Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Это страх обывателя, для военных ничего не изменится.

Никто не говорит о военных!
Причём тут они?
"Война слишком серьезное дело чтобы ее доверять военным!" (с)
Мы говорим о ПОЛИТИКЕ.
А политика - это СТРАХИ обывателя. Именно его. Массового. На ком держится вера в правительства и устройство мира.
И страх перед оружием куда важней чем само оружие.
Да. Военные думают как они будут это применять если собак спустят с цепи. Но вся суть нашего мира что собак НИКОГДА не спустят. Потому что если их спустить, то миф развеется. Никакой миф не выживает в столкновении с реальностью.
Поэтому ни малейшим намёком нельзя это миф даже пошевельнут. Поэтому запрещены любые ядерные взрывы. Даже мирные. Даже под землёй! Они должны остаться чистым МИФОМ... Слухом. Памятью. Мифом из жуткого прошлого. Радиоактивным ужасом... И электростанции - тоже. Только солнце, Джордж! Только ветер!!! Раз-два! Раз-два!
Понимаете?
Вряд ли... Это же гуманитарные технологии.
Это -  Вуду, чёрная магия БоНбы!

Зелёные давно уже продвигают не собственные идеи, там уши Сороса торчат в полный рост. Не будет радиации, придумают что то новое. Ну или качественно отработанное старое "Вы всё скрываете, вы хотите нас обмануть".

Зелёные - это лишь подтанцовка к мифу. С самого начала. Это периферия (как и ЛГБТ) шабаша ведьм и камланий шамана. Но центр - ядерная угроза миру и радиоактивный конец всему. Это - самое-самое. Это собственно и есть, богиня Кале... Или "гвоздь" на котором и подвешен "этот брошенный, брошенный, брошенный богом мир"
Ну подумайте. Весь известный нам мир (миропорядок) и построен на страхе перед ядерным концом света. И даже происходящее сейчас - это пляски вокруг этого самого тотема!
Ключевого столба. Оси мира, так сказать...
А самой оси (большой железной палки, на которой крутится, дети, земля) на самом деле по-сути и... нет!
Да, ядерное оружие - очень мощное оружие. Но это ВСЕГО ЛИШЬ оружие. Как любое другое. Ничего магического, что может уничтожить мир в нем никогда не было и не будет никогда. Вся магия боНбы - это наши страхи перед ней. Надутые даже перенадутые (могут случайно и лопнуть). Поэтому и надо было придумать озоновую дыру, глобальное потепление, гендеры...  Миф хочет кушать! Нужны постоянные новые и новые жертвоприношения! Но камень - один и тот же. Ось всемирной глобализации.

[alex_semenov]

Нет, это даже не пол-дела, а как бы не четверть.
В первую очередь стирлинг ограничен скоростью УВОДА тепла из газа.

Гм... ну да. Разумно. Я было хотел возразить (из вредности), что отводить надо МЕНЬШЕ энергии Qx чем подоводить Qн...
Ну любая тепловая машина...



Но тут я схватил себя за руку. Скорость "перетекания" тепла зависит от ПЕРЕПАДА температур. И хотя отводится Qx=Qн-А меньше но куда "хуже" в смысле медленней или сложней...

Люди считают, что ДВС компактен из-за способа генерации тепла прямо внутри рабочего тела, и это верно. Но куда бОльшую роль играет способ отвода тепла от рабочего тела - просто выбросом отработки в атмосферу. Тот же паровоз потребовал бы втрое-вчетверо бОльшей массы и размеров, если бы работал с водой по замкнутому циклу, без выброса пара в атмосферу, а с конденсацией его в какой-нить прицепной сухой градирне. Но у паровой машины есть огромный бонус в плотности мощности процессов испарения и конденсации. У стирлинга такого бонуса нет.

Да, придётся признать что  стирлинг не просто так остался на обочине...
Увы!

Кстати я, кажется, понял откуда я столь "люблю" стирлинг. Пережитки детства. Мой товарищ, который учился в МВТУ на "дизелиста", приезжая на каникулы (я только-только вернулся из армии и сам уже учился в вузе) взахлёб расхваливал стирлинги (это 1988-90 гг). Последнее лето детства... Да... Ах как хочется вернуться в городок...

Это одна из тех идей, которые офигительно красивы в моделях и офигительно сложны и дОроги при должной реализации в практически полезных конструкциях.
Примерно как "из рогатки на Луну" концептуально много проще, чем все эти многоступенчатые ракеты. Но на практике на ракете можно полететь на Луну, а из рогатки - нет.

Не намёк ли это на мой любимый взрыволёт?

"Очень высокой" удельной мощности из стирлинга не получится.
Приемлимую удельную мощность (до киловатт) при небольшой абсолютной получить можно. Но это очень дорого (водород или гелий под большим давлением + все необходимые трюки, чтобы тепло не текло мимо).

Вы кажется тут стирлингу даже дали фору. 1 киловатт на кг? Гм... это (как мне кажется) было бы очень круто!
Вот смотрите. Это я взял известный в сети график  материалоёмкости (кг/кВт) технологии замкнутой космической энергоустановки от абсолютной мощности (в кВт) и попробовал его проэкстрополировать на бОльшие абсютные мощность установки (для межзвездного корабля-колонии). Это конечно по-сути балавство. Но мало ли?


 
Так вот. Тут к 1 кВт/кг если и приближается, то только наш старый-добрый "паравоз". Цикл Рейнкина. Удивительно, что и цикл Брайтона тут явно от него должен отстать! Стирлинг же безнадёжно асимптотически "зависает" на 40 кг/квт, то есть ... 25 ватт/кг!!!

Да, это космос. Надо поправлять. Там будут радиаторы. И тем не менее...
Кстати, исходный график:



Блин. Только теперь понял. Тут же еще и РЕАКТОР, кажется!!!
Семён Семёныч!
 

