Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Какие могут быть бомболеты если реактор-фотоэлемент даёт и так 5000 км в сек. с торможением, а КПД у них примерно одинаковый что у бомболета что у фотоэлемента.

Для ионника да, достижимы скорости истечения даже 10 000 км/с, но на скоростях выше 5 -7 тысяч возникают проблемы с тем, что масса топлива (урана) становится значительной и надо использовать уже практически все (а не только наиболее удобные) продукты деления как рабочее тело (что - отдельная головная боль)
Однако.
У бомболётов есть два неспоримых  преимущеста.

Первое. Бомболёт - это ТЕРМОЯДЕРНАЯ энергия а не ядерная. Она на порядки получаетя дешевле. Значит и масса корабля может быть на порядки выше.

Второе. Достаточная удельная мощность (ватт/кг), что бы считать разгон и торможение "практически мгновенным". Действительно, 10 дней или даже месяц разгона или торможения до инерциальной скорости перелёта при общем времени перелёта в сотню лет - это можно считать мгновенный разгон-торможение. Это само по себе (при прочих равных, скажем, скорость истечения, массовое число ракеты) значительно (примерно в полтора раза) сокращает время перелёта.
Бомболёт в этом смысле уникальный тип ракеты. Никакой, скажем "управляемый термоядерный синтез" и близко никогда не подойдет к той удельной мощности, какую можно получить на бомболёте.
Та удельная мощность, которую нарисовали "Дедалу" - дутая туфта. Натянутая на глобус сова. Невозможный электронный чудо-драйвер.



Хотя тут разгон планировался в несколько лет (на фоне десяткой лет полёта по инерции) это В ПРИНЦИПЕ недостижимо для такого типа привода без какой-нибудь МАГИИ, которую до сих пор не открыли и вряд ли откроют кгда-либо. То есть "Дедал" и подобные проекты - это был шаг в неверном направлении, сделанный в начале 70х. Правильное направление - чистый бомболёт.
Но развитие идей редко бывает прямым.
Часто мысль "петляет".

[alex_semenov]

Всё происходит по тому же принципу, по которому происходит обжатие заряда  в ТЯ оружии... Изящно, блин!

Когда на пальцах описывают работу термоядерного устройства, говорят о "ракете, стартующей внутрь"
У того же Саблетта даже сделан расчёт массы темпера (сжимающей оболочки) вторички именно из расчёта оптимальной ракеты (масса считается как масса рабочего тела оптимальной ракеты и поэтому оболочка термоядерной вторички в 3-4 раза выше массы "полезной нагрузки", то есть самого термоядерного топлива):



"Всё что придумал" Тед Тейлор (бомбодел из Лос-Аламоса) - сделать ракету плоской и разгонять "оболочку радиационной абляцией" не для сжатия цилинда или сферы, а для получения двух джетов (нужен один джет, но второй неизюежен из закона сохранения импульса).
Кстати.
Скорость до которой разгоняется темпер во вторичке водородной бомбы 500-700 км/с.
Если вы разгояете "абляционную ракету" всего до 50-70 км/с (а это типичная скорость истечения для межпланетного Ориона) то вы можете очень сильно повысить эффективность преобразования энергии ядерного взрыва в движение "ракеты". То есть, если в бомбе в сжатие превращаетя 5-10% энергии первички, то в тяговом модуле Ориона это ~80%
Ничего невозможного, необычного в этом нет.
Всё в пределах известной нам физики.

[alex_semenov]

Также это соотносится с интуицией – пушинка имеет большую парусность (видимо закон квадрата-куба актуален и здесь).

Cпасибо, интересно.
Со сверхпроводниками знаком "шапочно". Хорошо что еще кто-то вцепился в тему магнитного парашюта (как по мне - ключевая темя для мп).
Вообще-то тема именно межзвездного магнитного парашюта обсуждалась (немного) здесь:

https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,102455.msg2216571.html#msg2216571

Так что лучше перенести диспут о парашюте - туда.
Еще, чисто техническое.
Когда пишете формулы, можете пользоваться либо местным редактором формул латекс (включается в настройках и зарегистрированные  пользователи тогда видят формулы), либо внешним (как это делаю я что бы формула всегда читалась не зависимо смотрит ли это пользователь или внешний незарегистрированный посетитель).

