Двигатель для межзвёздных перелётов

[vsevolodson]

Условно делим скорость корабля на 3 группы:

Быстрые, 0.1-1с,
Средние 0.01с-0.1с,
Медленные до 0.01с.

Единственная граница, которую я здесь вижу - это пекулярная скорость звёзд. Она ограничивает снизу скорость перелёта в ~100 км/с. Медленнее уже вообще смысла нет - "звёзды сами когда-нибудь прилетят к нам быстрее" (вспоминаем картинку будущих сближений СС с другими звёздами). Следующая веха - это превышение пекулярной межгалактической скорости - около 1000 км/с. Т.е. медленнее 100 км/с - неприемлемо медленный перелёт, медленнее 1000 км/с - медленные перелёты, быстрее - средние. Ну а на джетах (с внешним источником импульса) можно будет назвать быстрыми перелёты.

[Кремальера]

А вот по организации – таким же вопросом задалась американская DARPA. Проект «100-летний звездолет» - это не сколько поиск идей по конструкции, сколько исследование возможностей и вариантов создания долговременных рабочих сообществ.

Долгоиграющее рабочее сообщество,не есть проблема.Особенно "там".У земляков Андерсена есть пивные и кондитерские которым по два-три века.Тоже самое касается и производителей "железа".На сайте самого 100YSS ,в качестве примера прописана более чем столетняя работа Нобелевского комитета.Но лично для меня основная проблема фонда 100-летнего звездолета,это цифра 100.А ехать надо было еще вчера.

Цивилизация не может потратить на межзвездные экспедиции более 10% от добываемой ею энергии на свои личные нужды.

Цивилизация не может.А вот какая-нибудь частная лавочка вполне может подсобирать(ветряками или еще как) с терраватт энергии в год ,аккумулировать оную, и в час Хэ освоить.Для того же лазера разгона.

Длительное время я считал таким приводом лазерный парус.
Но последнее время концепция корабля на потоке материи мне нравится все больше и больше. То есть двигатель звездолета остается дома. На планетоиде добывается вся необходимая энергия (способ не важен) и используется для разгона потока материи.
Заряженные частицы неудобны на дальних расстояниях. Поэтому я бы разгонял потоком заряженных частиц магнитные кольца, которые и несут разгоняющий импульс вслед кораблю.

Ну дык,парус он и есть парус.Углеродные ткачи не стоят на месте.Волокно уже в шесть раз превышает арамид по прочности,дальше будет еще веселее.А касательно колец:не сложнее ли на порядок будет с ними возится,нежели с(пускай имеющим грандиозные масштабы) световым парусом.

[alex_semenov]

Единственная граница, которую я здесь вижу - это пекулярная скорость звёзд.

Есть еще одна. Если затраты энергии на обеспечение СОХРАННОСТИ 1 кг полезной нагрузки в течение тысячелетий полета сильно превысит затраты на разгон этого 1 кг до скорости перелета (и торможения), то какой смысл в таких малых затратах на разгон?
Скажем, межзвездная колония летит тысячу лет к цели при этом сжигает (условно) 5000 тонн урана на внутренние нужды колонии во время перелета. А на разгон   и торможение потрачено было 500 тонн урана (беру от балды). Итого потрачено 5500 тонн урана. Но если бы колония разогналась  до большей скорости , потратив  2000 тонн урана (в 4 раза больше, скорость значит в 2 раза выше) то в пути потратили бы только 2500 тонн урана на внутренние нужды (в два раза меньше). В целом потратили бы 4500 тонн. То есть, летя быстрее, потратили бы на 1000 тонн энергоносителя меньше. Слишком маленькая скорость получается дороже.

[AlexOrex]

Цивилизация не может.А вот какая-нибудь частная лавочка вполне может подсобирать(ветряками или еще как) с терраватт энергии в год ,аккумулировать оную, и в час Хэ освоить.Для того же лазера разгона.

Кстати, мне стало интересно, как можно законсервировать, например, 100 Тераватт*год энергии. Электролиз воды с закачкой водорода в пещеры? Водохранилище в Амазонии?

[Кремальера]

Кстати, мне стало интересно, как можно законсервировать, например, 100 Тераватт*год энергии

Идей много,их хорошо подбрасывает ув.Asket.100Tвт -много ,а вот 1Твт вполне,даже Шотладия не пострадает.. :DБерем 70 тыс.Energy Bag от Thin red line aerospace.И все это в муть морских глубин.Монтировать это богатство не так уж сложно(на Ю-тубе ролик есть).С энергией нерешаемые проблемы не усматриваются.Другое дело как изваять лазер нужной мощности?

