Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Жаль. Гугл поиск по картинке ничего не дал, даже чего-нибудь похожего.
Посчитать, конечно, можно, но картинка:
а. - наглядна,
б - уже сделана....

Хорошая картинка. Тут главное что?



Прям наглядно видно насколько падает ОТДАЧА от вложения. Первые инструменты хотя и не могут показать деталей, но сами по-себе могут дать ОЧЕНЬ МНОГО. Поймать спектр - получить массу данных об атмосфере и планете.



То есть в купе с другими данными, которые мы получим "из точки" (видя планету как просто точку), а именно, ее массу, ее орбиту,  значит освещённость, окружение (другие планеты), данные самой звезды - точка со спектром даёт очень много! Она даёт почти две трети! Так как мы видим сразу тысячи, а потом будем видеть миллионы планет-точек, у нас будет исчерпывающая теория подобных планет которая с огромной точностью "по точке" будет давать нам параметры данной планеты. Почти всё про нее!
Про ее поверхность, про ее атмосферу. Полный ТИПОВОЙ ПОРТРЕТ!
Чего мы будем еще не знать? Нам будет недоставать? Ну например период вращения (хотя для приливно-захваченных он ясен). Наклон оси. Скажем, уже по спектру мы сможем видеть процент океанов, но примерное расположение суши-нет... Есть шапки-нет шапок (полярных льдов). А это уже климотическая модель. Для этого нужны как раз уже и пикселы. Больше деталей. Но насколько важна подробная карта? Сколько пикселов достаточно? В принципе, вытянуть расположение континентов можно ухитриться и из "точки". У Штерна в "Ковчеге" это описано. По изменению блеска. За одно можно понять и период вращения (а еще и наклон даже вытянуть по изменению-циклам климата за оборот!). Ну вот есть у нас прибор с базой 46 км. 3 пиксела на 3 пиксела. Я допускаю что из этого можно уже вытянуть о планете и ее климате ну очень много! Почти всё! Достоверно.
Ну а 10 пикселов?! 150 км база интерферометра (там нужна еще и математика синтеза всего этого - мама не горюй!) - это уже совсем уже, считай мы почти всё видим "аке очами своими" без всяких извратов с фурье-анализом! Климотическая модель по этому будет просто на 100% нам ясна!
То есть прибор с базой в 150 км, скажем на обратной стороне Луны по-сути нам покажет все ближайшие (30 св. лет!) окрестности как на ладони! Мы будем знать о тысячах и тысячах экзопланет их историю болезней доскональней чем свою (говорят Марс картографирован лучше чем Земля)! А те теории которые мы будем иметь сделают просто СКУЧНЫМ ДЕЛОМ моделирование местных ландшафтов и пейзажей. Что сейчас интересно, потом будет уже банальным делом.
И смотрите. Прибор с базой 460 км, конечно же впервые покажет РЕАЛЬНЫЕ очертания. 30 на 30 пикселей. Но много ли они добавят к тому, что мы уже знаем из 10 на 10 пикселей? Ну да, что-то еще высосут. То в чем сомневались, теперь будут знать точно. Модель будет уже очень подробной. Но по-сути это уже выкат. Ну еще увеличили до 100 на 100 пикселей. А много добавилось? А 300 на 300? А ведь смотрите как растёт размер прибора! Так стоит ли уже овчинка выделки?
Это как с нашими истинными фамилиями. Да кому они нафик нужны в век Интернета? При той статистике, которую Бигдаты о нас собирают по "спектру нашего поведения в сети", они нас под любой "паранджой", видят как ОБЛУПЛЕННЫХ! Им и "точки" (пары кликов) о нас достаточно что бы понять кто чем дышит! Они знают о нас такое, о чем мы не хотим даже себе признаться!
Они - тупые, беспрестрастные алгоритмы собирающие объективную статистику об объективном типовом поведении хомо сапиенс. И лично вы им интересны если на вас действительно кто-то их натравит. Но кому вы нафик нужны в этом мире? Будете даже специально орать, махать, звать? Всё равно не заметят! Даже минуты славы-позора на вас никто не потратит!

Так скоро будет и с экзопланетами. Пока каждая заурядная - интересна. Всякая - на вес золота. Как когда-то астероиды. А теперь их автоматически открывают и автоматом катологизируют. Важна ОБЩАЯ картина-теория-распределение. Она теперь из любой движущейся точки уже вытягивает всё что надо. Так же будет лет через 100 если не через 50 с экзопланетами.
И фантастика, в который люди летят наобум к некой звезде и с интересом открывают там некие планеты неведомые до запуска... Это будет смотреться дурной архаикой. Ну неужели люди были такие глупые тогда? Да, были такие глупые. Они же мыслили по-аналогии. Космические путешественники для них были колумбы-магеланы-васЬки-да-гамы, которые плыли за край Земли, за которым никаких общих деталей не видно. Нужно было уткнуться носом (корабля) в континент, что бы получить его местное очертание. Тыкались, рисовали. Из малого строили большое. По крупицам. Так же, ПО АНАЛОГИИ, думали будет и с звездоплавателями. Из малого строить большое. Но тут мир устроен иначе. Он - прозрачен.  Можно сказать вывернут наизнанку. Массаркша! Большое сразу можно видеть никуда не плавав. А вот малое...

Конечно, получив климатические планетологические модели мы не избавимся от вопросов. Напротив их станет тьма-тьмущая. И главный будет всё-таки о биологии. Будет целый зоопарк кандидатов. Будет периодическая таблица. Будут самые разные подходы-теории, драки-противоречия, поводы спорить. Ясности с жизнью (зуб даю!) не добавится. Напротив. Мнения ныне единые, разойдутся по новым неприменимым лагерям! Как католики с гугенотами!
Это сейчас с биомаркерами всё кажется ясным. Но по ним будут получены настолько НЕВНЯТНЫЕ результаты... будет столько разных мыслимых вариантов, что нынешний базар будет выглядеть верхом упорядоченности и ясности!