Кстати, почему на "Нуклоне" планируется турбина? Остаётся вопрос открытым. И турбина ли? Цикл Брайтона? Одни догадки.

Потому что это единственный способ преобразования с минимальными техническими рисками, который даёт одновременно высокий КПД, приемлимую удельную мощность, способен работать с высокими температурами и требует минимума движущихся частей.

Я думаю этот ответ порадует Сергея Елистратова. Он тут уже задолбал своими вопросами-воплями по поводу "Нуклона".
Я тоже думаю, что выбор больше сделан в силу ПРИЕМСТВЕННОСТИ инженерно-научных "школ":

Та же термофотовольтаика была бы лучше. Но она считается экзотичной технологией, и очень сложно убедить вкладывать сотни миллиардов рублей в проект, который пойдёт лесом, если что-то не срастётся.

Да. Нужен толчок. Должна случится неотложная необходимость...

[alex_semenov]

Сюда же то же. Только в профиль (тогда получится более-менее общая картина):



Тут есть термовольтаж. И судя по всему 50% для нее (общий КПД) - это асимптота... Хотя куда там чему рости? То есть таки общий КПД 40%?
Я рассчитывал на 50...
 
Видно что Реинкен выше 25% вряд ли поднимется. Плохо. Поэтому в общем ясно почему всё-таки Брайтон на "Нуклоне".
Круче всех тут стирлинг.
Но в целом ясно, что достоинства - расплата за недостатки и наоборот.

[alex_semenov]

Другое дело, что его сложно реализовать на практике. И стирлинг, как машина его реализующая, - тому пример.

Да, возможно высокий КПД Стирлинга и уникальная плавность хода - причина того что он наиболее близок к машине Карно. Но расплата - невысокая удельная мощность.
На самом деле любая тепловая машина это четыре "такта" 1 сжатие- 2 нагрев- 3 расширение- 4 охлаждение.
Если 1 соединить с 4 (сжимать и охлаждать плавно и одновременно) и 2 с 3 (нагревать и расширять плавно и одновременно) то мы получим ИДЕАЛЬНУЮ ситуацию.
Лучше и быть не может.
Это и есть машина Карно. С максимально мыслимым КПД. Все остальные циклы (Стирлинга, Ренкина,Брайтона, Отто, Дизеля)  - ухудшенные версии этого цикла. Да их тепловой КПД явно хуже. Зато они себя в другом (как поручик Ржевский) покажут!


Я спрашивал про сходство машины Карно с машиной Тьюринга.
И это была почти шутка.
И то и то - теоретические, умозрительные машины, призванные как можно ПРОЩЕ объяснить суть наиболее общего абстрактного понятия.
Машина Тьюринга должна объяснить суть того что такое "алгоритм" (вычислимость). Точно и строго.
Машина Карно (цикл Карно) - должна была формализовать точно и строго что такое вообще любая тепловая машина (наиболее общие ее свойства) превращающая тепло в полезную работу (например живая клетка - именно такая машина с точки зрения термодинамики).
Но так как это ПРЕДЕЛЬНОЕ УПРОЩЕНИЕ то ни машиной Тюринга, ни машиной Карно на практике пользоваться бессмысленно.

[alex_semenov]

У меня немного ламерский вопрос, но все же.
Как в термоядерном заряде осуществляется нагрев дейтерида лития-6 до температуры иницирования термоядерной реакции? Ведь при взрыве плутониевого заряда температура не достигает тех значений, которые необходимы для запуска термоядерной реакции...