[Кремальера]

Слишком маленькая скорость получается дороже

Вот-вот.А оптимальная какая-будет(звездолет не атолл) ???при вашем разгоне кольцами??

[Иван Моисеев]

Условно делим скорость корабля на 3 группы:

Быстрые, 0.1-1с,
Средние 0.01с-0.1с,
Медленные до 0.01с.

Привет, Александр. Если вы присмотритесь к схеме, которую я только что привел, - так там скорости вообще нет, как параметра. Думаете забыл?
На мой взгляд, на нынешнем этапе  исторического развития требуется две вещи:
1. Показать принципиальную возможность межзвездного зонда (без торможения);
2. Показать принципиальную возможность межзвездного перелета (пилотируемого).
"Показать" - это значит дать такое описание проекта, который был бы принят "экспертным сообществом", как возможный.
А скорость - это уже производная многих соображений.

Таким образом масса корабля, его скорость и решаемые им задачи жестко и НАПРЯМУЮ связаны с состоянием развития энергетики цивилизации.

Никак нет. Цивилизация имеет энергии по потребности. Но по потребности обоснованной, т.е. - оплаченной. Будет потребность - будет энергия. Современные представления о дефиците энергии связаны не с той энергией, которая нужна, нынешние разборки касаются ископаемых сортов.
Забегая вперед, следует смотреть не на энергию, а на мощность. А с мощностью - о мощности в миллионы л.с. в середине прошлого века могли говорить только в фантазийном смысле. А тут - бац - появилась потребность в МБР. Вот тебе, бабушка, и миллион л.с. тут же появился.

[AlexOrex]

Есть еще одна. Если затраты энергии на обеспечение СОХРАННОСТИ 1 кг полезной нагрузки в течение тысячелетий полета сильно превысит затраты на разгон этого 1 кг до скорости перелета (и торможения), то какой смысл в таких малых затратах на разгон?

Кстати, можно посмотреть. Мы с Вами когда-то параллельно считали допотопный звездополз на ионниках. Получалось, для достижения 1000 км/с нужно где-то 100 000т урана на 1Мт сухой массы (и 5 Мт рабочего тела). Жилой отсек этого звездополза я представлял себе как тор минимального радиуса (метров 200), по сути жилую улицу на 200-300 человек. Предполагая, что на каждого из этих людей приходится такая же энергия, как на долю каждого человека Земли (т.е. (солнечная постоянная минус альбедо) * площадь проекции земного шара / 7 млрд населения, что составляет около 17 МВт), получим 3-5 ГВт общего потребления (ого я загнул, Vsevolodson'у понравится:)), т.е. 3-5 кило урана в сутки, что за 1500 лет полета к Альфе Ц. даст минимум полторы мегатонны. Да, осетра надо урезать. Сколько там потребует энергии полностью замкнутая СЖО с оранжереями плюс технические системы, отопление, охлаждение, производственные мастерские и т.д?

[alex_semenov]

Слишком маленькая скорость получается дороже

Вот-вот.А оптимальная какая-будет(звездолет не атолл) ???при вашем разгоне кольцами??

Кольцами разгонять надо не аттолы, а что-то легкое, порядка 1000 тонн, ну 10 000 - 50 000 тонн максимум. Зачем же "атоллы" гонять на скорости 0.1с? Атолл должен лететь в 100-1000 раз медленне. Значит при тех же затратах энергии получаем массу в 100 000 000 - 10 000 000 000 тонн. Вот вам и атолл на 300 - 30 км/с.

[alex_semenov]

Сколько там потребует энергии полностью замкнутая СЖО с оранжереями плюс технические системы, отопление, охлаждение, производственные мастерские и т.д?

Вообще считается что 10 Квт/чел - достаточно при нынешней цивилизации. Рициклинг удвоит это до 20 Квт/чел. Ну возьмите с запасом 50 Квт/чел. Вот тут http://go2starss.narod.ru/pub/E007_FSN.html вообще считали 1 Мвт/чел. Но это явно с избытком.

[AlexOrex]

Сколько там потребует энергии полностью замкнутая СЖО с оранжереями плюс технические системы, отопление, охлаждение, производственные мастерские и т.д?