То есть. О чём я?
Да, пока что время звездолётов не настало. И долго еще не настанет. Сейчас на передний план выдвигается наблюдательная технология. Колумбы мироздания должны сидеть "на попе ровно" (и для этого попа должна быть особая, "каменная"!), дома и давить кнопку на компьютере (теперь астрономам даже не надо "морозить жо-пу по ночам" как раньше у окуляра! Ушла и эта романтика!), напрвляя приборы в разные точки неба. Вернее программируя эти приборы на просеивание бесчисленных кандидатов-данных. Люди на банальное даже смотреть не будут. Неинтересное роботы же и будут отсеивать.
Однажды (лет через 100?) тут будет насыщение. И кризис.
Всё что уверенно можно будет установить будет установлено. Экзопланетный бум (как всякая логистическая кривая) закончится. И кстати, в основном почти всё будет получено "из точек". То есть не только 30 св.лет. 300, 3000... Просеют и получат всю экзотику какую можно получить, уточнят все теории МЁРТВОГО, какие можно уточнить.
Но жизнь... зуб даю... по-прежнему будет под знаком вопроса. Так и будет стоять вопрос колом. Ещё острей чем теперь.
"Я знаю только то, что знаю слишком мало" (с)
Будет несколько ну очень хороших кандидатов. Но будут люди (и знаменитые, весомые, которых просто так не задвинешь), ложка дёгтя в бочке мёда, которые не дадут уверенно сказать, что да, там есть жизнь!
И вот тогда никакой уже базы ни 4000 км, ни 400 000 км... не хватит.
Надо лететь на место и тыкаться носом лодок в континент! Втыкать флаг и чавкать по песочку ботфортами опираясь на меч....

То есть тема звездолётов и двигателей к ним с годами будет ТОЛЬКО КРЕПЧАТЬ!
И это - прекрасно!
Когда толпы дураков сюда бросятся... И дураков очень умных. Образованных, рукахтых, голвастых...  Не чета нам - юродивым тормозам (то есть, как в "Манхэттенский проект", в тему пйдут толпы светил, толкаясь локтями, которым,  никакие "сцилларды" и в подмётки не годимся! Не то что мы!), которые поверят таки (их убедят окружающие) что звездолёты - это серьезно, тут уже будем мы. Скорей всего давно покинувшие мир сей бренный. "Основатели", так сказать, "энтузиасты". Да, не первые, но вторые (а будут третьи, четвёртые...) Все первые и вторые (и даже третьи) - "деревенские дурачки", "циолковские", ГИРД - Группа Инжереров Работющих Даром, которые... почти всё главное уже сделали.  Худо-бедно но так выбрали самое интересное и фундаментальное (просто когда всем это было не интересно). Да, на коленку. "В подвале" Тупя и бегая кругами. Но никому же это было не нужно?! Серьёзные люди этим не занимались? Было смешно на такое тратиться? Вот им, несерьёзным, всё и достанется. А когда все бросились... Осталось только подмести по сусекам. Да, это экспонента. Но по-сути, тупой уже работы "для каменных жоп" (хотя и тут будет уже свой цымис и своя романтика, "совсем другая история"). Как и водится. Каждому - своё! Jedem das Seine! А как вы хотели? Серьёзным - серьезна работа. Несерьезным - несерьезная!
И тут та же (что и Вике рядом) музыкальная пауза.
 

[alex_semenov]

Есть подозрение что я не прав.
Надо рисовать интеграл-расстояние L как площадь на графике скорость-от-времени (vt=L). Да, при разгоне каждый "зуб" "пилы" НЕДОДАСТ площади по сравнению с "треугольником" постоянного ускорения. Но. При торможении мы будем иметь зеркальную картину. Не факт, но теперь, скорей всего будет наоборот. "Впадина" ракетной скорости при разгоне, теперь станет "выпуклостью" над "равноускоренным" треугольником при торможении и теперь эта "выпуклость", избыточность будет компенсировать недостачу пути при разгоне. И в сумме то на то и выйдет. Как будто мы разгонялись и тормозили равномерно прямолинейно. Надо проверять.

"Плохая новость."
Гипотеза не подтверждается. Cтупень (я смотрел первую, но все 8 по кинематике близнецы) при одних и тех же параметрах, дистанция РАЗГОНА от 0 до V₁ оказывается на 4,43% КОРОЧЕ чем рассчитанная как равноускоренная по средней арифметической скорости. А если ту же ступень с теми же параметрами тормозить с V₁ до 0 (это займёт то же самое время, разумеется t) то дистанция торможения оказывается на 12,92% ДЛИННЕЕ чем дистанция, рассчитанная как равнозамедленная по среднему арифметическому ускорению (хотя времени на это тратится столько же t, сколько и на разгон).
То есть тупо по среднему (как я выше мечтал) посчитать инерционный участок не получается. Нет симметрии. Если бы на разгоне не хватало, скажем 7%, а на торможении был избыток 7%, то всё было бы ок.  Но... не судьба!
Во всём виноват Моисеев! Я у него взял формулу дистанции разгона и торможения ракеты! Это она так себя ведёт!
 


Хорошая новость в том что  правильно рассчитанный суммарный участок разгон-торможения оказывается ДЛИННЕЙ на несколько процентов оценочного при равноускоренном по среднему. То есть инерциальный участок (вычисляемый вычитанием из общей дистанции активного участка) окажется короче. А так как время разгона-торможения мы считаем правильно (там линейная зависимость) то в итоге суммарное реальное (точно посчитанное) время перелёта окажется чуть меньше чем сделанная нами (мною) грубая прикидка по среднему:



То есть это грубое приближение по-быстрячук и его можно считать верным если поставит вместо знака "равно" знак "меньше".

Но плохая новость, Сергей, что эту "прикидку" надо всё же делать как я. По среднему ускорению "a-с-чёрточкой", для каждой ступен...



, а не по пиковому (a_finish), как мухлюете вы.
Здесь, F - тяга (она на каждой ступене своя, но неизменна за всё время работы ступени). M₀ - начальная масса ступени, M_t - масса топлива в ступени.
А вообще надо делать полный и грамотный расчёт вашей вашей "ёлки-палки" как положено с учётом переменности ускорения и не мудрить с приближениями.
Тем более что вся математика - тут же под рукой. Бери мяч, и .. вскач!