Дейтерия. Дейтерия-трития - хватает. Но вопрос о зажигании дейтерия. Горение лидочки начинается с горения дейтерия. Цикл Джеттера запускается позже, когда появилось достаточно нейтронов от горения дейтерия. Да, там нужно где-то 30 кэВ. А в бомбе не выше 10 кэВ.
При этом вариант ответа: при сжатии лидочка нагревается - неверный. При адиабатическом сжатии она нагревается но на десятки тысяч градусов. Даже ударное сжатие (при котором половина работы сжатия диссипирует как тепло, то есть для той же степени сжатия вы расходуете более чем два раза больше работы) всё равно горючее остаётся достаточно холодным. Не достигает и миллиона градусов.
Вообще процесс сжатия и поджигания в бомбе (и в лазерном УТС) - раздельные процессы.
Лучше всего нам (из за лазерного УТС) известен наиболее изощрённый прием "горячей точки" - наиболее хитрый и тонкий процесс.
Вы не нагреваете всё топливо. Вы нагреваете только центральную его часть (хотя при любом зажигании вы делаете почти то же). И для этого при квази-адиабатическом сжатии серия (рябь) ударных волн сходятся в центре одновременно создавая там действительно достаточную температуру (до 10 кэВ) для зажигания DT-газа (накачанный в полость перед подрывом), от которого и начинается горение наружу сжатого и "холодного" топлива (из-за очень сильного сжатия там по-сути происходит детонация). Именно так, как и мыслилось у Теллера в "Супере". Там же обычная бомба поджигала DT затравку (особенно хорошо это разрисовано в схемам "РДС-6-T" Зельдовича, которые на самом деле забросили как тупик), DT-затравка разгоралась до 30 кЭв. А дальше процесс пошёл... Проблема "супера"и  "трубы" была в том что при нормальной плотности жидкого дейтерия (в "лидочке" плотность дейтерия чуть выше) горение не самоподдерживается. Но при сжатии хотя бы в 200-300 раз ситуация меняется. Горение уже идёт (там еще важный нюанс - граничные условия, то есть стенки из материала с большим Z). В УТС сжатие (и там DT) предполагается 1000 кратное. Видимо такое же было и в "Рябь" где подожгли заряд без свечи и получили 1000 кратное межстадийное усиление (и стенки тут уже не важны).
Но самое смешное, что как в классической схеме зажигания Теллора происходит нагрев - остаётся предметом споров у любителей ковыряться в этих секретах.
Ясно что никакого промежуточного дейтерий-трития между свечой и термоядерным топливом у "Майка"  нет.
Но суть в том что сама свеча в термоядерной бомбе горит не совсем так как в обычном заряде деления. Она там сжимается куда сильней, в 16 раз (из за огромного сжатия второй ступени). Она там явно БУСТИРУЕТСЯ (потому что цепной процесс не успеет развиться за время, пока вторичка сжата, то есть деление происходит много интенсивней). В "Майке" было дейтерий-тритиевое бустирование свечи.  Очень затратное решение. Но потом (в последующих зарядах) придумали более хитрый механизм транспорта нейтронов от первички (цилиндрическая схема сжатия это позволяла организовать). Поэтому, возможно, вся хитрость просто в том, что температура свечи оказывается достаточной (на самом деле это уточняется специальным моделированием). Но остаётся открытым вопрос, а как же со сферическими зарядами со свечой в центре? Та же  РДС-37, например?
Прикол в том, что там была "слойка" (без затравочного трития уже). То есть это было по-сути промежуточное решение, где действительно дейтерий не зажигался.  Тлел DT, наработанный в слоях посредством 238-го. То есть там хватало 10 кЭв.  Но попытки развить идею РДС-37 завели Лос-Арзамасцев в тупик (возникла целая серия провалов в 1956-1957 годах на испытаниях, связанных именно со слоёной структурой. Неустойчивости). Именно тогда и появляется революционная идея Трутнева и Бабаева суть которой - уйти от слоёв "слойки" и по-сути это и есть настоящий термоядерный заряд в СССР (до сих пор мы по-сути ничего не знаем о его конструкции). Возможно только в "Изделии 49" в СССР впервые добились полноценного зажигания в лидочке дейтерия при 30 кЭв.
Но как там достигался поджог свечой (а достоверно там была свеча, первое бессвечевое зажигание 1962-й год)? Всё покрыто мраком. Возможно действительно просто бустинг и очень сильное сжатие (то есть супервыгорание урана или прутония). В сфере это куда проще чем в "колбасе" (где по-сути плутониевая свеча сжималась в длинный прут).
Тут прозвучала идея (это распространённая версия) что нейтроны из свечи создают в "лидочке" прослойку тритий-дейтерия (на весь заряд этих нейтронов не хватит, но промежуточный слой? почему бы и нет?). Но насколько это верно? Я полагаю что механизм запуска горения в разных схемах заряда разный. Есть вклад и этих нейтронов (убежавших из цепного процесса). Но насколько он решающий? По-сути у Гспонера я читал о трёх типах схемы поджигания. Теллера (со свечой), "горячей точки" (без свечи) и даже есть третий, бессвечный, режиму Уиллера. Хотя я не понял в чём же его хитрость? Ясно что сжатие при этом ниже чем у "горячей точки" (промежуточное, ~ 500-700 раз, режим Теллера достаточно 200-300 раз, "горячая точка" более 500 до 1000 раз) но видимо, затраты энергии (на сильное ударное сжатия) выше чем при квази-адиабатическом сжатии "горячей точки".
В общем.
Метод не один. Их - в ассортименте. И для конкретного решения изделия выберается наиболее подходящий.

[alex_semenov]

А можно ли как-то использовать оптическое / рентгеновское / гамма излучение от взрыва плутониевого заряда для разогрева локальной области термоядерного заряда? Можно ли как-то сфокуссировать рентген / гамму на одной точке термоядерного заряда чтобы достичь в этом месте нужной температуры?

Нет. Гамма - слишком мало.  Но главное. Про рентген. Вы не можете в фокусе какой угодно оптической системы получить темпратуру выше чем от источника света.
Так температура Солнца ~6 000 К. И никакими ухищрениями с оптикой вы не сможете добиться в фокусе любого гелиоконцентратора температуры выше  6000 К. Это бы означало что тепло перетекает САМОПРОИЗВОЛЬНО от холодного к более горячему.
Вообще какие-либо игры с фокусировкой света в бомбе - оставьте. Там такая плотность энергии (такая плотность рентгеновских квантов) что лучше рассматривать фотоны в бомбе между срабатыванием первички и вторички как газ. Фотонный газ. Очень летучий. И этот газ очень быстро распространяется по всему объему хольраума (замкнутой непрозрачной полости). Какие-либо перепады там длятся не дольше 10 нс. Потом наступает полное термодинамическое равновесие между излучением и веществом (стенками хольраума и всеми внутренними поверхностями). Обычно это 2-4 кЭв. (при температуре излучения в хольрауме в  1 кЭв в веществе энергии еще больше чем в свете. при >2 кЭв уже в свете - больше)
Поверьте. Нет нужды что-то городить когда есть "фокусировка" ударных вол в схеме "рябь". Это действительно убойно-красивое решение.  Суть в том, что вы не можете сжимать топливо плавно и со скростью ниже скорости звука. Вы всегда его сжимаете со сверхзвуковой скоростью. И значит у вас внутрь (к цетнту) идёт ударная волна.
Всякая ударная волна по пути следования теряет энергию разогревая вещество, через которое она прошла. И чем выше скорость ударной волны, тем сильней этот разогрев. И это - паразитный разогрев.
Идеально- сжимать вещество со скоростью чуть выше скорости звука. Тогда потери - минимальные (совсем без потерь - не получится). Но в чём прикол? Что когда вещество за ударной волной уже сжато, скорость звука в нём уже ... выше.
И вслед за первой волной (ступенькой) сжатия можно послать вторую, третью, четвёртую... И каждая отставая от первой, будет вслед ей двитаться с чуть большей скоростью. И можно этой лестнице придать нужную форму. Сжатие будет очень близким к адиабатичесокму.
Но ПОБОЧНЫЙ эффект от этой лестницы в том, что когда первая волна схлопнется в центре, ее догонят все остальные ударные волны, которые были пущены позже, но у них была чуть выше скорость.
Улавливаете?
В центре (очень малой области) происходит чудовищное выделение энергии. Это и есть суперфокус. И там возникает без всякой свечи зажигания ~ 10 кЭв температуры (разогрев) от схолпывания всех этих ударных волн.
Это - идеальный фокус. Лучше и не придумать. И если там у вас DT- он загорится и даст в итоге 30 кЭв, от которого загорится уже "лидочка" (сначала дейтерий в ней, но по мере нарастания за передним фронтом, возникшие там нейтроны,  будут поглощаться (хотя там есть сложности) литий-6  и превращаться в тритий, который мгновенно будет догорать с дейтерием, запустится цикл Джеттера и он раскрутится к финалу настолько, что после взрыва вы получаете очень много недогоревшего, выпавшего из цикла Джеттера из-за прерывания условий реакции трития! И, кстати это вторая по грязности компонента взрыва после продуктов деления в триггере).
В общем. Там все вкусности давно съели до нас. И глупо изобретать велосипед.