Вообще считается что 10 Квт/чел - достаточно при нынешней цивилизации. Рициклинг удвоит это до 20 Квт/чел. Ну возьмите с запасом 50 Квт/чел. Вот тут http://go2starss.narod.ru/pub/E007_FSN.html вообще считали 1 Мвт/чел. Но это явно с избытком.

Вообще-то да. 100 кВт/чел уже хватит со всеми плантациями и сквериками.
Шьорт побьери! Я почему-то написал полторы мегатонны вместо килотонны в предыдущем посте (а здесь на компе теги на действуют, зачеркнуть не могу). Так что жировать на корабле можно неограниченно - по сравнению с разгонными затратами это мелочь. Даже "горная долина" на одно племя (у истоков темы) не потратит значительного процента энергии. Что там, 4 км2 - всего пару гигават на "солнце" и немного на прочие системы.

[alex_semenov]

Кстати, мне стало интересно, как можно законсервировать, например, 100 Тераватт*год энергии. Электролиз воды с закачкой водорода в пещеры? Водохранилище в Амазонии?

Человечество сейчас производит и порядка 14 Твт. А вы хотите 100*10^12*365*24*3600=3,1536E+21 Дж где-то накопить?
Гм…
Люблю дурацкие задачки… (типа разобрать Землю).
Лет пять назад, когда я хотел быстро (с ускорение 100 g) разгонять микроволновые паруса (что бы не иметь большой линзы), я пытался как-то решить подобную задачу.
Мол, накопить годами, а потом за месяц слить…
И где копить?
Разумеется задача не для Земли.
Где в космосе копить такое количество энергии?
И вот что лучшее я придумал.
Маховик.

Энергия маховика:

Момент инерции тонкостенного цилиндра или кольца (идеально):



И вот что получается. Тут бы считать прочность… Но мы предположим что на нашем кольце центробежная сила не должна превышать 10g иначе порвет (на самом деле может и больше выдержет?). Я беру кольцо радиусом 10 км (на глаз) и считаю угловую скорость для него при 10g. Получаю 0,099. Это линейная скрость на ободе 990 м/с.
И теперь считаю массу кольца (из энергии).
Получаю 3,218E+12 тонн
Такой небольшой астероид надо превратить в кольцо.
Вернее два кольца между которыми линейный мотор он же - генератор. Раскручиваем - запасаем энергию. Через те же обмотки снимаем мощность. Так как дело происходит в глубоком космосе можно использовать сверхпроводники и иметь почти идеальный кпд процесса залива и слива энергии.
Если идею рассмотреть попристальней, то можно все оптимизировать. Обороты прибавить, массу снизить. В общем надо браться двумя руками, если есть желание.

[alex_semenov]

Даже "горная долина" на одно племя (у истоков темы) не потратит значительного процента энергии. Что там, 4 км2 - всего пару гигават на "солнце" и немного на прочие системы.

Я вообще-то всегда считал что клония должна быть городом не менее 10 000 человек. А  кучку одичавших миллиардеров в долине-звездолете не хочу обсчитывать из классовых чувств ПРИНЦИПИАЛЬНО!
    
 
Обычно считают колонию сухой массой 30 - 1000 тонн на человека (тысяча тонн это с тупой радиационной защитой). 10 000 человек - отсюда и масса колонии (добавте двигатель и считайте затраны энергии на разгон) по 50 кв/чел потребление. Из скорости и дистанции считайте время. Отсюда затраты энергии на нужды колонии.

[AlexOrex]

Ну тогда 10 ГВт. 20 кг урана в сутки при КПД 50%. 40-50 килотонн на 6000-летний перелет даже до Глизе 581. По сравнению с мега- или гигатоннами разгонного топлива совершенно не смотрится, учитывая, что корабль пропорционально больше (сухая масса сотни мегатонн).

[PathFinder]

Если бы я возглавил проект "русский звездолет", я бы сосредоточился на этой идее.

Александр, у вас нет желания поучаствовать в 100YSS. И если есть, то что этому мешает?

[ВадимZero]

Если идею рассмотреть попристальней, то можно все оптимизировать. Обороты прибавить, массу снизить. В общем надо браться двумя руками, если есть желание.

