в том числе и любой продвинутый управляемый термояд (пусть даже  истечение в 10 000 км/с) - это ограниченные по энерговооруженности системы. C мизерным ускорением.
И отбрасывать ступени, баки, сжигать в камерах сгорания лишние ионные двигатели (как это предлагали британцы Шеппард и Бонд)  для таких систем - БЕССМЫСЛЕННО.
Оптимум тут - одноступенчатая ракета с массовым числом ~4.
Любая попытка взять больше топлива (при той же мизерной энерговооруженности) приведет к тому что вы будете лететь к цели дольше.
Дурные хлопоты!

[alex_semenov]

Требуемый минимум мощности 1 кг/с*(10^6)^2/2 = 5,00E+11 Вт.

А почему такая маленькая скорость истечения 1 000 000 м/с ?
А если скорость в 10 раз больше то  5,00E+13 Вт

На что это надо поделить, чтобы получить удельную мощность?

Да на что угодно!
Например, можно на конечную массу. M_k (рекомендую)
Она даст самое большое ускорение.
Можете на начальную M₀.
Это будет самое маленькое ускорение.
Разница этих ускорений будет в R  - число Циолковского.

[alex_semenov]

А массовый расход рабочего тела M′=2Wu2=2∗10622=M′=2Wu2=2∗10622= 500 тонн! в секунду

Не рвите душу.  У нас с вами не хватит глубины зрения увидеть всё пространство открывающихся тут идей.  Мне - точно не хватает!

[alex_semenov]

Смотрите, как много было разных идей/проектов и все "упирается в энерговооруженность". Как в некий потенциальный барьер.

А это и есть единственный "вязкий" барьер на пути в любую точку вселенной. Скорость света - никакой не барьер. Напротив. 
Если вы можете позволить себе чудовищную энерговооруженность, скажем,  непрерывное ускорение в 1g =10 м/с², для чего вам нужна энерговооруженность вашего аппарата  w =ac = 10*3e+8=3e+9 Ватт/кг 3 ГВт/кг, тогда непрерывно так ускоряясь пол пути, а  пол пути тормозя на том же 1g вы:

Долетите до A-центавры за 3,5 года.
До центра нашей Галактики за 19 лет
До Туманности Андромеды за 25 лет
Путешествие вокруг видимой части вселенной - 42 года

Да вам нет преград с такой энерговооруженностью! Тогда лично вам скорость света - никакой не барьер!
Настоящий барьер только один. Энерговооруженность. Так и есть!

Кажется нужен хакинг и этот хакинг должен быть смелым.

И что вы мне предлагаете? Напрячься и... выпрыгнуть из "стереотипа"?
А не повторю ли я при этом подвиг главного героя антиутопии "Бразилия" 1985 г?
Смотрели фильм?



До конца смотрели?
Там в конце герой очень ловко вырвался на свободу. Совершает хак. Я допускаю, что вы проделали то же самое...
Вы мне предлагаете сделать то же?
Следовать за вами?
Соблазнительно... конечно...
Но я, всё же ещё помучаюсь тут.

[alex_semenov]

В развитие мысли, которая долго во мне сидела, но только недавно прорвалась к сознанию.
Вот картинка из книги Ляпунова "Борьба за скорость" 1952 года:



Картинка редкая (больше такого я нигде не видел).
Скажите, ЧТО ЗДЕСЬ РЕЖЕТ ГЛАЗ?
В ней есть некая вопиющая нелепая "новизна". Бросается в глаза сразу.
Но не сразу доходит что же тут не так?
Так что?
То что космодром-эстакада в центре Москвы - оставим это в стороне. Да, тоже глупость, но так было принято тогда.
Что еще?

[alex_semenov]

Перебои со светом начинают раздражать, однако...
 

Так тогда это было в общественном сознании.
Циолковский+Вернер фон Браун.
Критики можно навести много, но такая критика была бы полезна в 1952 году, а сейчас это не камильфо.

Мы не собираемся ИХ критиковать. Мы собираемся себя критиковать.
На вашей схеме хотя космоплан и СОСТАВНОЙ (многоступенчатый) но с эстакады он уходит ОДИН. Самая верхняя "субракера". Заметили?
Точно так же и "серебряная птица" Зенгера...



Тут тоже есть очень мощная "первая ступень"- разгонник. Зилберфогель тоже как бы составная ракета. Но составным был поезд. Не летательный аппарат. Первая ступень работает только на эстакаде. Разгонник никуда не летит (ну разве что слетает с эстакады и падает по параболе вниз).
Знаменитая "Луна-1" из "Знания-сила" 1954 года (с атомным двигателем) так же уходит с эстакады в одиночку...



Хотя и для нее рельсовая тележка снабжена дополнительными разгонными ускорителями.