Вот адрес одного из внешних генераторрв формул-картинок в латексе: https://editor.codecogs.com/?lang=ru-ru
Вы там пишете, например, E=\frac{m_s v_s^2}{2}
Берёте ссылку на картинку самой формулы "копировать адрес изображения". Получаете

Код: [Выделить]

https://latex.codecogs.com/svg.image?E=\frac{m_s%20v_s^2}{2}И обрамляете тут тегами картинки:

Код: [Выделить]

[img]https://latex.codecogs.com/svg.image?E=\frac{m_s%20v_s^2}{2}[/img]Получаете:


По существу темы.
Да, проблема магнитного парашюта недетская. Еще большая родственная проблема (как по мне более актуальная) - создание магнитного поля для защиты БОЛЬШИХ объемов колонии с живыми существами от ГКЛ в течении ~1000 летнего (условно) полёта (проблема рассматривалась Штерном, он уверяет что защитить получится только небольшую "капсулу"). Очень близкие друг к другу проблемы и все они упираются в одно - в плотность тока и прочность провода.

Если добавить к этому противорадиационную, противопылевую и противосолнечную защиту и стропы, то суммарная масса в лучшем случае будет что-то около 10 тонн. Плюс полезная (относительно) нагрузка – 20 тонн. Пока ещё в пять раз меньше чем у Зубрина и ускорение, соответственно, будет в пять раз больше. Но не в 11,1(1).

А вы не рассматривали сами СТРОПЫ как вариант РАЗГРУЗКИ рвущей кольцо магнитной (пандемоторной) силы?
И еще. "Защита от радиации", а зачем? Зачем защищать сверхпроводящее кольцо от радиации? Оно само себя разве не защищает собственно создаваемым магнитным полем АВТОМАТИЧЕСКИ?
Вся радиация ГКЛ - заряженная ведь.
Пыль (набегающая) - да. Но надо просто посчитать общее сечение (мидель кольца) и вероятность (число столкновений с пылинками). Есть подозрения что число коллизий будет ничтожно.
Противосолнечная защита не нужна. Тормозной папрашют раскрывается глубоко в межзвездном пространстве при равновесной температуре 12-20 К и к тому моменту когда звезда приблизится к звезде-цели,  работа парашюта уже будет по-сути завершена (большая проблема любого межзвездного парашюта - им нельзя тормозить "до конца". Это как посадка на Марс. Парашют тут - промежуточный тормоз. Дотормаживание - двигателями всё равно).

[alex_semenov]

Но правильно ли я при этом понимаю, что, если нам потребуется скорость истечения в 500-700км/с, мы будем иметь те же 5-10% или около?

Это крайне пессиместический, "прямой" подход.
Когда просто взрывают водородную бомбу в космосе в разлёт плазмы уходит 5-15% (видимо зависело от удельной мощности заряда, 0.5-1.5 кт/кг - скорей всего типичный диапазон).
При этом не факт, что в изотропный разлёт плазмы комсического ядерного врзыва эти 5-15% распределялись равномерно.
Скептики уверяют, что у взрыва в центре остаётся огарок, а 5-15% достаётся лишь части массы бомбы, некой "оболочке".
Это - самый пессимистический результат.



Но это - предельный пессимизм и скепсис.
На самом деле наверняка есть МЕХАНИЗМЫ увеличивающие долю энергии перекачиваемой даже в изотропный термоядерный взрыв. Так для 1 мт (видимо 1 кт/кг) в статье того же Теодора Тейлора "Ядерное оружие третьего поколения" мы встречаем такой вот замечательный график (все выделения - мои):



Это та самая статья, где Тед Тейлор "ввёл" тот самый знаменитый "предел Тейлора" (верхний предел калорийности в 6 кт/кг для термоядерного оружия) вокруг которого давно уже ломаются копья у "чёрных боНбокопателей" (и недавно были найдены подтверждения что этот "предел" слишком консервативен, "Рябь" превосходила его как минимум в 2 раза, до 12 кт/кг!) Не думаю что и данная цифра у Теда в статье, в 40 % преобразования энергии взрыва в разлёт плазмы (вместо "обычных" 5-15%) тут - предельная. Наверняка это тоже "приоткрытая" консервативная оценка. Здравый реализм. В теории возможно и больше.
Оптимизм? Верхняя планка (из расчётов, разумется, которые мне лично остаются недоступными)? Я думаю (надеюсь) у Дайсона читается в "Межзвёздном транспорте" (Дайсон был много умней чем все его последующие критики, с которыми он даже ни разу не стал спорить ибо был секретоносителем и в своей статье и так взболтнул/намекнул слишком на много!)
Просто прикинем.
Там Дайсон сказал (без доказательства, но это был жирный намёк), что взрыволёт с массовым числом 4 (то есть 3 тонны бомб на 1 тонну пустого взрыволёта) можно разогнать до 10 000 км/с. То есть нужен удельный импульс... 10 000/ ln(4) =7213,5 км/с.
Это и есть предельная (теоретически) "импульсовооружённость" взрыволёта (на 1968-й год). Условно 7300 км/с.
Скептики скажут что это - фантастика.
Не может такого быть.
Подобная импульсовооруженность была запланирована у "Дедала"! Куда более "продвинутого" развития взрыволёта. Верно?
На бомбах такого получить нельзя!
Тут назвали оценку в 500 км/с как максимум!
С другой стороны.
Постоянно встречается и ничем не обоснованные куда более оптимистические оценки. Карл Саган уверял что бомболёт можно раскочегарить до 0.1с (при этом нужное массовое число не называлось, возможно это сделано из трехступенчатой оценки 1971-го года, сделанной Аланом Бондом? Тогда это близко к оценке Дайсона 0.03с при массовом числе 4).
В фильме от National Geographic "Эвакуация Земли" называлась (опять же без деталей) предельная скорость "продвинутого бомболёта" в 0.08 с. Там люди из Солнечной Системы бегут именно на такой  скорости (а тормозить? тема остаётся открытой).