Скажите, Сергей, вы там говорили, что 40% (0,3945) рабочей массы на ступень и скорость истечения u в 1/2 от конечной скорости ступени v, мол это  оптимум.
А с чего вы так решили, что оптимум?
Вы это как-то посчитали? Где-то прочли?

[alex_semenov]

Всё гораздо интересней.
Намного интересней!
Но меня интересует сейчас "организационный вопрос".
Ну ладно. Мою табличку, судя по счётчику на сейчас 95 человек посмотрели и 5 только скачали... (на самом деле 4, первым скачал я).
То есть на нашем форуме ТАКОЕ ЖЕ распредиление как и "в среднем по народу"?
5% "самых умных"? А остальные?
Я как-то ожидал некую селективность ну 10-15%... Ну хотя бы!!!
 
Сергей, а вы сами куда пропали?
Вы хотели экспертной оценки своего проекта? Их есть у меня!

Самое интересное только начинается!

[alex_semenov]

Будьте осторожны. Это не так. Нет там симметрии.

Я предельно осторожен. Я всё посчитал в лоб. И таки симметрию обнаружил. Но не ту что предполагал.
Даже лучшую...
 

При разгоне кривая V(t) вогнута вниз, при торможении - вверх. Соответственно, это дает разные интегралы (площади под кривой).

Так? Это абсолютно точное решение, если все ступени имеют одинаковую кинематику.

[alex_semenov]

И шо? И всё?
И - тишина...
Я, кстати, тормозные лунки не так закрасил. На участке торможения. Наоборот надо. Кто заметил?

Ну куда делся сам автор проекта? Остановились же на самом же интересном!
За реактор же толком и не брались. А там - начать и кончить!
Разбираемся с с самой сцепкой. Что там, и как там. Почти всё уточнили же! Осталось точки над ё расставить... и пойдем в детали.
Идея же ступенчатости оказывается не так плоха, как я о ней думал и говорил! Даёт выигрыш. И овчинка, таки может стоить свеч. Особенно мне нравится что у 8-и ступенчатой связки (без выкрутасов) реакторы НЕ ОБЯЗАНЫ работать всё время. Столетиями. Это чуть ли не главный плюс. Но ещё есть и выигрыш по времени (перед оптимальной одноступенчатостью). В столетие - это немало!
И вариант Сергея  ну реально, почти оптимально берёт все параметры (я пускал оптимизацию. Она чуть-чуть сдвигает всё от начальных условий).
Тут надо уточнять детали. Я на предыдущих страницах гадая, перебрал все неверные варианты.  По сути мы (я) напутали пока ничего толком не распутав.
И шо? Забросим?
Сергей, фамилию свою дайте! А то я назову эту идею "зонд Сергея Безымянного"
 

[alex_semenov]

Так забыли все предыдущие разговоры.
Это всё были "черновики"
Выкладываю окончательный ТОЧНЫЙ расчёт зонда.



топливо, конструкция, пн (полезная нагрузка) - это ДОЛИ в массе каждой из ступеней.
Все исходные параметры на всех ступенях одинаковые.
Далее матрёшкой они вкладываютя друг в друга. 8 штук.  Начальная масса 400 тонн (как хотел Сергей).
Конечная полезная нагрузка получается всего 262 кг. 0,07% от стартовой массы.
Удельная мощность. Назначена 2200 ватт/кг. Это к массе конструкции каждой ступени.
То есть, мы ничего со ступени на ступень не предаём. Каждая ступень отрабатывает свою программу и...
Так мощность реакторов на каждой ступени считается масса конструкуции умноженная на 2200 ватт/кг.
В сумме получается 300 Мвт. Но никогда эта мощность не будет влючена одновременно. Каждая ступень работает сама за себя. по 55,5 лет. Меня эта цифра впечатлила, так как это РЕАЛЬНО возможный срок работы реактора.
Тысячу лет работающий реактор - это всё-таки магия. Пусть не  большая но всё же.
Исходя из того что каждая ступень сама за себя (как в обычной ракете) всё и считается.
В итоге у меня получилось ТОЧНО  542 года, 253 дня перелёт  к А.Центавре.
Я бы промасштабировал всё это вверх на два порядка. 40 000 тонн стартовая масса и 26 200 кг полезной нагрузки. Это вполне себе сносная робототехническая экспедиция.
Время перелёта кажется длинным, но это объективно посчитанное время исходя из переменности ускорения на каждой ступени. Участок разгон-торможение 444 года. Полёт по инерции получился менее 100 лет.

Еще.
Я на этот расчёт натравил "поиск решений" (дали дураку игрушку!) и я обнаружил, что оптимум скорости истечения  и доли массы топлива в массе ступени едва изменились и стали очень близок к заданному (не поверив поиску решения, я специально начинал искать с далёких от этих параметров, всё пришло к этому же).



Время перелёта улучшилось до 533 года и 290 дней. Инерционный участок удлинился. Время работы реакторов на каждой из ступеней сократился до 44,5 лет. Очень хорошо!
Если бы энерговооруженность у нас поднялась до 5 000 ватт/кг, то оптимальная версия такого зонда добралась бы до А. Центавры за 406,3 года. Хотя реакторы должны выдавать при той же массе более чем в два раза большую мощность, работать  они на каждой ступени должны "всего" по 33 года.
 

[alex_semenov]

Вот тут вот:

Тепловые характеристики высокоэффективных фотоэлектрических преобразователей мощного лазерного излучения

Утверждается:

Выполнены исследования влияния условий теплоотвода на величину перегрева фотоэлектрических преобразователей мощного (более 10³ W/cm²) лазерного излучения. Измерение температуры p−n-перехода фотоэлементов осуществлялось путем регистрации мгновенного значения напряжения холостого хода, генерируемого лазерным излучением. Продемонстрирован эффект охлаждения в высокоэффективных фотоэлементах (КПД = 55%) за счет отвода существенной части поглощенной оптической мощности фототоком в полезную нагрузку.

 1 м² = 10 000 см²
То есть фотоэлемент может принять поток... 10⁷ Ватт/м² и с эффективностью 55% превратить это в электричество? 10 МВт на м²? И снять ток в  5,5 Мвт? Это пардон, какой ампераж, если у вас напряжение - пару вольт? Толстые сварочные кабеля и рядом не лежали же!