Ненормальным, нелепо (непривычно) в картинке из книги Ляпунова выглядит именно многоступенчатость, составной космоплана, стратрующий с эстакады. Потому что обычно хорошо продуманный эстакадный космоплан или астроплан всегда ОДНОСТУПЕНЧАТЫЙ.
Заметили?
Любители старой фантастики. Эпоха астролётов, космопланов, приборов для мирового пространства - особая довоенная и чуть-чуть послевоенная эпоха... Все эти аппараты, если стартовали с эстакады, то всегда были одноступенчатыми. Хотя идея МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ракет тоже существовала всё это время (появилась даже раньше!) где-то рядом но на совершенно отдельной "эволюционной ветке". Такие многоступенчатые монстры с самого начала  стартовали вертикально. Не с эстакады.
И сразу вопрос. А почему они никогда не пересекались (ну разве что вот на этой редкой картинке)?
Предки были идиотами? Не могли объединить две прекрасных идеи чтобы получить третью совсем прекрасную?
Идиоты, как правило, потомки. Мы. Предки всегда оказываются мудрыми.
Но в чем мудрость "несмешивания" идей?
 

[alex_semenov]

Ракетные поезда.Если присобачить к нижним ракетам парашюты, получится многоразовость.

Многоразовость там вроде как изначально и предполагалась.
Одноразовость - как раз наследие ракетных снарядов (от одноступенчатой А-4 фон Брауна).  А космопланы всегда были как самолёты. Летать должны были много раз (хотя как правило разбвивались в процессе первого же полёта в силу приключенческого загиба).
Но "поезд" - ключ.
Казалось бы... Поезд из множества "вагонов" идет по эстакаде (рельсовой! как и положено поезду!) и уходит в небо! Прекрасный, очевидный образ!
Ну как тут:



В 100 раз лучший!
Почему бы такой конструкции из множества вагонов не взлетать с "пол-моста" - эстакады? Отличный художественный образ!
Но нет! Даже в созданном при консультации автора идеи "составной ракеты" Циолковского фильм "Космический рейс", опять таки посылает с эстакады одноступенчатый космоплан!



Идеи упорно не хотят скрещиваться! Как рептилии с млекопитающими... Во всём этом видится некое ИДЕЙНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ расхождение.
Несовместимость.

[alex_semenov]

Параболическая эстакада. Боковые перегрузки порвут "изделие" как тузик грелку.

Да, важное замечание. Хотя и чуть боковое. Космоплан, особенно на такой вот эстакаде с изгибом, будет испытывать сильные БОКОВЫЕ перегрузки и значит ему помимо вертикальной продольной прочности (как действует ускорение) надо обладать и боковой. Как самолёту. Но пока вся конструкция на эстакаде, то какая разница составная конструкций или нет? Для именно многоступенчатого "поезда" - никакой. Одна и та же перегрузка будет действовать на каждый вагон одинаково (вжимая его в рельсы) не важно сколько вагонов вы там "прицепили".

Он же не в космос, а в Лондон ФАУ отправлял. И такой старт, вероятно, был выгодней.

На Лондон статровали два типа снарядов.
ФАУ-1 - самолёт-снаряд. И он стартовал именно "как положено" (сумрачному немецкому гению) с эстакады...



А Фау-2 изначально проектировалась как оружие, способное стартовать с ЛЮБОЙ ПОЛЯНЫ В ЛЕСУ.



И что интересно?
История лживо нас убеждает что британцы ни во что не ставили это новое "оружие возмездия". Неправда. Черчилль, как только ознакомился с первыми результатами бомбардировок бомбами-роботами приказал Харрису (командующему стратегической бомбардировочной авиацией)  подготовить химическое оружие для бомбардировки городов Германии В ОТВЕТ! Если обстрелы действительно будут массовыми, британцы готовы были в ответ залить немецкие города газами. И они это могли бы сделать!
Но удары ракет были не столь уж и массовыми (в сравнении с тем, что творили британцы и американцы с немецкими городами).
При этом эстакады для запуска фау-1, британцы быстро вычислили и разбомбили (даже скрытые в бетонных бункерах). А вот с позициями фау-2 была целая беда. Их же не было! Каждый раз запуск - с нового места. Выдвинулись, развернулись, пустили и уехали, оставив обожженную поляну в лесу. И таких полян...
Стартовые позиции боевых фау-2 искали, их ловили... Но пока не вышибли немцев с побережья (ракеты просто не долетали до Лондона) - задача поймать стартовые позиции фон-Брауновских ракет была невыполнима. Тут у немцев был абсолютный успех.
Вертикальный старт был огромным плюсом этого ОРУЖИЯ.
Поэтому даже в день величайшего в жизни триумфа фон-Брауна (пуск Аполло-11) первый вопрос от журналистов: вы гарантируете что эта ваша ракета не упадет на Лондон?
Су-к... и!
 
Но мы же говорим о мирном космосе?

[alex_semenov]

До центра нашей Галактики за 19 лет
До Туманности Андромеды за 25 лет
Путешествие вокруг видимой части вселенной - 42 года

А с этого места пожалуйста поподробнее! А то мне в этом разделе говорили, что нам никак не долететь до Великого Аттрактора

А вы разве не знакомы с релятивистской динамикой?
Это цитата из книги Фертрегда "Основы космонавтики" 1965 г.
Но вообще говоря всякий может сесть и все это в два счета посчитать. Благо теперь у всех есть под рукой подходящие "счеты" для работы с гиперболическими синусами.
собственно.

[alex_semenov]

Задрал ваш Суровикин.
То у меня света нет. То интернета...