Где истина?
Хотел бы я это знать!
 

[alex_semenov]

Взято здесь:

Учёные предложили способ многократно ускорить межзвёздные полёты

08.12.2022 [19:03],  Геннадий Детинич

Человечество далеко от межзвёздных полётов, но это не помешало запустить несколько космических аппаратов, первые из которых уже вышли в межзвёздное пространство и когда-нибудь достигнут близких или далёких звёзд. Одним из рабочих вариантов для межзвёздного перелёта сегодня может быть солнечный парус и, как выяснилось, у этой технологии есть очень и очень хороший запас, который может многократно ускорить межзвёздные полёты даже сегодня.



Группа физиков из Университета Макгилла (McGill University) обосновала модель быстрого набора скорости межзвёздным зондом при минимальном расходе топлива. Расчёты показали, что космический корабль с солнечным парусом может набрать скорость в 0,5 % от скорости света примерно за один месяц. Разгон до 2 % от скорости света может совершиться примерно за полтора года. На такой скорости полёт до ближайших звёзд продлится от 100 до 200 лет. Зонду семейства «Вояджер», например, для этого понадобятся десятки тысяч лет.

Чтобы относительно быстро разогнать корабль до скоростей многократно превышающих возможности современных двигательных установок учёные обратили внимание на так называемый эффект динамического парения в атмосфере Земли. Птицы и планеристы обычно используют этот эффект для быстрого набора скорости.

Манёвр возможен только при существовании двух воздушных масс с разной скоростью. Аппарат или птица входят в поток с большей скоростью против его движения и совершают обратную петлю с возвращением в более медленный поток. С каждым витком скорость будет увеличиваться, пока не наступит предел в виде сопротивления встречного потока.

Подобная разница в скорости движения потоков частиц солнечного ветра наблюдается на границе гелиосферы нашей системы, где частицы солнечного ветра сталкиваются с частицами межзвёздной среды. Как считают учёные, космический аппарат с солнечным парусом может многократно совершить переход между потоками частиц, движущихся с разной скоростью и самому набрать нужную скорость.



Очевидно, что с обычным солнечным парусом такой манёвр совершить будет очень сложно если вообще возможно. Солнечный парус для межзвёздного полёта — это сотни квадратных метров тончайшего полотна на несколько килограммов полезного груза. Для роли паруса учёные выбрали «магнитогидродинамическое крыло», создаваемое системой магнитов. Иными словами, частицы солнечного ветра будут улавливаться магнитными полями, что интересно само по себе.

Учёные уверены, что их идеи можно реализовать на практике в обозримом будущем. Теория подтверждает их работоспособность. Осталось воплотить в железе.

Источник: extremetech.com

Собственно сама научная статья с деталями:
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frspt.2022.1017442/full#B14

Конечно решение очень нишеове и опять же 2% света это мы можем получить и на "обычном" ионнике (при этом не имея проблемы с торможением) и всё же... Интересная идея использования "шарового эффекта".

[alex_semenov]

Было уже...

"Ну тодi Ой!"*

(кликните для показа/скрытия)

-Панi целячка?
-Так.
-А чому панi не квохче?
- А шо, пан вжЭ встромЫв?
-Так
- Ну тодi Ой!

[alex_semenov]

РЕактор в бомболете? Это что за зверь?