Это я к чему? Ясно что эксперимент ставился на пендюрке с хорошим отводом тепла и тока.
Но главная мораль в чём?
Я думал, что фотоэлементы по ПЛОТНОСТИ СВЕТОВОГО ПОТОКА ЭНЕРГИИ (ватт/м²) ограничены там какими-то чисто полупроводниковыми заморочками. Там, дырок в p-слое не хватает. Но оказывается, в этом смысле мы по-сути с полупроводниковыми преобразователими НИЧЕМ НЕ ОГРАНИЧЕНЫ.
Единственный барьер - собственная температура.
Если бы преобразователь брал 100% света в ток, то мы могли бы снимать с реального метра квадратного и 10 Мвт энергии (разумеется подведя предварительно соответствующее излучение, тем же лазером например). Но даже если он берёт лишь 91%, 4 % отражает, а  5% поглащает, от 5% от 10 Мвт, поглощённый панелью его просто уничтожит.  Это 500 000 ватт тепла.  Даже если бы такая панель излучала в космосе с двух сторон, то равновесная температура для нее (как абсолютно чёрного тела) была бы 1500 К.
Никакой полупроводник это не выдержит. Значит у нас единственный реальный ограничитель потока энергии на м²фотоприёмника - это тепловое равновесие с поглощённым и не отраженным  (не преобразованным в ток) излучением. Так?

[alex_semenov]

Одинаковую кинематику - это одинаковые скорость истечения, расход массы и коэффициент конструктивного совершенства?
Это скорее уж динамика, а не кинематика.

Кинематика, как я помню из условного Пёрышкина, это время, скорость, ускорение, дистанция.
Масса и сила - это уже динамика.
Так вот на всех тех ступенях разная масса, разная сила (хотя скорость истечения и удельный расход топлива на массу пустой ступени - один и тот же). Но ускорение (а значит скорсоти, значит дистанции) там у ступеней совершенно идентичные. То есть динамика там разная, кинематика - одна.

Но, не важно. Что-то мне подсказывает, что оптимальное распределение дельты-V по ступеням далеко от равномерного.
Когда-то я перебирал варианты на фортране, распечатки сохранились, но разобраться сейчас, что я там напрограммировал нет никакой возможности. Давно это было. Но в планах у меня этот вопросик существует...

Оптимальная именно "в пустоте"? Вне влияния (заметного) сил гравитации и прочих, типа, сопротивления среды?
Мой склероз подсказывает что как раз подобие ступеней - идеальный случай для такого простого случая.
Но могу быть не прав. Я как-то даже тут уже обещал найти первоисточник... где я эту иллюзию себе подхватил.
Это конечно при условии одинаковой скорости истечения на всех ступенях.
Хотя... возможно я и не прав даже при одинаковых скоростях истечения.
Практической космонавтике такая простая задача оптимизации была бесполезна. Надо искать ее решение у теоретиков-основателей.

[alex_semenov]

Сергей Елистратов.
https://vk.com/ac4glider

Ага. Значит "зонд Елистратова". Ещё почему-то мне хочется эти 8 ступеней назвать "ёлкой", "Ёлка Елестратова". Может потому что новый год вроде как был?
Я смотрю вам понравилась моя картинка с наброском реактора. Это сыро (без минимального расчёта даже. А нет расчёта - нет идеи). Но больше всего меня беспокоит то, что там я написал "бреггавские", а правильно "брегговские". Если есть возможность - исправьте. Люди на такое обращают внимание в первую очередь.

[alex_semenov]

Но в практической космонавтике пройденный путь имеет малое значение, упор делается на характеристическую скорость. А в нашем случае S - определяющая.

Да, конечно, но мы сейчас пока и говорим о максимизации скорости.  Мне кажется связь с максимизацией дистанции тут проста и незатейлива. Я даже не могу себе представить ситуацию когда более быстрая ракета (при прочих равных) пролетела бы дистанцию L за меньшее время... чем такая же но чуть медленней.
Из детской книжки Анатолия Шабанова "Заботы космических архитекторов":

Распределение массы четырехступенчатой ракеты между ее ступенями: а — неправильное; б — правильное.

Здесь показано изменение максимальной скорости двухступенчатой ракеты в зависимости от распределения массы между ее ступенями.

[alex_semenov]

А по-моему легко представить. Это же ваш вариант без пассивного участка.

Да. Я - затупил. Не так надо было сказать. У нас есть v - конечная скорость есть u - скорость истечения на всех ступенях одна.  Ну и количество ступеней n. Начнём с двух. Но можно сразу взять 8. Надо МИНИМИЗИРОВАТЬ массовое число R всей ракеты.
Я имел ввиду именно такую ситуацию. Максимизация v - неправильный подход.

Как-то эта книжка ухитрилась мимо меня проскочить. Спасибо, надо прочитать немедленно.
(Детские книжки я с детства предпочитаю всем прочим.)

А вы непростой человек Иван!
 
Она есть у Хлынина "Эпизоды космонавтики". Сейчас пытался зайти - не пускает (через ВПН Европа). Нет сайта! Просто четез наш украинский Интернет заходить в Россию бесполезно. Даже Астрофорум - закрыт. Я испугался что хлынинские Эпизоды зкарыли.... Закрыть могут в два счёта (или отгородиться в России от Европы). Зашёл через Азию - пустило. Но вроде как это просто сайт лежал. Сейчас отовсюду пускает. Но... боюсь последние золотые дни живём... Всё хорошее кончается. И именно когда закончилось, люди и понимают как это было здорово! Современники эдем не оценивают никогда! Им это кажется естественным как воздух.

[alex_semenov]

Так значит можно и солнечную энергию концентрировать сколь угодно, раз столько способен поглотить!