Но одна Фау-2 стоила как два танка, т.е. на эти деньги Гитлер бы смог организовать еще одну армию вторжения, такую же, как у него была в июне 1941 г. И тогда бы число дополнительно убитых исчислялось бы миллионами.

Не мог. Даже то оружие, что Германия изготовила  некому было давать в руки.
Главная проблема (и уже с 1943-го) - кадры. "Кадры решают все!" (с)
Говорят, вместо Фау-2  Германия могла наделать истребителей и прикрыть небо. Но кто бы сел за их штурвалы?
То же и с танками. Танков в Германии хватало. Не хватало людей. Уже.

А насчет вопроса на пресс-конференции - это похоже фейк.
Был бы такой вопрос - у нас бы раззвонили, до каждого дворника довели бы.
А я ни разу не встречал, хотя прочитал много литературы и по Брауну, и по Аполлону.

Гости поспешно вернулись в дом. Фон Браун, облаченный в отливающий серебром костюм, белую рубашку и черный галстук, выглядел сегодня более впечатляюще, чем вчера, на пресс-конференции. Встреча проходила в присутствии нескольких сот корреспондентов, вооруженных кино- и телекамерами, и швейцаров в зале, нашпигованного  переносными микрофонами, чтобы усиливать и записывать для потомства вопросы, которые приготовили журналисты. Фон Браун прилетел вместе с докторами Мюллером, Дебусом, Гилрутом и директором Научно-исследовательского центра имени Лэнгли, но добрая половина вопросов была обращена к нему. По-видимому, ему не нравилось, что пресса любила  позлословить по поводу его прошлого. Взять хотя бы заезденную байку, известную каждому журналисту.
- Скажите, пожалуйста, доктор Браун, - якобы поинтересовалсяя корреспондент, - а вы уверены, что "Сатурн-5" не упадет на Лондон?
Фон Браун покинул зал, не удостоив ответом наглеца.
Конечно же, эта история, изрядно сдобренная репортёрской желчью, была придумана.

Норман Мейлер
"Из пламени на Луну"
Кстати. Сама книга Мейлера пронизана ИЗРЯДНОЙ долей желчи "лирика" против "физиков". По-сути она передает СКУКУ, какую испытывают пресыщенные люди, вращающиеся в бомонде и уже уставшие описывать этот  скучный, предсказуемый до омерзения бомонд. На этот раз скука по подводу полёта на Луну и всей этой высокой суетни вокруг этого. И нахрена это всё было надо, спрашивает скука? Вот и на Луну уже полетели. А счастья - нет!
Мне книга показалась именно такой.
Действительно. США испытывают высочайший технологический триумф. Но в это же время идет бунт поколений и война во Вьетнаме оказывается точкой притяжения этого бунта. Главное там было другое. Зажравшееся поколение было недовольно тем, что они ожидали в детстве всё же чего-то большего!
То же самое случилось и с нами через 20 лет. США свой бунт обожравшихся  подавили, мы - нет.
Я уверен, от части и потому что в своё время согласились не лететь на Лун. Не равнять счет и прекратить космическую гонку.

[alex_semenov]

Только нет затрат на трение и удержание на эстакаде.

Зато есть траты, на компенсации собственного веса.

При взлёте под углом с прямой эстакады вы тратите кучу топлива на полёт в плотных слоях атмосферы.

Отчасти это так, но это связано не только с потерями в атмосфере, а во многом с тем что жрд движки в вакууме работают эффективней.

У! Как всё запущено... Но мы таки движемся к цели!
Да, все замечания - интересные. Но всё это мелочи в которых тонет (для меня долго тоже тонул) ГЛАВНЫЙ ВОПРОС...

Наводящий вопрос.  Обратите внимание. У всех эстакадных космоПЛАНОВ или астроПЛАНОВ есть... крылышки... Небольшие, острые... (как у крылатых ракет)
Это зачем? Как вы думаете?

Одна поправка к уже выше сказанному в полемике. Эстакада не выполняла роль первой ступени. Никак. Ну прикинет. Какую скорость могла получить система на тележке к концу эстакады?
Ну 300 км/час, ну 500, ладно 700. Ну что это за скорость в сравнении с 2 км/с?
Эстакада выполняла роль взлётной полосы. Такой, что бы пилоту не надо было на ней рулить. Рельсовой взлётной полосы с которой нельзя соскользнуть в сторону (допустить ошибку пилота в самом начале дорогущей экспедиции).
Согласны?
Эстакада по-сути создавала ракетоплану автоматический самолётный старт.

Ну и ещё. Конечно многокилометровая эстакада, как ее описывают, построенная на вершину Эльбруса (например)  была бы просто чудовищно-дорогим сооружением. Ясно что даже самый дорогой стартовый стол с котловиной газового лотка и рядом не лежал бы по цене с такой эстакадой. Но вряд ли экономика "убила идею". Всё там глубже, фундаментальней. Экономику поэтому оставим пока в стороне.

Главный наводящий вопрос. ТЯГА главного ракетного двигателя астроплана (дополнительные ускорители - не в счет), стартующего с эстакады ДОЛЖНА БЫТЬ БОЛЬШЕ массы ВЕСА стартующей, полностью заправленной ракеты?