Особой, уникальной особенностью бомболёта является его ИСКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ энерговооружённость. Это значит что разгон и торможение будет производится "почти мгновенно". От силы месяц разгона/торможения на двигателях при столетних перелётах по инерции. То есть маршевый двигатель взрыволётного звездолёта (если такой возможен) почти всё время полёта будет МОЛЧАТЬ (кстати, огромный плюс такого двигателя!) Значит? Для питания подсистем корабля (или колонии на борту) нужен отдельный вспомогательный источник энергии. Ничего лучше реактора на быстрых нейтронах (U235)  быть не может. В природе. Ну разве что как-то научиться использовать еще энергию набегающего потока межзвездного ионизированного водорода. Но реактор (вернее 3-5 реакторов) надёжней.
Поэтому взрыволёт на гипотетическом двигателе Тейлора-Дайсона (назовём это так) остаётся "журавлём в небе". "Синица в руках" - ионник в в духе "к звёздам на воздушном шаре":



Здесь реактор (верней батарея реакторов) "на тягу" включен почти всё время. Малая часть его энергии используется для нужд корабля/колонии. И даже во время короткого инерционного участка полёта часть реакторов остаются включены на питание внутреннего потребления.

Вообще, монструозное сооружение получится.

Ничего подобного. Получается всё красиво изящно. Главное тут найти доказательство что для бомболёта достижима импульсовооруженность в 5-10 тыс км/с. Энергетически это вполне мыслимо. Но мыслимо ли физически? Вопрос открытый пока.

[alex_semenov]

а не лучше ли регулярно запускать маршевый?
- для профилактики,

Гм...

- коррекции пути,

Да, конечно. Так может совместить профилактику с коррекцией?

- питания основных систем.

Нет. Это неразумно.

[alex_semenov]

Кстати, интересные данные из книги Бурдакова 1976 года "Внешние ресурсы"



Тут не ясно на какие киловатты считается? Полезного электрического выхода ВСЕЙ системы? Или киловатты данной конкретной подсистемы? Например, первая строчка для реактора 0.05-0.1 кг/квт это на всю его ТЕПЛОВУЮ МОЩНОСТЬ посчитано или уже на плезную электрическую всей системы? Точно так же и для радиатора. Квт рассеиваемой мощности?
С турбиной и электрогенератором всё ясно. Но с реактором и радиатором остается вопрос открытый.
Еще вопрос - масса ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ (то что "связывает" реактор, турбину, радиатор...)
Она тут учтена?
Обратите внимание на то что массу радиатора можно сделать очень удельно низкой (например 0.1 кг/квт или даже 0.01 кг/квт) если не бороться "в лоб" с пробоями от метеоритов. То есть это  - возможный резерв.

что неразумно? условные аккумуляторы (не обязательно химические, это могут быть гиродины или еще что то) время от времени подкачать?

Да не будет овчинка стоить выделки. Накопители (у того же Бурдакова есть анализ всех) не стоят того ПО МАССЕ в сравнении с полноценным реактором энергообеспечения, тем более для такого большого (~ 100 000 т сухой массы) корабля (это мегаватты и мегаватты энергопотребления!) Плюс независимые источники энергии - это живучесть системы.

[alex_semenov]

самозатвердевающий при выходе в вакуум теплоноситель? ну не знаю, не знаю...

Ну с решениями "в лоб" к звёздам на ионниках НИКАК не прорваться. 2 кг/квт при 10^-8 пробоев на киловатт-час... при условии что работать это должно СТОЛЕТИЯ... Да дурные же хлопоты это "бронировать"!
Нужно хитрое решение.
Да, первая мысль - самозатягивающаяся плёнка стенки "воздушного шара". "Мыльного пузыря". Возможно нанотехнологии?
Размер отверстия или кратера в толстой, тупой стенке радиатора (пара мм) от удара микрометеорита - это "выгорание" от энергии. Если стенка будет микронной толщины, отверстие будет как прокол иголкой (даже меньше). Метеорит пробьет радиатор насквозь (обе стенки) и полетит дальше толком не потеряв энергию. А потерянная на стенках часть энергии должна превратится в тепло, которое и заклеит отверстие. Почему нет?
Кстати. Когда межзвездный ионный "воздушный шар" как следует разогнался, ему бессмысленно бояться боковых ударов по радиатору. Надо бороться только с "лобовой" пылью.

[alex_semenov]

да и будет ли отверстие "капиллярным"?

Для этого нужно отдельное исследование.

Кстати. А что с КАПЕЛЬНЫМИ радиаторами? На МКС попробовали, упёрлись в проблемы (насколько я понимаю статические поля там в космосе не позволяют организовать правильный поток мелких капель) и забросили пока?

[alex_semenov]

Чет все идет к тому, что самой важной и тяжелой частью межзвездного зонда будет именно антирадиационный щит.