Ну ~100 кратный поток от Солнца у Земли (~ 1,3 квт/м²) можно помыслить. В пределе. Знаете что такое "Орбита Кларка"? Это орбита в 0.1 а.е. Артур Кларк считал что там можно разместить многокилометровую солнечную электростанцию, которая будет снабжать солнечной энергией всю Солнечную систему. Так вот именно на этой орбите поток солнечного света будет в 100 раз выше чем у Земли. И возможно это действительно уже чудо. Предел.
Просто прикиньте. Если самая высокая температура при которой полупроводник может нормально работать как фотопреобразователь света в ток это 450 К, то можно посчитать поток с этой пластины (для надёжности будем брать одну сторону поверхности). По Стефану-Больцману это 2 325 ватт/м². Вот теперь и считайте. Пусть у вас упало 10 кВт/м². Пусть 5% отразилось (фотоприёмник чёрный). Значит 95% поглотились. Если ваш фотоприёмник превратит 72% светового потока в электричество (и это уйдет по проводам) то останется  23% энергии, поглощённой в теле фотопреобразователя и нагревшей его. Это и будет поток 2 300 ватт, который  переизлучается как тепло в вакуум с м², если поверхность нагрета до 450 K. То есть полупроводниковый преобразователь нагреется в вакууме до чуть меньше 450 К  начнёт сливать поглощённое как тепловой переизлучатель  той части, что поглотилась но не превратил в ток и  будет продолжать работать. Баланс потоков установлен. Сколько пришло, столько ушло. Если вы дадите поток больше, преобразователь поглотит больше, нагреется выше, кпд токопреобразователя упадёт, в итоге он нагреется еще выше... в общем ваш преобразователь "поплыл". Вы его сожгли. То есть 10 кВт/м² для такой пластины будет предел. Но вы еще научитесь 72% брать в виде тока при 450 К! Это - вызов.
Хотя вон 55% уже берут, если поток монохроматический (лазер). Но мы и собираемся получать что-то близкое, вырезая полоски (платя второму началу термодинамики) брегговскими фильтрами и зеркалами из спектра чёрного тела реактора-нагревателя.
То есть, поток света на поверхность ограничен двумя параметрами. %  энергии, преобразованной в ток и  максимальной температурой, при которой это преобразование могло бы работать.  Рассказывают сказки о микро-диполях, которые будут воспринимать инфракрасный свет как антенны электромагнитное излучение. То есть это ПРОВОДНИКИ (раз) и значит они будут работать при больших температурах, чем полупроводник. Во-вторых обещают что они будут брать чуть ли не 98% падающей тепловой энергии (инфракрасного света). За счет, как я понял (поправляйте) ширины полосы приёма электромагнитных волн (то есть брать широкую полоску спектра). Такие, нагретые, допустим до 700 К (беру от балды) могли бы, наверное получать уже 100 кВт/м² или даже больше, отводя, скажем, 95 кВт тока...
Просто фантастика. Верно?

А на счёт проводов, так там можно смело сверхпроводники применять. В тени хоть до абсолютного нуля можно охладить все что угодно!

Тень создавать задолбаетесь. Я же насчитал. Если от потока 10 МВт/м² только 5% превратятся в тепло, то такая пластинка нагреется до 1500 К С ОБЕИХ СТОРОН! Какая тут тень? Провода будут нагреты до такой же температуры.

[alex_semenov]

Надо МИНИМИЗИРОВАТЬ массовое число R всей ракеты.
Я имел ввиду именно такую ситуацию. Максимизация v - неправильный подход.

Еще не так.
Я нашел источник своего убеждения, что пропорциональная ракета - оптимальная.
У меня есть потрёпанная, пожелтевшая бумажная книга 1968 года рождения "Основы космонавтики" М. Фертрегт:



Там в главе 8 "Многоступенчатая ракета" на стр 149 есть раздел 8.7.1 Оптимальное отношение масс. Там две страницы выкладок через метот Лагранджа.... бла-бла-бла...  (могу сфотографировать и всё переслать если есть интерес) и на стр 151 сделан вывод:

получаем:

 

и

  (8.29)

Таким образом, мы установили, что для того что бы P было минимальным, отношение масс r субракет должны быть пропорциональны конструкционным отношениям s.

P - это отношение массы всей многоступенчатой ракеты к массе полезной нагрузки.
R - это массовое число всей многоступенчатой ракеты (начальная масса всей ракеты на конечную массу последней субракеты). Это произведение всех  r_i
p_i - (маленькое) это то же что и большое  для субракеты. У всех субракет кроме последней полезная нагрузка - следующая субракета.
r_i - (маленькое) - массовое число для кажой субракеты.
s_i - совершенство конструкции субракеты. То есть во сколько раз пустая (без полезной нагрузки) субракета легче заправленной (опять же без полезной нагрузки).
S - совершенство всей ступенчатой ракеты. Это произведение всех  s_i

То есть, как я понимаю критерий такой оптимальности.
Если у вас зафиксирована полезная нагрузка (M₀), число ступеней n, конечная скорость v и скорость истечения на каждой субракете равна некой u, то минимизация P (то есть минимизация стартовой массы ракеты из массы полезной нагрузки через минимизацию P : M=PM₀) требует что бы все ступени имели одинаковую пропорцию r/s . У симметричной или "пропорциональной" ракеты так это и есть.
Зонд Елистратова именно так и построен.  На любой ступени пропорции одинаковы. То есть, эта многоступенчатая ракета изначально в смысле оптимизации самой ступенчатости оптимальна и нечего там еще искать какого-то хитрого оптимума.
Как мне ка-а-а-а-ца...
Лично мне так ка-а-а-а-ца...
 

[alex_semenov]

Ну те кто создали телескоп Уэбба, смогли решить вопрос, чтоб в глубоком ИК он работал.

Нет, коненчо, если вы как следует экранируете... Но это же МАССА. Экраны. И будет ли это того стоить? Тем более что отводить вы должны непосредственно с нижней (как я понимаю)  и верхней поверхностстей тела фотопреобразователя, который уже раскалён до 450 К.
Вам нужен хрендостаниум с планеты Пандора!