[alex_semenov]

Ключевой плюс запуска реактивного прибора в мировое пространство с эстакады в том, что прибор НЕ ДОЛЖЕН  иметь тягу выше своего стартового веса на Земле.
Вместо этого он должен иметь ма-а-а-а-ленькие гиперзвуковые крылья. И такой режим ухода в мировое пространство  "на крыльях" ОДНОЗНАЧНО энергетически выгодней чем вертикальный старт привычной нам ракеты.

Первое. Что надо уточнить.
Какая из двух траекторий выхода на орбиту (уход на межпланетную трассу - то же самое) энергетически менее затратна?
Два упрощения.
ВРЕМЯ  разгонных импульсов в обоих случаях - обнуляем пока. Ракета приобретает каждый кусочек скорости в точке траектории мгновенно.
Второе упрощение. Атмосферу пока не учитываем. Её пока нет.

Теперь два модельных варианта:

1)  Вертикально (выстрелом) подняться на высоту орбиты h (v₁=(2gh)^1/2) там "лечь на бок" и вторым импульсом-выстрелом  разогнаться до орбитальной скорости на этой высоте v₂.

2) Стартовать сразу от поверхности  ГОРИЗОНТАЛЬНО, первым импульсом набрав скорость v₃, равную сорости в перицентре эллиптичской орбиты (на нулевой высоте над поверхностью) с апоцентром h на противоположной стороне планеы. Такой эллипс касается поверхности планеты в точке старта. Далее, когда вы достигли по этому эллипсу его  апоцентра (высоты h на потивоположной стороне планеты от места старта) дать еще один разгонный импульс v₄ и тем самым вы выходите на круговую орбиту.

Оба случая дают один результат - движение по круговой орбите на высоте h. Но v₁+v₂ >v₃+v₄. То есть второй случай более ОПТИМАЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ВЫХОДА.
Не верите? Проверьте.
Первый случай содержит затрату на управление. Неоптимальность траектории выхода. Иных затрат тут не.
Так как вы МГНОВЕННО приобретаете v₁, ... , v₄, у вас нет затрат на "висение" в поле гравитации, то есть гравитационных потерь.
Так как тут нет атмосферы, то у вас нет и потерь на борьбу с сопротивлением воздуха (которая, кстати, обычно составляет менее 1% от конечной энергии ракеты, то есть по большому счету самые малые потери).

То есть. Причина, почему вам следует сначала стартовать "вверх", а не сразу "вбок" - "второстепенная". Даже на Луне (где нет воздуха) вам нужно приподняться над поверхностью что бы не задеть неровности местности, когда вы ляжете на касательную. Ну а на Земле у вас есть атмосфера, которая у поверхности очень плотная, поэтому есть смысл сделать "горку" и как можно быстрей выскочить из плотных слоёв ( 10-50 км).
Однако. Любой реактивный прибор, желая оптимально выйти на орбиту или курс к другой планете должен как можно быстрей "лечь" на бок, не увлекаясь "вертикальными прыжками".
То есть. Эстакада таки, "смотрит" правильно. И пускает ракетоплан правильно. А вертикальный космодром - нет. Вертикальный старт - это "хитрый маневр" для борьбы со второстепенными препятствиями. Обойти атмосферу и неровности поверхности. На идеальном шаре без атмосферы вы должны стартовать по касательной к поверхности.

Но это - только цветочки.

[alex_semenov]

Теперь, поняв КУДА надо стартовать, мы будем вводит реализм.
Первый и самый главынй.
Ракета не разгоняется мгновенно как снаряд из пушки. Куда бы она не направлялась, должно пройти время что бы она приобрела, скажем скорость v₂ или v₃. И за это время она (в первом случае) заметно упадёт с высоты  h. Либо? Вы должны поставить сопло ракеты не строго горизонтально, а чуть под углом что бы компенсировать падение, за время разгона. И это потребует от вас ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ затрат топлива и энергии. Это - затраты на "висение" или ГРАВИТАЦИОННЫЕ ЗАТРАТЫ/ПОТЕРИ.
Кстати. Из всех потерь (или затрат) у вертикально стартующей ракеты они - самые большие. Их просто тяжелей всего минимизировать.
Чем дольше ракета разгоняется, тем дольше она "висит" на своём ракетном хвосте и затраты на это висение - это чистая потеря (в сравнении со случаем, если бы мы разгнонялись мгновенно как снаряд в пушке).
В этом смысле САМЫЙ затратный участок - вертикальный.