[alex_semenov]

Хм... Странно. Обычно, твердые вещества после прохождения по ним ударной волны превращаются в груду разлетающихся осколков.

Вся цепочка достаточно хитро сплетёны событий при взрыве термоядерной бомбы происходит МЕНЕЕ чем за 1 микросекунду.
То есть 1/1000000 секунды
При этом "твёрдое тело" или конденсированная среда ведёт себя как жидкость. Поэтому и говорят о гидродинамике. Межатомные связи при тех температурах, энергиях, давлениях по-сути не играют никакой роли. Поэтому даже термодинамика идеального газа там работает прекрасно (описывает там происходящее). Но центральную роль в описании поведения вещества там играет... гравитация. Чудовищная. Я имею в виду сила инерции.
Обыденная интуиция тут - бессильна. Были бомбоделы, которые вырабатывали интуицию на то что там происходит. Но ясно, что речь идет об "особом мире" и специально для этого мира выращенная интуиция с нуля. Выращенная с опорой на матфизику.

[alex_semenov]

А у бомболета, плита начнет испаряться раньше от жестих излучений, чем до нее долетят первые молекулы от взрыва!

Так может это и хорошо?
К тому моменту когда "первые молекулы" подлетят к плите, между плитой и этими самыми молекулами уже будет слой разогретой плазмы и она "смягчит удар" по холодной плите? Напомню, что в первоначальном варианте бомболёта предполагалась просто абляция металла плиты (поэтому то плита делалась из просто стали). Но уже на стадии экспериментов с плитой (для чего использовались кумулятивные заряды в лаборатории) возник эффект жирных пальцев. Однажды совершенно случайно на плите остался след от грязных (в машинном масле) пальцев одного из экспериментаторов и под этими отпечатками пальцев слой металла на несколько микрон оказался толще. Сохранился лучше. В итоге пришли к идее что на плиту перед каждым взрывом нужно наносить слой "графита", вернее выдавливать через тонкие отверстия капиляты  тонкий слой масла (за счёт поверхностного натяжения это может быть даже толщиной с мыльный пузырь) Этот слой и будет абелировать в основном.
Но вообще говоря, по мере углубления работ вполне возможно, что тут можно было бы использовть и более хитрые эффекты. Например, первоначальная вспышка рентгена, которая опередит приход плазмы могла бы каким-то образом более тонко готовить плиту к встрече с плазмой.
Почти идеальным бы решением было бы электростатическое зеркало. Но если зеркало держать под чудовищным зарядом постоянно, то это приведёт к необходимости бороться в постоянно липнущей к нему космической плазмой (космос не пуст).
Но если бы зеракло заряжалось только перед самой встречей с плазмой взрыва на микросекунды - проблемы бы не возникло. То есть подобному зеркалу не обязательно существовать постоянно. Оно бы могло возникать за миг до удара по нему плазмы. И опережающий предвестник в виде электромагнитной энергии можно было бы использовать именно для формирования и зарядки этого одноразового зеркала.
В конце концов, никто не отменят идею магнитного зеркала (в духе того что планировали использовать на Дедале). Да, потребуется куда большая "камера сгорания" и его диаметр (скорей всего уже более километра) но в чем проблема, если это "просто поле"?
Кстати. Взрыв происходит не в НЕСКОЛЬКИХ МЕТРАХ.  В случае межзвездного бомболёта это будет не менее полукилометра от него. А скорей даже больше. Если диаметр самой плиты (в случае простого материального зеркала) будет порядка 400 метров (меньше просто не получается из соображений предела прочности материалов), то взрыв будет точно на дистанции порядка километра о плиты.

[alex_semenov]

Старт с Земли любых межзвездных аппаратов исключен.
И даже такой красивый вариант :
https://youtu.be/8tRZY98EGYk
тоже не годится.
Для строительства межзвездного аппарата потребуются внеземные ресурсы в обязательном порядке.

Я раньше тоже в этом был уверен. Но если у нас есть технология межпланетного "Ориона", то мы бы могли поднять 8 миллионов тонн с поверхности "одним тычком". Миллион-два тонн полезной нагрузки - легко! Какие проблемы?

[alex_semenov]

Какие проблемы?

Шутите?

В хорошей шутке почти нет шутки. От смешного до великого - один шаг (впрочем, как и обратно).

[alex_semenov]

Цель - рекуперация Не энергии, а рекуперация реактивной массы.

Я вас разочарую... но всё давно уже изобретено. Суть плиты Ориона именно в этом. Это РЕКУПЕРАТОР импульса.
На самом деле "амортизатор" - самое неудачное название, какое можно было бы придумать для этой системы.
Это - маятник. Вернее полумаятник (маятниковый двигатель). И если забыть про отражённую от плиты ракетную массу, то получается что корабль всё время плавно отбрасывает как ракетную массу плиту, которая (каким-то чудом) опять плавно же возвращается и ее надо опять таки плавно отбрасывать.  То есть (забыв о бомбах взрывающихся позади) у нас  возникает эффект "безопорного движения" о котором обычно и мечтают всякого рода "изобретатели".