Кстати, еще одна проблема. С фотопреобразователей мы получаем много тока с малым напряжением. Но на ионный двигатель надо подавать именно высокое напряжение. Нужен "трансформатор". Собственно это тоже машина со своим параметром  удельной мощности, то есть мощности (пропускаемой через неё) на массу ее собственной конструкции. Нам нужна очень лёгкая и мощная такая машина. Если мы хотим получить 5 квт/кг или даже 10 квт/кг всей ракеты, то узлы из которых ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО состоит эта ракета должны в разы быть еще более энерговооруженными. То есть нужен трансформатор в ~ 100 квт/кг. И тут опять возникает та же проблема потерь. При такой мощности (на кг массы не важно как устроенной машины) минимальная потеря (там 1-5%) ведёт к чудовищному нагреву (и потере функциональности агрегата).
Так вот. Тут то как раз сверхпроводники, думаю, и могли бы решить проблему просто устранив потери и тем самым обеспечив чудовищную энерговооруженность узла. То есть в месте куда стекается большой ток с огромного числа фотоэлементов должен быть хороший экран и очень холодный и лёгкий агрегат на сверхпроводниках, который преобразовывает ток в напряжение, которое потом идет на ионники.Тут, я уверен, игра с экранированием будет стоить свеч!

Кстати. Никто не стал выяснять как город Терминатор на Меркурии самокатился по рельсам у Кима Стэнли Робинсона в романе «2312», уходя от преследующего его восходящего там Солнца?



Рельсы нагревались восходящими лучами и... расширялись. А расширяясь они катили колёса города. То есть само Солнце катило город от себя.



Точно так же сам реактор будет нагревать стержни и они будут расширяться. А расширяясь, себя втягивать в реактор. Это будет даже куда надёжней и проще:



Достаточно сделать конусный вход в экране-стенке-теплоизоляторе и... реактор сам будет втягивать в себя урановые стержни за счёт расширения стержней. Эффект можно улучшить, поставив этой тепловой машине дополнительный холодильник в виде втулки из более теплопроводного материала с отводом тепла. Никакого специального привода, движущихся частей тут не надо. Только нужен тормоз, который останавливал бы втягивание если что. Можно даже регулировать скорость, управляя скоростью отвода тепла (то есть на том же принципе можно, кажется придумать и "тормоз").
Красиво?
Это действительно достойно патента! Но не будем мелочиться на потомках!

[alex_semenov]

А почему для той же цели не подключить те же фотоэлементы последовательно?
Или есть к-л технологический барьер, мешающий это сделать?

Честно говоря - не знаю. Может и можно. А может есть причина, почему не стоит. Но я знаю что с "Топазов" - термоэмиссионников снимал всё же большой ток с малым напряжением, а потом его преобразоывали в нужный (при этом там, кажется использовались последовательно-параллельные "гирлядны"). Тут нужно вникать именно что в тонкости уже самой этой механики. Быть в теме по самые уши. Может кто-то объяснит, кто в курсе?

У нас 300 квадратных метров фотоэлементов на 1 блок реактора, конечно для лития в ионнике с 4 мя сетками можно запитать последовательно солнечные батареи и получить требуемые 60 киловольт напряжения.

Сергей. Вы мне показали хороший пример того, что я сам часто делаю тут неверно. Но со стороны это не видно. Когда ты вываливаешь массу конечных цифр, полученных каким-то там расчётом у тебя под рукой, который есть только у тебя, то это только запутывает того, кто читает это и не в курсе промежуточных расчётов.
60 000 вольт... Если каждый элемент по 1.5 вольт это сколько же должно быть последовательно включенных элементов?
А если один порвётся?
Да, ясно, можно сделать обходной ключ... Но может всё же богу богово, а кесарю кесарево? На фотопанелях соединить всё так, как лучше для работы собственно преобразователя, ну а сам ток... Я вполне допускаю что некий генератор "в тени" на сверхпроводниках мог бы с энерговооруженность и 100 квт/кг преобразовать ток в напряжение. Нет? Кстати, допускаю что на зонде-Мафусаиле (тысчяелетнике)  могут быть движущиеся часть. Движущиеся не обязательно трущиеся. То же вращение, это не страшно если всё подвешено в магнитном поле и ничто ни обо что не трётся. Только поле пересекает проводники. Ну и хай себе так крутиться 1000 лет! "1000 лет" - это условный предел, разумеется. Ну 100 лет... в реале.

[alex_semenov]

Этому дереву 3000 лет...
Это я к вопросу о длительности перелетов.

Иван, и вы увлеклись Штерновским оптимизмом?
Вы же говорили как-то что 300 лет (ну еще плюс сто-двести) - это скорей всего предел времени для перелёта. И вдруг - целый порядок добавили!

Штерн правильно выделяет главную сложность. Мотивация запускать что-то, что "сработает" (или нет?) через 3000 лет.
Людям нашего времени это непостижимо.
Но если мы возьмем философию тех же буддистских монахов...
Я,  когда начал делать наброски по теории пекулярной межзвездной экспансии (ну дождаться пока та или иная звезда приблизиться к Солнцу и  на максимальном сближении к ней перелететь) предварительно-условно назвал это "проект Сиддхартха".

Нам бы просто "быстрое время" пережить сейчас...  плотное... перебеситься...
А кто понял жизнь - тот не торопится.

Раз зашла речь. Деревья. Растения - они же истинные хозяева суши на Земле. Мафусоилы. Как захватили первыми сушу, так и владеют, сформировав почву. Все остальные так, у них под ногами мельтешат... Симбионты. На фоне жизни деревьев, мы - однодневки!
Между прочим, настоящие  враги деревьев- трава (разнотравье, степи). Относительно молодая но хищная форма растительности на планете. Тоже живущая мало. Но быстро. Своего рода "саранча". Сверххищник (как муравьи и мы, люди). И люди взошли как цивилизация, используя эту битву травы с деревьями. Или это трава нас использовала в своей битве с деревьями? Фиг сразу и разберёшь.

[alex_semenov]

По поводу зонда Елистратова. Или Е-зонда.
Общие замечания.
Видится три типа-размера.

A Версия E-зонда. Собственно предложенный сами Сергеем. 400 тонн.  Но всего 260 кг полезной нагрузки смущают. Плюс, большая проблема сделать последние ступени. Маленькими и злыми (энерговооруженными как надо)

B Версия E-зонда. Увеличить всё в 10 раз. 4 000 тонн на старте. Условно  2,6 тонны полезной нагрузки. Это сделать будет, думаю проще всего и предлагаю считать эту версию базовой.  Да, первые ступени уже тяжеловаты. Но зато последние вполне себе вменяемого размера по-идее.