А что же ракетоплан? Это сигара бескрылой ракеты имеет один механизм "летания" или "висения в воздухе" - ракетный двигатель. А у ракетоплана есть крылышки. Он может использовать сопротивление воздуха (одно из препятствий)  ПРОТИВ другого - гравитационных потерь.  Пока он разгоняется до ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ (нам другой не надо) скорости, он может висеть на крылышках! Да, для этого нужен воздух и это всё же затраты (не такие чудовищные но всё же). Однако мы можем же так выбирать траекторию полёта в атмосфере, что бы с ростом скорости давление атмосферы снижалось так, что бы обеспечивать висение. Подъемная сила крыла пропорциональная квадрату скорости и пропорциональная плотности, которая падает экспоненциально с высотой.  Можно так оптимизировать полёт ракетоплана что не просто у него не будет гравитационных потерь! Они конечно будут. Но будут через сопротивление воздуха. Но суть в том что вы легко можете одну проблему (воздух) обратить против другой (гравитация, необходимость некоторое время "висеть" в поле тяготения до того как наберёте космическую скторость).
То есть.
Идея ракетоплана - "не пальцем деланная"!
Вериикально стартующая ракета фон-Брауна всё берёт "грубой силой". Избытком тяги над весом. По сути.
Но ракетоплан...  Ему совсем не обязательно иметь такую избыточную тягу.
Тяга ракетоплана может быть явно меньше стартового веса реактивного прибора, так сказать.
И тут то мы (через все тернии) и подходим к главному.
Почему же передовые приборы для покорения межпланетной среды, для перелётов между планетами, наиболее продвинутыми умниками до того как военные (фон Браун - гад!) нам навязали вертикально-стартующие многоступенчатые ЖРД-ракеты как стандарт,  всё же предпочитали ОДНОСТУПЕНЧАТЫЕ космопланы, стартующие с эстакад на двигателях, тяга которых ну явно ниже стартовой массы самих космо (или астро) плана?
Мы - почти у цели!

[alex_semenov]

Я закончу.
Есть заезженная тема. Про проклятье формулы Циолковского.
Это как проклятье Кассандры.
Кассандре бог Аполлон дал дар предвидения, но забрал способность убеждать людей в своей правоте.
Закон ракеты позволяет ей разгоняться до скорости v, БОЛЬШЕЙ чем скорость истечения ее газов u.
Напомню, что в начале века самая тонкая критика пушки Жюль Верна сводилась не к перегрузкам, которые убьют живых путешественников и не к вопросу сопротивления воздуха. Спор свёлся в итоге к тому можно ли запустить в мировое пространство хотя бы просто литой снаряд из подобной пушки?
И главный аргумент против (мол, природа не дала нам никаких шансов! ну как сейчас со звездами...) был в том, что снаряд в пушечном стволе нельзя разогнать быстрей, чем движутся пороховые газы, какой бы длинный ствол ни был, каким бы объемом пороха мы ее не зарядили, но газы от химической реакции не могут двигаться быстрей 3-5 км/с (нюансы с распределением мы опускаем, всё равно всё сводится к этому же). А нам нужна скорость 8-12 км/с! "Пороховых газов" явно недостаточно что бы что-то покинуло Землю!
Рожденный ползать... Всяк сверчок, знай свой шесток... Квод лицит йови, нон лицит бови...
и т.д.
Именно на фоне этого УПАДНИЧЕСТВА и появляется идея ракеты и формула Циолковского. Прибор для исследования мирового пространства есть! Это - ракета. В отличии от пушки ее конечная скорость может быть в разы больше скорости истечения! Это  - прорыв! В мировое пространство!
Это - наш шанс!
И таки да... Вся современная ракетная техника пользуется именно этим ШАНСОМ.
Одно "но".
Формула, дав нам дар, обременила нас проклятьем в виде логарифма. Слишком сильно отношение u/v  вырасти не может. Расплата за это - экспоненциальный рост R - числа Циолковского, отношения начальной массы к конечной.
Вырваться из колыбели, мы конечно можем. На химии.
А вот на Венеру или Марс... Хотя бы. Даже на Луну (учитывая что там нет атмосферы и нельзя схитрить за счет торможения об нее). А ведь нам мало слетать туда, нам же надо и вернуться! Та же Венера. С Земли улететь 11.2 км/с, ладно там мы затормозим атмосферой и сядем на мизерах, но взлететь и полететь назад - еще те же 10-12 км/с! Итого в сумме (чешут репу самые умыные) надо иметь v = 22-25 км/с. Но при химических, даже u=4,5 км/с... exp(22/4.5) =133, Ну а при u= 3,3 , R=735! Безумное отношение. Оцинкованное ведро имеет R=10 (отношение веса полного ведра воды  к пустому). И это, скорей всего, инженерный предел для любого космоплана!
А значит, что бы полёт на ту же Венеру и обратно стал реальностью (твёрдой научной фантастикой, а не фантазиями балбесов) нужно что бы скорость истечения у астроплана была.... ну хотя бы 10 км/с!
Нужно чудесное топливо. Атомарное или атомное (вполне себе научно воображаемое, даже атомарное на фоне нанотехнологических фантазий всплываало совсем недавно!). Тогда можно махнуть и на Венеру и на Луну.
Но что означает скорость истечения в в 2-3 раза выше чем у химической ракеты (они уже летают!)?
Те, заправленные вертикально стартуют с ускорение 1.5-2g. То есть тяга над весом у них 2.5-3. И это на пределе термических возможностей машин и материалов!
А как будет здесь?
Мы ничего не знаем о топливе и о принципе такого чудо-мотора. Но мы понимаем что такой двигатель будет по энерговооруженности или энергонапряженности эквивалентен ЖРД. То есть, из W = Fu/2, мы видим, что при равной мощности ЖРД и чудо-двигатель с истечением в 3 раза большем будет иметь ТЯГУ в 3 раза меньше.
И если ЖРД ракета может себя поднять вертикально вверх над стартовым столом (та же ФАУ-2) то наш чудо-ракетоплан скорей всего уже не сможет на такое! Его тяга будет либо равная либо явно меньше веса полностью заправленной ракеты.
А раз так, нам нужна эстакада и ма-а-а-аленькие крылышки!
Логично?
Очень даже.
Вот почему в начале 50х, даже не смотря на то что во всю летали фон-Брауновские  ЖРД-ракеты, в фантастике (тот же репортаж про полёт на Луну в 1974-м году) упорно продолжали ставить на крылато-эстакадные одноступенчатые ракетопланы как на БОЛЕЕ перспективное решение. ЖРД  фон Брауна - синица в руке.... По-сути тупик. Ну первые шаги. Не более!
А настоящий прорыв будет не там!