[alex_semenov]

Не вопрос, но дефект массы  в ТЯ на уровне 0,6%, это значит, что к.п.д системы меньше 1%. А для полета к звездам нужен фактический к.п.д  на 10 порядков выше. А расходная масса (топлива или пропеллента) должна быть на уровне 1 процента от массы ракеты.

Вы имели в виду 10 раз выше (один порядок)?
Давайте считать. При идеальном двигателе и дефекте массы e скорость истечения (релятивистская формула):



Подставляем e =0,006 , получаем скорость истечения 0,109с. Это то что в самом лучшем случае даст термояд.
Хорошо. Давайте возьмем на порядок выше. e=0.1. Получаем 0,44с. Скорость истечения в половину света.
Допуситм мы нашли такое топливо. На секунду.
Что это нам даст?
Учитывая что мы должны разогнаться и затормозить, мы можем себе позволить перелёт на скорости 0.5с
Релятивистский эффект пока не значителен и им можно пренебречь.
К ближайшей звезде мы доберёмся за  ~10 лет. Но вряд ли это будет интересная нам звезда.
Учитывая тот факт, что экзопланетная астрономия будет ближайшие 100 лет очень бурно развиваться, мы скорей всего захотим отправиться в первую очередь к одной из примерно 1400 планетных систем, которые есть в радеусе 50 св. лет. То есть нам потребуется в таком случае 100 лет в пути (ну допустим 50).
Это всё равно слишком долго, если вы хотите доставить к цели  живых людей как есть без всяких ухищрений "консервации обезьян"



Если у вас нет такой чудо-технологии, то ваш более быстрый чудо-двигатель сам по себе - бесполезен.
Если у вас нет  технологии "долготерпения в бездне", то бессмысленно форсировать ваш движок с помощью экзотических источников энергии и лететь вместо 0.025с ( к примеру) на 0.25с.
Даже для ожидающих результата экспедиции землян это будет ДОЛГИЙ проект "вековой" длительности. Не говоря уже об людях на борту (пол жизни на борту, если не вся жизнь!)
То есть. Я не понимаю куда вы спешите. Всё равно же не успеваете. Всё равно, ПО БОЛЬШОМУ СЧЁТУ... вы ничего не выигрываете в сравнении с медленной (даже в 10 раз медленней) экспедицией. Всё равно любой полёт к звездам -  вековой долгоиграющий проект для культуры или нации привыкшей играть в долгую.  Что так что этак. Не для торопыг.
А для истинно релятивистского полёта на 0.99с... Нужно либо подходящая пара чёрных дыр либо волшебные технологии.
Но это снимет проблему жизни экипажа. Но не ожидания для запускающей цивилизации  (если та чего-то от этого ждёт быстро). Ну допустим 50 лет полёт к звезде на 50 св. лет... Но еще и возврат сигнала... В сумме всё равно получается те же 100 лет как ни крути!

[alex_semenov]

Либо пару миллиграмм адронов с энергией 10^40 эВ на адрон.

Зачем  вам эта ДУРНАЯ магия?
Что реально она вам даст (даже если вы ее получите)?
Как говорили римляне?
Боги сделали нужное простым, а сложное  - ненужным. Зачем вам так быстро к ближайшим (50 св. лет) звёздам, если у вас всё равно не хватит терпения ждать результата тут 100 лет? А у вас же его нет.

А кто способен ждать 100 лет, подождет и 1000.  10-и кратный выигрыш в скорости (для чего нуже 100 крастный рост энергии и 1000 кратный рост энерговооружённости) потребует от вас чудовищных затрат. Но что вы в этом случае выигрываете? Да ничего же!

[alex_semenov]

Александр. Вы прекрасны в своём безумии! Я кажется уже вам завидовал...

[alex_semenov]

https://www.ippe.ru/nuclear-power/small-power-npp/744-sub-megawatt-autonomous-power-source
Пример реактора на термофотовольтаике.

Да, прекрасно что это направление пытаются развивать, но нам мало от этого пользы.
Просто наша задача (получить систему с предельно возможной удельной мощностью и при этом полувековым сроком работы...) - слишком специфическая. Опять же среда работы (вакуум) - очень специфическая.
Поэтому тут очень сложно опереться на предлагаемые аналоги.
Но что настораживает - крайне низкий общий КПД системы... 12-17 %... Ну хотя бы 35!

[alex_semenov]

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

 

* * * * *

Меня не оставляет мысль...
Ну по поводу ионника...
Ну да. Верхом на бомбах... 0,05с... это круто. Но это пока неясно можно ли?
Оседлать лазерный луч... 0.5с Да ничего физически невозможного в этом нет. Но это чудовищно дорого. Не в этой жизни.
А самый надёжный, доступный и проверенный способ? Это конечно же ионник. Очень прокачанный.
И тут у меня всплывает мысль...
А не отправится ли к звездам на...



...воздушном шаре?
Старый добрый воздушный шар выглядит пусть и самым медленным но наиболее реалистичным решением межзвездного путешествия... Тепловой монгольфер... можно сказать... Хотя не без гелия...
Нет? Не думаете?

[alex_semenov]

В чём суть идеи "воздушного шара"?
Нам для ионника нужна энергоустановка с очень высокой удельной мощностью. Предел мечтаний ~ 10 квт/кг
Почему мы погнались за термофотовольтовиками?
Потому что это обещает нам высокую удельную мощность. В силу отсутствия теплоносителя в замкнутом контуре нагреватель-машина-холодильник-компрессор.
Но я подумал, а скольок тянет теплоноситель, от которого мы пытаемся избавится?
Возьмем гелий. Его теплоёмкость 5 кДж/кг/К
Пусть температура нагревателя 1200 К, а температура холодильника 700 К, перепад 500 К.
То есть тепловой кпд системы (1200-700)/1200 = 0,42. 1-0,42=0,58 - доля отводимая на радиатор и она в 0.58/0,42 = 1,4 раза больше полезной (электрической) мощности.