С Версия E-зонда. Увеличить стартовую массу еще в 10 раз. То есть до 40 000 тонн. Тогда у цели 26 тонн. Это полноценная исследовательская роботизированная миссия.  Или даже (если есть сумма почти магических технологий) эмбрионшип.
Но. Есть проблема. На всю экспедицию уже надо слишком много 235-го урана. Поэтому 235-й используется тольк на самых последних, "легких" ступенях. На первых, крупных надо попробовать использовать 238-й и электро-ядерный подход так проталкиваемый Острецовым.

Ясно что в любом случае концепция E-зонда "нишевая". И если мы хотим отправить к звёздам полноценную пилотируемую экспедицию (пусть в виде корабля отраков, не обязательно корабля поколений), играться так со ступенями нам просто не позволит масса.

[alex_semenov]

Но можно представить цивилизацию "деревьев", в которой длительность жизни на два порядка выше человеческой.
Для такой цивилизации экспансия в Галактику будет много проще.

О! Если начинать рассуждать так...
Ну там, клонирование, физическое бессмертие. Загрузка личности (в смысли виртуальные люди в компьютере)...
Но даже без этого... Вот простой пример.
Представьте, что даже для людей появилась технология (не вижу ничего невозможного, так как иногда еще вижу яркие  насыщенные "цветные" сны) переписывать некоторые (избранные, лучшие, яркие) воспоминания от одного человека к другому. Эта "ложная память" и яркие переживания могут стать "памятью предков". Передоверяемый от поколения к поколению КУЛЬТУРНЫЙ код. Мемон. То есть вопрос жизни и смерти как бы ... размазывается для таких людей, которые помнят свою прошлую рекомбинацию как свою. Этакое Колесо Сансары...



Ничего невозможного в этом нет. Я бы даже допустил, что подобное очень даже на расстоянии той же искусственной матки. Просто займитесь специально этим и сделайте!
И если такая практика закрепиться культурно, то для такой цивилизации размазывается вопрос целепологания здесь и сейчас. То, о чем переживает Штерн. Что заставить людей работать на цели, которые отдалены на 3000 лет невозможно ибо...
Согласны?
Но такая технология создала бы совсем другой тип разума и цивилизации из нас же. Тип жизни и мотивации. Хотя, казалось бы... Те же люди что и мы.
Так что, да... Ещё не вечер.
По-сути мы такой технологией уже от части владеем. И давно. С ее зачатков и начинается цивилизация. Еще охотников-собирателей. Это длинное дописьменное детство человечества... С их сказками-мифами. Кто знает? Когда они жрали грибы и слушали шамана... Они реально переносились куда-то там...  У раннего Пелевина это достаточно ярко и иронично описано. Что сам Перевин жрал нюхал и чем кололся - его дело, но базовые идеи он стыбрил у модного тогда Кастанеды...


Те люди, тогда, жили в "статичном" времени. Миллион лет? Это разве срок был для них? Они были частью ЗАКОЛЬЦОВАННОГО времени, так сказать... Частью вечного потока. Вышел-зашёл...
И все наши попытки представить рай (тот же Ефремов) - это попытки вернуться в блаженный мезолит (но со звездолётами). Где человек был еще дитя природы, но уже властвовал над ней, можно сказать, еще более-менее честно с ней соревнуясь. То есть он был пусть не долго (жизнь коротка) но счастлив в этом:



За ссылку - спасибо. Посмотрю. Пекулярная экспансия - это то что по-сути тут на этом форуме родилось само собой (возможно независимо, идеи витают в воздухе). Вика посчитала (достаточно просто, аж зависть взяла!) среднюю частоту встреч-сближений звезд. Ну а я вцепился в экспоненту (потом заменили на логистическую кривую), мол, даже при таком предельно медленном расселении (через броуновское сближение звёзд) Галактика будет заселена по космологическим меркам очень быстро.
Вот тут в этом ролике...

http://www.youtube.com/watch?v=tvzfEA75CRQ#

... ест  видео с некой компьютерной модели, которая моделирует расселение (людей?) по Галактике. Взяты предельно консервативные оценки. Максимальное расстояние для полёта - 10 св. лет.  Длительность полёта - 300 000 лет!!! Это 10 км/с.  Со скоростью "вояджеров"!
Так вот, модель показала что всю Галактику можно заселить ТАК быстрее чем за миллиард лет. 
Наша оценка (мы конечно не моделировали нюансы) давала похожий результат. Разница в том что там никто не ждёт сближения и сразу отправляются на скорости едва превышающей третью космическую в безумное путешествие, а мы просто тупо ждали тысячи и тысячи лет  на планете, пока звезды СЛУЧАЙНО сблизятся и... перепрыгивали туда, осваивая новые системы и планеты (разумеется красные карлики принимались в расчёт как пригодные к заселению).
В будущем, до того как Солнце сожрёт Землю, здесь мы будем иметь (не помню точную цифру) тысячи и тысячи случаев сближения звезд ближе чем на 1 св. год. При этом десятки раз звезды подойдут на 0.1 св. год от нас! То есть просто грех будет не отправится туда!



Относительно недавно Солнце пережило "обычное" близкое сближение со звездой Шольца. Как раз тогда, когда человечество вышло (или уже было готово выйти) из Африки и начать заселять всю Землю, 70 000 лет назад, область Оорта чиркнула звезда Шольца.



Двойной красный карлик (красный и коричнивый). Он сблизился с Солнцем на 0.8 св. лет.


Кстати, у меня есть подозрение что именно красные карлики могут быть очень удобным местом для расположения компактной космической цивилизации. У этих звёзд есть свои минусы но и плюсы. Большой плюс, что если у вас там есть подходящая планетная система (не обязательно и в зоне жизни) с ресурсами, то в силу компактности (такая система может быть размером с систему спутников Сатурна или Юпитера, но много разнообразней и богаче) именно для расположенной в космосе (на множестве тел) цивилизации это будет куда выгодней чем заселять чудовищно большую (в сравнении с этим) Солнечную систему, где "межпланетная торговля" (снабжение) по гомановским траекториям (они наиболее выгодны с точки зрения энергетики) занимают не годы и годы (как у нас тут) а дни, максимум месяцы.