Кстати. Киви. Первый двигатель, который действительно приближался по скорости истечения к астропланному идеалу. 9 км/с. Киви-А создавал тягу меньше собственного веса. Хотя КИВИ- это аббревиатура, но вторым, ироничным дном названия была игра смысла, что птичка киви - бескрылая птичка (как и пингвин или страус) которая сама не умеет летать. То есть не то что бы поднять ракету с топливом над стартовым старом, но даже самого себя этот двигатель не мог поднять! Такова была первая плата за бОльшую скорость истечения. То есть сторонники ажурных эстакад и ма-а-а-ахоньких крылышек были абсолютно правы!
Тогда. Еще тогда!
Ну а теперь... самый передовой двигатель - электроядерный. Нам его втыкают как некую чудо-новинку. Прорыв века!!! С смехотворно-мизерной тягой (и энерговооруженностью). Даже эстакада такому взлететь с Земли не поможет. Верно?

[alex_semenov]

Но зачем всё так усложнять?

Вы описали ХОТТЛ
Но вы явно не сечёте (не держите всю нить моих рассуждений).
Вертивкальный взлёт покупается ЧУДОВИЩНО тягой, которую способен обеспечить ЖРД или ТТРД. В общем двигатель, с фантастически-ИЗБЫТОЧНОЙ энерговооруженностю.
Вы не можете громоздить две, три, пять ступеней ПРОСТО ТАК. Вам за это надо чем-то заплатить. И платите вы огромной тягой и фантастической энерговооруженностью (если считать от пустой ракеты) аппарата при небольшой скорости истечения.
То есть проклятье формулы Циолковского не просто увеличивает вам начальную стартовую массу по экспоненте.
Оно так же быстро требует от вас роста энерговооруженности аппарата.
И если у вас тяжело с энерговооруженностью (нет избытка как у ЖРД или бомболёта) то вам этот приём - НЕ ПО ЗУБАМ!
Лишние ступени  или топливо (увеличение R) только ЗАМЕДЛЯТ ваш перелёт к звездам.

В чем общеизвестный мазарм?
Что приём долбиться в экспоненту ступенями, хоть и плохой приём, но якобы универсалный.
А вот хрен!
Он не универсален.
Он доступен только в особом случае, когда за долбёж вы можете заплатить избыточной энерговооруженность, которую не знаете куда девать. И тогда вы можете по закону логарифма по-сути ее разменять на прирост скорости.
Но в большинстве случаев это - не так.
Вы лимитированы именно энерговооруженностью. И тогда ступени лепить - бесполезно. Это вас только затормозит.
В частности проект "Дедал"  - кривой уродец.
Именно из-за нелепой в его случае двухступенчатости.
Что бы его две ступени сработали как хотелось и виделось Алану Бонду, ему НАРИСОВАЛИ ИЗ ВОЗДУХА просто фантастическую энерговооруженность (по другому концепция не срасталась).
Настолько фантастическую, что задача получить управляемый термояд на фоне этого - меркнет.

[alex_semenov]

Взлетит само.

Эстакада (с ракетными бустерами) создадут вам взлетную скорость 300-500 км/с, когда ма-а-а-а-а-хонькие крылышки уже держат.
А для "взлетит само" вам нужны огромные (относительно) крылья. И куда потом их девать, когда они уже не нужны? Отбрасывать?
Так может лучше эстакада?

Что вы пытаетесь мне доказать? Что лучшие инженеры из середины XX века  были идиотами по сравнению с нами?
Я вижу явно обратную картину. Даже на себе.

[alex_semenov]

Главная мысль
К чему все эти изыскания и петляния?
Есть два,  только два случая, когда МНОГОСТУПЕНЧАТОСТЬ имеет хоть малейший смысл.

1 Случай ЖРД при старте с Земли (из подобной гравитационной ямы)
2. Бомболёт. В случае межзвездных перелётов.

Всё.
Эти два случая имеют в своём классе избыточную удельную мощность и недостаточную скорость истечения.
Это два редких и особых случая.

Абсолютно все иные случае ракет (и лазерный термояд в том числе) - бессмысленно пытаться вписывать туда дополнительные избыточние ступени (Маров-Закиров например), если у вас нет избыточной энерговооруженности. А ее там и не может быть. Все подобные ракеты - это одноступенчатые аппараты с массовым числом близким к энергетически оптимальному (R~ 4). Попытки для них взять скорость большую чем на пике оптимума грубой силой - бессмысленны.