Пусть полный оборот теплоносителя через радиатор занимает 100 с. Тогда удельная мощность, переносимая газовым теплоносителем в радиаторе:

5 000 * 500/ 100 = 25 кВт/кг.

В пересчёте на полезную мощность 25/1.4 =17,8 кВт/кг полезной электрической мощности.
Гм... Это не так уж и плохо!
А что у нас с другими агрегатами в таком цикле Брайтона?
Скажем, газоохлаждаемый реактор. Примером от которого мы можем отталкиватся может служить РД-0401
При массе в 2 тонны (с радиационным экраном!) его тепловая мощность составила 196 Мвт. То есть 98 кВт/кг.
То есть сам реактор вполне можно помыслить в 25 квт/кг (то есть тепловая ~ 60 квт/кг).
Следующий агрегат. Турбокомпрессор с электрогенератором.
Где-то слышал, что в принципе эта часть констркуции могла бы иметь удельную мощность до 40 квт/кг.
Помечтаем о 30 квт/кг
Ну и радиатор. Здесь мы позволим себе для самой стенки радиатора удельную мощность в духе мощности теплоносителя (почему - позже). 15 квт/кг.
Что получается в сумме?

1/17,8 + 1/25 + 1/ 30+ 1/ 15 =0,196 кг/квт или 5,10 кВт/кг.

Если масса полезной нагрузки 1/3 (а 2/3 собственно сам корабль, который и есть наша энергоустановка) то  итоговая удельная мощность на массу пустой ракеты  3.4 квт/кг
Оптимальный одноступенчатый ионник будет лететь к А Центавре с такой удельной мощностью 553 года
К Тау Кита 11.2 св.года - 1047 лет.
Да, долго. Это в духе Штерна. Но это гарантированные технологии. Средняя скорость перелёта 0.01с. То есть световой год за 100 лет.
Даже за это тоже надо бороться. Увы!
С другой стороны, если у нас эмбрионшип или корабль отроков, то всё что нас должно беспокоить - работоспособность в течении лет полёта "железного робота".
Я здесь когда-то уже пытался прикидывать подобного рода ионный звездолёт (в теме "годится ионный двигатель для межзвездных перелётов?"). Но там я рассчитывал на 1000-летнюю колонию на много тысяч человек.
Но корабль отраков, например, мог бы быть куда скромней по размерам и массе.
Пусть вся сухая масса 30 000 тонн (то есть сама колония 10 000 тонн).
Тогда электрическая (она же полезная мощность на ионниках) 100 Гвт
Тепловая (на радиатор) 140 Гвт.
И вот теперь, почему воздушный шар?
Потому что горячий гелий мы будем выпускать из турбины в шарообразный (для начала) надувной (тонкостенный) радиатор. И оттуда же забирать его уже охлаждённый для работы нашего ядерного турбогенератора. При этом сам газ по-идее должен излучать тепло изнутри себя даже не передавая (особо) его прозрачным стенкам. Но всё равно площадь поверхности этого шара надо считать из закона Стефана-Больцмана и я получаю диаметр шара... 1820  метров. ~2 км. Учтывая что диаметр вращения обиталища для отроков будет сопостовимым, это действительно внешне будет напоминать огромный шар с гондолой под ни.



То есть получается такой нехилый "монгольфьер"!
Как ни крути, но мы получаем конструкцию сильно напоминающую воздушный шар.

Но... Почему  я заложился удельной мощностью в 15 квт/кг на стенки шара? А шар всегда будет ЛЕГЧЕ газа, который его наполняет. Воздушный - точно! Тем более такой огромный! Поэтому 15 квт/кг - с головой.

Для отвода паразитного тепла в 140 ГВт через радиатор-шар в течении 100 с потребуется 3 000 тонн гелия
В радиаторе будет, условно половина. 1 700 тонн. Если сама надувная прозрачная для излучения стенка будет 1  500 тонн, то поверхностная плотность шара 0,14 кг/м². Достаточно толстая оболочка!
Что с давлением в шаре?
Плотность газа получается 6,65E-05 кг/м³. При нормальных условиях это ~1 атмосфера!
Хотя при температуре 700 К давление в шаре будет заметно выше (2-2,5 атм).
Вся конструкция - надувной мыльный пузырь, работающий на растяжение (в основном). То есть принцип "звездолёт  имеет плотность мыльного пузыря" по-идее соблюдается (в чём и залог возможного успеха идеи-безумия).

Проблемой может быть летучесть гелия. Она наверняка будет утекать через оболочку. Но надо считать сколько, для чего надо знать параметры материала оболочки. Возможно это не так страшно.

Дискраймер.
Данный расчёт делался впопыхах на коленке и явно содержит ошибки. Много срезанных углов (где чёрт). Это скорей предварительные мысли вслух. Набросок, от которого надо отталкиваться прорисовывая мутный образ детально. Но общая идея - такая.

[alex_semenov]

Однако, для исходного объекта видны, как минимум, две проблемы:

1. Тяговый модуль будет располагаться впереди по полёту, и ионная струя будет попадать на шар. Нужно сделать два одинаковых шара, разместить их с двух сторон тягового блока, и закрутить всю систему, чтобы получилась треугольная конфигурация типа регулятора Уатта - наряду с шарами вторая конструкция из следующего за веком де Бержерака века XVIII.

Это у Штерна "поезд на верёвочках" и тяговый модуль  - впереди (хотя я не понял зачем его разделять с реакторным?)