[alex_semenov]

Трава не хищник, она растёт там где деревьям не здоровится ввиду климата, почв, резких цикличнских изменений условий. И ужтестественно, деревья скорее из травы произошли, но не наоборот)))

Вы плохо понимаете ИСТОРИЮ биосферы, мой друг. Вы думаете динозавров (мегафаунный слой - точно) убил астероид? Он был, и возможно был поводом. Но причина была иная. Я не вникал в делати этой ботаники. Но неоднократно попадалось (кстати, еще до гипотезы астероида) что причина, истинная причина КРИЗИСА - битва голосеменных с покрытосеменными. То есть. Все эти вымирания и восходы животных на планете нам кажутся важными. Но это всего лишь ВЕДОМЫЙ процесс. А ведущий - это эволюция растений. И там битва идет такая же отчаянная если не отчаянней чем между видами животных.
Вся истоия восходжедия человека, 5 миллионов лет - это история "осаванливания" Африки. Когда трава поедала леса. Да, климат способствовал. Но и трава сильно этим пользовалась. Очень агрессивно, используя самосожжение даже (трава провоцирует лесные пожары и восходит на очищенном месте куда быстрей чем деревья). Любая лесостепь - это поле битвы. Мы просто не видим в силу другого масштаба времени.

Только как все это поможет межзвёздным перелетам? Деревья что ли запускать собираетесь!?)

Ну мало ли? То что живые организмы могут существовать 3000 лет говорит, что 3000 лет - это не такая уж и пропасть. Машины тоже могли бы, наверное. Хотя я уверен что можно найти способ пересечь бездну и за 300 лет. При этом я говорю даже не об А.Центавре. Я говорю о "средней" дистанции 15 св. лет.

Есть одно но. Космическая эрозия, разрушение всего в открытом пространстве жесткими излучениями, высоко энергетическими частицами, микрометеорами.
Если даже под защитой магнитного поля Земли аппараты  приходят в негодность, то что с ними будет за пределами гелиопаузы, где они будут открыты " всем ветрам"!?

Эрозия там, разумеется, есть. Но это не идет ни в какое сравнение с ХИМИЧЕСКОЙ эрозией машин в нашей земной окислительной атмосфере.
Не задумывались?

То есть худшего места чем Земля, для "размножения и выживания" машин, сооружений, техносферы во вселенной просто не придумать!
 
О, собственно, самой радиации.
У меня есть сильнейшее подозрение, что педалирование безумной опасности радиации (при полёте даже на Марс) - это что-то в духе педалирования ужасов ядерной войны. Нет, никто не говорит что ядерная война - безобидна. Отнюдь. Но то как это преподносится, какая МОРАЛЬ за этим ставится... Был бы я уфонутым конспирологом давно бы уже сказал что это рептилоиды с Нибиру нас так отговаривают остаться и сдохнуть в колыбели по сценарию "могильный червь" (который тут тоже, на этом форуме, почему-то так подозрительно популярен! Опять рептилоиды?  Измена... или опять глупость? ).
У космической радиации, ГКЛ, есть АХИЛЕСОВА ПЯТА.
В курсе?
Она... ЗАРЯЖЕНА. Вся! (Гамма? А сколько ее?). Нейтрон в свободном полёте живёт 400 секунд. В курсе? Нейтроны от космической радиации - вторичные. Если лучи попали во что-то тяжелое (металл). Наведёнка. Значит? Если мы создадим магнитное поле нужной индукции и формы, а внутри поместим... НАДУВНОЙ отсек из кевлара и прочей легкой но прочной многослойки (микрометеоритам пофиг ткань или 3 мм алюминия, с ними борются многослойностью)... Мы создадим ИДЕАЛЬНЫЕ условия для бытия всякого живого. 1 атмосфера изнутри, снаружи вакуум... "Надувной матрас"! Каркас обтянутый "тканью". "Палатка". Достаточно (если вы полем победиги ГКЛ)! Легко и надёжно. И даже лучше (не будет наведёнки от того что прорвётся сквозь магнитный барьер и рассыпется вторичными частицами на металле бортовой стенки). ГКЛ - не так страшен как его малюют. Просто возьмите корабль масштабом побольше. Масштаб вам купит всё! В комплексе. И защиту от радиации - тоже.
Проблема радиации ЯВНО раздута. Она есть. Но её можно победить.
Достаточно большой корабль (мир) может себе позволить даже тупо материальную защиту от ГКЛ. 5 метров воды/льда- достаточно что бы НАВСЕГДА отгородится от самой плотной части ГКЛ. А та что прорвётся... она и тут нас на Земле прям сейчас прошивает нас насквозь (зачем нейтринные телескопы прячут под километры грунта?). Хотя тупая материальная защита 5-10 м - это всё-таки для неподвижных астросооружений, скорей всего. Но это уже абсолютное решение.
На КАПСУЛЕ - такой подход к защите от радиации безумие. Но кто же на капсулах будет далеко летать и жить в космосе? Капсулы - это бзик современности! Я бы сказал недоразумение! Зигзаг истории! Тупик развития космонавтики. Вся наша космонавтика - один глухой тупик.

Вы зачеммто все пытаетесь придумать как запустить межзвездный зонд с черепашьей скоростью. Смысл вообще в этом!?)) за 300-500 лет он развалится, будет просто куском металлолома прошитый насквозь.

Можно подумать у вас есть альтернатива? Сверхсвет? Невероятностная тяга? Зонд, несущийся с бОльшей скорстью будет подвержен куда боее ЧУДОВИЩНОЙ эрозии со стороны попутного излучения и пыли! Он просто рискует быть стёртым по пути (конечно надо считать и выяснять. Настоящие проблемы вроде начинаются с 0.1с)! Быстрей летит в 10 раз? В 100 раз (квадратично) выше энергетическая  наргузка на его лобовой щит! Это же элементарно! Тупая логика говорит: тише едешь - дальше будешь!

[alex_semenov]

Так климат все и определяет.

Климат - бег по кругу. Пусть и сложно сплетённые но колебания. Цикличность. А эволюция - движение вперёд. Спираль. Различаете?