Так, Дедал - чистейшей воды халтура. Увы!

По поводу эстакад.
Я не пытаюсь предложить некий новый хак старой проблемы (опять попытаться слепить нечто из кала). Я пытаюсь показать как исторически работала мысль. Как люди могли рассуждать отдавая предпочтение решениям, которые нам сейчас КАЖУТСЯ странными (хотя на самом деле они были куда умнее нас!)
Историю можно было бы продолжить. Развить драму идей и показать насколько же РЕВОЛЮЦИОННОЙ была идея фон Брауна (использовать избыточную мощность ЖРД для максимальной компенсации недостатка скорости истечения), хотя она нам кажется само-собой разумеющийся (как может быть иначе?) При этом люди даже не понимают, что именно фон Браун, все 50 е пропогандируя свой подход и заставил в итоге остальных мыслить как он. И теперь в космонавтике никакой иной подход и не мыслим.
Хотя иные были и есть.

[alex_semenov]

Кстати,при лазерном разгоне потери ещё более чудовищные из-за расфокусировки лазерного разгонного пучка с расстоянием.Ещё больше энергии в "трубу.

Откуда вы берёте подобный бред?
В который раз слышу... И расползается как плесневый грибок по мокрой стенке!
Если у вас будет ЧУДОВИЩНАЯ (как вы говорите) расфокусировка, то НАХРЕН вообще нужно лепить такую тупую систему привода?
Вы вникали в детали такой системы?
Хоть немного?
Или как все остальные - опираетесь на "интуицию"?

[alex_semenov]

Пример: Для лазерного излучения с длиной волны l = 1,06*10-3 мм, D= 3 мм, b = 1.1, тогда

q d= b l /D=1.1*1.06*10-3/3=0.3887*10-3 рад=0,022269° .

То что вы пытаетесь  посчитать - похвально.
Но сразу вопрос.  А почему у вас D - диаметр апертуры аж 3 мм? Вы ЛАЗЕРНОЙ УКАЗКОЙ собираетесь свой парус разгонять?
Да, азы волновой оптики вы знаете. Но вы бы и основателей идеи такого паруса бы почитали бы?
Ну хотя бы последовательей. Скажем, Лендиса.
Я вам открою страшную тайну.
До того как денежный мешок Мильнер с еще живым гением века Хокингом отвалили бабла Любину на "Старшот" и поднялся невиданный хайп вркруг темы у бесчисленных дураков-компиляторов в "мурзилках" (и все заметили идею лазерного привода) были и другие теоретики-предшественники.
Догадываетесь?
Мильнеер с Хокингом НЕ АВТОРЫ ИДЕИ. И даже не Любин.
У нее другие отцы и очень богатая предыстория.
А Мильнер с Хокингом - рябь на поверхности.
В курсе?
Я, например, за пару лет до того как поднялся этот дурной хайп с Мильнером-Хокингом уже перестал интересоваться темой (хотя очень активно в нее когда-то вцепился!). И не потому что тема дрянь. Напротив.Потому что всё что по ней интересного можно было найти и понять я нашел и понял. Более того. Мы (с AlexAV) обнаружили проблему в системе, к которой никто не прикасался еще (доплеровская аберрация). И если ее решить, то всё. Все ФИЗИЧЕСКИЕ  сложности концепции - пройдены. Концепция срастается в своей нише. Одна засада. Бессмысленно это использовать для медленных и средних кораблей (плюс масштабирование концепции вниз, что и делает Любин происходит КРАЙНЕ СКВЕРНО). Это годится только для быстрых и относительно тяжелых звездолётов. Более 0.1с (а лучше 0.5с) и диаметром 10-1000 км  и это означает что подобный привод требует чудовищно много энергии (как и любой привод на такие скорости) и очень специфической полезной нагрузки (постсингулярные технологии). Нужны астросооружения для запуска подобного очень уж жирного звездолёта. Сверхзатраты будут  нужны в любом случае при таких скоростях полёта. Концепция "Старшот" конечно отличается новизной в том смысле что сделать пулю из сами знаете чего. И это ДУРНАЯ НОВИЗНА. Кстати, даже в этом Любин (это главный у Хокинга-Мильнера) не первый. Форвард (с подачи Дайсона) предложил еще в 1984-м концепцию "Starwisp" в подобном духе, но куда более продуманную (хотя и более дорогую, там нужна была ажурная сверхлинза чудовищных размеров на что нужно было бы распустить небольшой железо-никелевый астероид). Любин решил и от этого избавится за счет сверкороткой дистанции выстрела (сделать пулю совсем уже из...) Вообще складывается впечатление что Любин хочет заняться своими любимыми сверхмощными лазерными массивами синтезированной апертуры, а парусник - это такая, отмазка. Прикрытие некого иного (военного?) проекта. И вклад Мильнера  - это "сдавайте граждане валюту!" (на что? на ваше усмотрение!)
Не всё так там однозначно...
Но массовый дебил - он и есть дебил. Он вглубь не лезет. К основам и к истокам. Он что схватил, то и обсасывает как леденец.
Вы с кем (мастера культуры)?