Что тут расматривать? Накопители на основе маховика, дают больше энергии в расчете на килограм, чем химические акумуляторы, и меньше чем топливные элементы. Единственый плюс маховика в том что он может быстро отдавать энергию. Тоесть быстрей чем топливный элемент. Но даже для очень скоростного разгона такие мощности слишком большие.

[ВадимZero]

Я все думал, тут, как гравитационную энергию(энергию падения тел в грав яму) преобразовать в энергию электрическую или световую. И вот идея клюнула в голову.
Гравитационная электростанция.
Вокруг какой нибуть гравитационной ямы(например Юпитера)на растоянии одного, полутора радиусов создаем два гиганстких кольца которые вращаються в разные стороны, но при этом связаны электромагнитно с друг другом как ротор и статор. По сути вся конструкция представляет собой гигансткий генератор. Конструкция колец такова что они могут уменьшаться в диаметре(думаю это достижимо) К кольцам привязываем всякий мусор(например матерьял спутников Юпитера) и включаем наш генератор. Согласно законам небесной механики наши кольца при попытке их замедлить будут ускоряться и понижать свою орбиту и будут уменьшаться в радиусе(вот для чего нужны кольца с изменяемой длинной). Таким образом мы преобразуем энергию падения в грав яму.

[alex_semenov]

Ну тогда 10 ГВт. 20 кг урана в сутки при КПД 50%. 40-50 килотонн на 6000-летний перелет даже до Глизе 581. По сравнению с мега- или гигатоннами разгонного топлива совершенно не смотрится, учитывая, что корабль пропорционально больше (сухая масса под гигатонну).

Так у вас слишком большая скорость! 20 св. лет за 6000 это же 1000 км/с
Это явно очень хорошая скорость!
Речь ведь шла о минимуме. Пекулярная  скорость на порядок-два ниже!

Давайте считать вот такую модель.
10 000 человек колония.
Масса на одного человека берем 100 тонн/чел.
Энергопотребление колонии 50 Квт/чел.
То есть имеем колонию массой 1 миллион тонн. На вашей скорости дельта-вэ (в два раза выше крейсерской разгон и торможение) 2000 км/с. Энергии (в чистом виде) потребуется для двигателей 2E+21 Дж (считая кпд 100%). А за 6000 лет колония съест 9,46E+19 Дж энергии.
Но! Это на скорости 1000 км/с.
Теперь берем скорость в 10 раз меньшую. 100 км/с.
Разгон съест 2E+19 Дж, а колония за 60 000 лет (столько лететь!)  9,46E+20 Дж. Явно больше чем потрачено на разгон. Энергетический оптимум скорости для данной дистанции и данной колонии явно больше 100 км/с и меньше 1000 км/с.
Но если правильно считать, то надо учитывать кпд двигателя. Это 0.64*0.9*0.5, не более. B КПД энергоустановки 0.5 например.

[alex_semenov]

Если бы я возглавил проект "русский звездолет", я бы сосредоточился на этой идее.

Александр, у вас нет желания поучаствовать в 100YSS. И если есть, то что этому мешает?

"В мировом масштабе" говорите?
А гордость... национальная...  как же?
Ди и  язЫков, я, Петька, не знаю...
Я же по-английски как С. Лем читаю. "Со словарем"
А как же разговаривать с супостатами, когда бутерброды пригласят кушать?
Стесняюсь я этого 100YSS...
 

[alex_semenov]

Я все думал, тут, как гравитационную энергию(энергию падения тел в грав яму) преобразовать в энергию электрическую или световую. И вот идея клюнула в голову.
Гравитационная электростанция.
Вокруг какой нибуть гравитационной ямы(например Юпитера)на растоянии одного, полутора радиусов создаем два гиганстких кольца которые вращаються в разные стороны, но при этом связаны электромагнитно с друг другом как ротор и статор. По сути вся конструкция представляет собой гигансткий генератор. Конструкция колец такова что они могут уменьшаться в диаметре(думаю это достижимо) К кольцам привязываем всякий мусор(например матерьял спутников Юпитера) и включаем наш генератор. Согласно законам небесной механики наши кольца при попытке их замедлить будут ускоряться и понижать свою орбиту(вот для чего нужны кольца с изменяемой длинной). Таким образом мы преобразуем энергию падения в грав яму.

"ВСЕ УКРАДЕНО ДО НАС!" (с)

http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/tm/1982/6/v-kosmos.html
Там ваша идея - побочный результат. О чем автор и говорит между делом.