Но у него масса полезной нагрузки на два-три порядка меньше.
И там нет необходимости в искуственной гравитации (схема поезда Штерна больше годится для 8-и ступенчатого Е-зонда).
Мой одноступенчатый корабль медленней, но несёт куда более солидную полезную нагрузку. И ей может понадобится искуственная гравитация в полёте (мало ли чем мы этот корабль нагрузим?)
И я тут предполагаю изначально вполне себе "классическую" схему ионника. Длинная жесткая рама (которая может и вращаться для создания силы тяжести на концах, если на одном - люди) на одном конце которого - реактор, на другом - нежное оборудование. Защита от ГКЛ - магнитным полем, а от набегающей пыли - многослойный экран.  А в центре тяжести этой "гантели" - ионники и запас рабочего тела (они будут теряться на форе всей конструкции):



Так как тяга будет МИЗЕРНОЙ (практически даже не заметной), то по-сути не важно как эта конструкция расположена к вектору тяги.
Это дейтвительно будет похоже на полёт (статическое стояние "в среде") на воздушном шаре.


Вообщее-то зачатки этой идеи древние. Вот мои наборски ионного корабля-колонии тут еще 2014-го года. Тут мы летим слева направо. Выхлоп ионника (в центре тяжести, там же запас рабочего тела) - влево (зря не показал стрелками куда и что).




И красно-коричневым цветом верху тут попытки прикрутить (попробовать разные варианты) на "реакторный конец" (при совсем другой удельной мощности и температуре радиатора) разной формы радиаторы, в том числе и в виде шара (но площадь радиаторов тут не от балды а считалась под те параметры что тут брались для звездолёта). Это планировался очень тяжелый корабль поколений (кажется аж на 10 000 человек! по 20 тонн колонии на колониста):



Гондола-колония тут неправильная. Надо дорабатывать. Но не суть...
Корабль, предполагалось будет вращаться в плоскости нормальной к лучу полёта. Закрученный один раз на старте. При этом предполагался еще НЕПРЕРЫВНЫЙ режим разгон-торможения на всей траектории (в 2014 я  еще не подозревал что для оптимальной траектории нужно двигатель выключать на ~1/3 дистанции) и поэтому для  реверс тяги в середине от ускорения на торможение предполагал просто ПОВОРОТОМ двитателей на 180 градусов вокруг несущей балки, которая продолжает вращаться как и вращалась до этого, создавая искусственную тяжесть.
Изюминка вращения в плоскости полёта была в этом.
И видите, тут даже экран предусмотрен от набегающего потока для "гондолы"-колонии. Кстати и формы радиаторов (лопата повёрнутая ребром к потому, три лепестка, "зонтик") тоже рассматривались как варианты формы радиатора. В том числе прикинут и шарик. Интуитивно эта идея (шарик) изначально отталкивает. Мол, ну что за доробла? Но там же вакуум и почему бы и нет?
Набегающий поток? А он будет при 0.01с столь опасен? И может получится с этим как-то бороться? В общем, тема осталась открыта.

2. Эрозия чего бы там ни было, кажется, должна разрушить мыльный пузырь задолго до окончания миссии. Чтобы этого не произошло надо иметь некоторый запас вещества, газообразного при верхней температуре термодинамического цикла, и твёрдого и прозрачного при нижней. Его следует понемногу добавлять в горячий теплоноситель, чтобы, попав в пузырь, оно оседало на стенках, изнутри компенсируя внешнюю эрозию.

Да. Заманчиво. Но в чем проблема? Если у нас на одном конце люди (нежная полезная нагрузка) а на другом реактор (там же и радиатор, одна из идей - поместить реактор и турбоагрегат вообще В ЦЕНТР шара-радиатора вообще), то полезная нагрузка максимально удалена от фонящего реактора. При этом люди оказываются на радиусе максимального (на их конце) вращения. То есть там - гравитация. Если же мы поместим два реактора на концы гантели, то людей (или полезную нагрузку) надо помещать в центр тяжести (для максимального удаления от источника радиации) и при этом там будет невесомость. Что не есть хорошо.

Идея про компенсацию внешней эрозии... Да, интересно. Но вообще говоря, я думаю что набегающий водород (на такой скорсоти) нам проблемы не сильно и создаст. Другое дело - пыль. Её мало. Но дырок она наделает. И тут, боюсь, придётся с этим АКТИВНО бороться. То есть просто запускать по поверхности шара роботов, которые будут такие дырочки просто латать (частоту их возникновение можно прикинуть, мы что-то подобное прикидывали для солнечных и лазерных парусов уже).
На самом деле тут будет масса всяких мелких проблем, которые потребуют своих тонких (и порой изумительных) решений с применением самых передовых технологий. Но так в реальности всегда и бывает с предельными машинами. А звездолёт (любой) - такая машина.
Вершина всего развития технической мысли человечества.
И это всегда СУММА технологий (не один какой-то прорыв-идея, которая вытягивает на себе всё остальное наше отсталоте технологическое убожество, как нам сейчас хочется). Нам понадобится тут предельная концентрация технических, биологических и гуманитарных технологий.
Чем мне ковчег Штерна (а там именно так) и нравится.
Он этим и реалистичен.

С наилучшими пожеланиями,
                                                      Сирано де Бержерак,
тьфу, то есть,
                                                           Джеймс Уатт

Да. Поэтика воздушного шара, стимпанка и ранних фантазий полёта на Луну - очень заманчива. И есть в этом этакий блеск. Шик..
С чего начинали... тем и закончили.
Ну подумайте.
Что у нас в ассартименте межзвездных приводов?
Ну вот бомболёт... Это же "из пушки на луну"! Незабвенный Барон! Нет?
А что такое лазерный парус? Это не образ некого волшебного лунного притяжения... я уже и не помню у кого.
Не хватает нам еще гусей, шторма, забрасывающего корабль...
Хотя маневр Оберта или гравманевр вполне подходит.
На роль "гусей"  вполне пошли бы разные формы "таранников" (но они все в/на стадии безумных фантазий кроме, разве что, магнитного парашюта да и там всё "не так однозначно").
Ну и  последнее. Писк аналогии.
Высший шик. По-Пелевенски. Как у него император Китая путешествовал на "колеснице" из грибов, которые нужно было съесть?
То есть, принять какой-нибудь специальный наркотика и душа полетит в иные миры...
Но в принципе, почему бы и нет?
НИЧЕГО ЗАПРЕЩЁННОГО ФИЗИКОЙ в этом нет.
Если разум - это всего лишь цифровой виртуальной объект в нашем мозге-вычислителе и тогда его можно передать по каналу связи. Принципиальной проблемы для такого "полёта" (телепортации) - нет. Если на той стороне есть соответствующий приёмник, разумеется.
Но до этого всего надо еще дожить. Поэтому не будем как тот дурень богатеть этой думкой.