У лазерной батареи  из тысяч лазеров ,ещё больше.

А вот это - интересно. Почему же же ЛАЗЕРНАЯ БАТАРЕЯ будет иметь еще большее расхождение?
Даже Любин с вами бы не согласился бы!
Сдается мне, что тут то ваша "интуиция" вас и подводит.
А ну-ка объясните!

[alex_semenov]

Так в формуле чем больше диаметр лазера ,тем больше расхождение.

Ой, где?
Я вам давал "учебную" ссылку.



Диаметр пятна (то есть паруса) равен 2.44 на длину волны на фокусное расстояние, делённое на диаметр "линзы" или СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРЫ когерентного, монохроматичного излучателя. Чем больше последний параметр, диаметр апертуры, тем меньше диаметр фокусного пятна при прочих равных.
Верно?
То есть чем шире диаметр "излучателя" - тем меньше фокусное пятно. При этом надо понимать что излучатель когерентный (да еще и монохроматичный, что оказыается еще большая проблема чем когерентность). А надо добавить еще и ПЛОТНЫЙ (то есть не имеет внутри себя неизлучающих просветов, так как это ведёт к неприятному эффекту "разряженных решёток", появляется МНОЖЕСТВЕННЫХ боковых фокусов куда расходуется энергия излучателя и только у сплошного излучателя будет ОДИН фокус).

Кстати, почему 2.44? Почему не 1.22? Не интересовались?
2.44 - это "второй ноль" пятна или диска Эйри.



Внутри первого ноля содержится 83,8% всей энергии излучения, потом идет кольцо и "второй ноль"  в пределах этого "ноля" 91%. И вот по нему парус и "шьют".
То есть предполагается (изначально) что на парус попадает 91% всей энергии излучения.
Лямбда - длина волны
L - фокусное расстояние или дистанция разгона. Сокращая L вы уменьшаете и диметр паруса и диаметр излучателя. Но вы увеличиваете необходимое ускорение, то есть давление света и значит энергию на площадь паруса. Это - термическая нагрузка. Раз. Два - вы должны иметь и БЕЗУМНУЮ мощность излучателя что бы выстрелить за короткое время на короткой дистанции L, относительно небольшой по диаметру парус. Это то на что ставит Любин. Но это не самое разумное решение. Разумное решение - не делать пулю из дерьма. Строить большую астроинженерную систему.
Маленький, карманный звездолёт тут не получается.

Допплер я не учитывал,но чем больше скорость Звездолёта,тем меньше частота догоняющего пучка,тем меньше передаваемый импульс.

Да. Без учёта доплеровского эффекта эффективность паруса как ПРИВОДА v/c, где v - конечная скорость. И чем ближе v к 0, тем незаметней вклад эффекта Доплера  (тем точней соотношение). Но если вы разгоняете парус до 0.01с, то это значит что только 1% энергии луча (а для его получения уже затратили БОЛЬШЕ!) превратится в энергию движения паруса при условии идеального отражения и вся энергия попала на парус (а выше мы видим что в лучшем случае 91%).
Почему мечты летать по Солнечной системе на лазезных парусах - ДУРНЫЕ фантазии. Бессмысленно!
Бессмысленно использовать такой привод даже для "средних" скоростей (0.01-0.1с). Только при v=0.25с-0.75с "овчинка стоит выделки".
То есть, если мы разгоняем парус до скорости близкой к света, скажем 0.9999с, то эффективность такого привода должна была бы приближаться  к 1.
Но с  с учетом эффекта Доплера, эффективность фотонного привода падает до 1/2. Как в случае идеальной фотонной ракеты. То на то и выходит. Это всё - квантовые звездолёты. См. приложенный рисунок.

Ну во первых батарею юстировать нужно и желательно в реальном времени..Мощность лазеров должна быть равномерна по всему полю и времени ,иначе ваш звездолёт закувыркается ещё в начале разгона. И с ехидцей.Чем больше размер батареи,тем больше расхождение пучка.Апертура та же ,но вот.линейный размер .В общем задачка ещё та.

Ничего не понял.
Вы все же почитайте ОСНОВАТЕЛЕЙ идеи. А? Отец идеи Робетр Форвард. 1962 год. Независимо идею выдвинул Маркс в 1966-м но он ставил на рентгеновкую длину волны.
Вот отпнавная работа 1984 г.:

Roundtrip interstellar travel using laser-pushed lightsails

Кстати, выложенная Иваном Моисеевым в сеть она до сих пор остается единственной открытой (бесплатной) ссылкой на эту ключевую работу Форварда. Кстати, Форвард планитовал терять значительную часть мощности за счет "прозрачности" паруса (там есть график оптимизиации по массе).
Вообще, я вам вот что скажу.
Если вы начнете погружаться в тему лазерных парусов (и вообще солнечных парусов) вы будете немало удивлены, насколько там всё контринтуитивно.
Хотя на первый взгляд, вроде как всё просто и очевидно.
Это - мнимость.
Со светом всегда так.
Свет - самое волшебное что есть в нашей вселенной. Непостижимое...