[alex_semenov]

Вот если с Луны и тем более с небольшого астероида из ионной пушки искуственный ветер постоянно создавать, тогда может очень заметно будет.

Вот и вы постепенно осознаете КРАСОТУ идеи АКТИВНОГО (пушка) по сравнению с РЕКТИВНЫМ (ракета) приводом.
Да... Ракета чем заманчива? Всё своё несу с собой! Это привлекает прежде всего.
И это кажется абсолютным преимуществом, с которым нельзя расставаться.
Но так ли это ценно на самом деле? Учитывая что там - вакуум и однажды правильно разогнавшись вы всё равно летите (в основном) по инерции?
Активный привод (пушка) позволяет СРАЗУ преодолеть две почти неприодолоимые проблемы.

1. Энергетическая. Вам не нужно питать "оставленный дома разгонный двигатель" некой экзотикой типа антиматерия. Вас не волнует откуда вы вообще берёте энергию на разгон. Чем массивней основнание (пушки) тем лучше!

2. Энерговооруженность. Если вы хотите лететь БЫСТРЕЙ 0.1с вам однозначто нужна чудовищная энерговооруженность (десятки мегаваты на кг корабля). И оставленный дома двигатель (почти весь) - решает эту проблему раз и на всегда.

Прорыв при переходе от реактивного к активному приводу настолько велик... что и проблемы его "гнобящие" - чудовищны.
Главная - как тормозить у цели?
Увы! Но тут нужна "отдельная сумма технологий", хотя Форвард пол жизни потратил на то что бы всё делать "одним способом".
Он нашёл (как считал)



Но... по-сути кроме него эту идею никто и не счёл (увы!) прекрасной. Я, кстати, тоже сомниваюсь в работоспособности такой идеи.
Хотя это ЕДИНСТВЕННАЯ реально предложенная идея полёта к звёздам на скорости больше 0.1 с  (там даже 0.5с!) туда и ... ОБРАТНО!
Больше никто ничего подобного никогда и не смог предложить!
Все сошлись на том, что надо лететь только туда. А если хотите обратно - то "заправьтесь" там на односторонний перелёт.
Даже на Марс мы теперь собираемся лететь по такой вот односторонней схеме.
Запас энергии и рабочей массы (средства) на полёт домой предполагается взять на месте, как "подножный корм". И это тоже своего рода прорыв (в умах).
И если уже в межпланетном транспорте принят такой стандарт, то для межзвездного тем более бог велел!
Верно?

Шар из нано-пены ! Или ячеистая структура из крупных пузырей, стенки которых тоже нанопена. Внутри газа нет. Чисто улавливатель импульса звездного ветра!
Эффект одуванчика! Расчитать так, чтоб не рассыпался.

Мне уже где-то попадался доклад на английском, где "выстрелом от солнца" предлагалось разогнать именно парус в виде шара.
Да. Идея уже предложена. Но нужно прорабатывать детали...
Кстати. Чем плох большой шар? Масса газа в нём с размером растёт очень быстро и может обогнать массу самого паруса. А газ надувающий шар - балласт ведь по-сути. Хотя тут мыслимы ухищрения (зачем заполнять ВЕСЬ шар? Или шар можно надуть не газом а электрическим или магнитным полем)

Кстати, а что если вместо лазера дуть на него высокоэнергетическими частицами из ускорителя!?)) Плотность и скорость потока можем сделать поболее чем солнечный ветер! Импульс гораздо больше лазера передать. Единственная проблема - отклонение частиц в магнитных полях.  Но можно в ветер электроны загонять, для реионизации этого искуственного ветра!

Проблема любого потока частиц - их РАСХОЖДЕНИЕ. То есть они будут куда быстрей расходится чем тот же лазерный луч (расхождением которого можно управлять используя чудовищно-большую апертуру излучателя или линзу в ~1000 км).
Как справится с расхождением?
Даже нейтрализованный поток частиц имея внутреннюю температуру в ~ 1-10 К (а это очень круто) будет очень быстро расходится (просто как облако больцмановскгог газа). Были идеи использовать для борьбы с этим релятивисткий эффект (честно? я даже не вникал в механику как) но для этого пучок частиц должен быть релятивистским. И это убьет все его преимущества перед лучом света  (лазерным парусом).
Поэтому куда лучше идея (кстати и стареющий Дайсон это же призналва) - "поток шариков" или "луч материи" (как я это предпочитаю называть при этом я предложил тут особую "когерированную" с кораблём "форму"-профиль такого луча, который обеспечит максимальную эффективность привода).
Тут материя будет просто сцеплена как конденсированная среда до поры до времени. "Шарики" ("кольца", "бабочки на свет" - нужное - подчеркнуть) еще могут сами же себя (есть уловки) и направлять на звездолёт. Что (опять таки) для луча разрозненных частиц - проблема.
Но... расплата за эту хитрость тоже недетская. Импульсная природа работы (как у взрыволёта) - не детская засада. Всё требует своей расплаты. Любая выгода ВСЕГДА тянет за собой целый ворох проблем, которые очень часто всю выгоду и топит.

[alex_semenov]

Вот наконец и добрались до Макронов с предложенной мной их фокусировкой..

У всех есть своя любимая идея. У некоторых (например у меня, "развратника") таких идей несколько (на разные случаи жизни).  Как у морячка по жене в каждом порту.
Но большинство на такое не способны. Они - однолюбы!

Музыкальная пауза