Это было бы очень глупо. Плохая инженерия.
Набегающая радиация и пыль составляют сколько-нибудь серьёзную проблему лишь на скоростях 0.1с (даже Корзников указывал 0.1с как радиационно-пылевой барьер для межзвездных перелётов). Если же у вас аппарат движется на скорости 0.01с - 0.1с ("средние" скорости) и тем более на малых (менее 0.01с) - набегающая пыль и попутная радиация - не бог весть какая проблема. Хотя всё же проблема (потребует отдельных затрат). Но не настолько что бы всё бросить на борьбу с ней. Куда большая проблема (сравнимая) - ГКЛ для живого на борту (учитывая столетия, до тысячи лет, в пути. Даже замороженные эмбрионы потребуют недетской защиты).

[alex_semenov]

Так у вас и компьютер вряд ли выдержит, за пределами гелиопаузы. Сотни лет)

А это уже не двигательная проблема.
при 30-70 бэр в год не выдержат не только компьютеры сотни лет (целимся не 500, а лучше на 1000 лет в пути):



Эмбрионы людей - тоже. Семена... в общем зародыши ОРГАНИЗОВАННОЙ МАТЕРИИ тоже надо как-то защиить.
Значит?
Нужны технологии. Сумма технологий. Но не двигательных.
Даже если бы вы за счёт двигателей "решили бы проблему" и добрались до цели за десятилетия, то встречная радиация вас бы всё равно изжарила бы лучше чем 1000 лет в пути на "медленном" корабле (единственный плюс этой путевой радиации что известно с какой стороны она идёт и можно использовать "теневые" структуры в борьбе с ней, но ГКЛ идет со всех сторон и вам всё равно надо интегрировать путевую защиту с круговой от ГКЛ).
Что так что этак вам нужна продуманная защита полезной нагрузки. При этом не важно чего. Компьютеров, эмбрионов, зародышей жизни, тонких машин...
Что касается компьютеров, то есть подозрение что используемые нами технологии вычислений на Земле - не годятся для полётов в  глубокий космос.
Они во-первых энергозатратны (куда больше тратят чем даже живой мозг на вычисление) во-вторых такие вычислители НЕДОЛГОВЕЧНЫ (они не живут 100 и 1000 лет).
Почему? Потому что работают НЕ В ТОМ ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУР. При земных 300 К. Нанострукруты из-за броуновского движения быстро выходят из строя, теряют свою первоначальную "целостность".



Вывод? Нужны вычислители на сверхпроводниках (почему бы для начала хорошо бы колонизировать Титан, создать там техноцивилизцию которая построена на сверхпроводниках). Они и жрать энергии на вычисление будут на порядки и порядки меньше, и работать быстрее (сотни гигагерц) и жить, при этом непрерывно  работая (в силу почти полной заторможенности тепловой диффузии-старения) будут тысячелетия.

(кликните для показа/скрытия)

На вскидку:

То есть ПРИ ПРОЧИХ РАВНЫХ, скорость диффузии от температуру пропорциональна exp(-1/T).
Если Т₁/T₀ = 30К/300К=0,1 то есть, холоднее в 10 раз, то скорость диффузии падает... в 1/e^-10 ... в 20 000 раз! То что теряло наноструктуру за 5 лет при температуре в 10 раз ниже потеряет за 100 000 лет!

Да, радиация. От нее глубоким холодом не спасти и 100 тысячелетний вычислитель. Но тут всё с глубоким холодом комплиментарно. Сильные магнитные поля созданные опять же "высокотемпературными" "жёсткими" сверхпроводниками обеспечат защиту от ГКЛ и замороженных эмбрионов живого и замороженным же до 5-20 К тысячелетним вычислителям-муфусаилы.
Ну и еще.
Я всегда скептически относился к нанозвездолёам. Я всегда тягоетел к большим размеры и массам кораблей (это окупается)! Даже для E-Зонда я предлагал полезную нагрузку не вшивые 260 кг (у 400 тонного зонда на старте), а 3 или даже 30 тонн (то есть стартовая масса "маленького" зонда получалась под 4 000 -  40 000 тонн!)
А значит тут возможна организация и "многослойной", даже просто тупой материей защиты некоторого выделенного "убежища" (от той же нейтральной гаммы).
Ну просто прикиньте. Как тупой пример "с потолка".
Сфера воды диаметром 10 метров - это однозначно полная защита от ГКЛ для чего-то не очень большого помещенного в цент сферы. И такая сфера воды/льда это ... ~500 тонн. На корабле массой в 100 000 тонн нельзя выделить (если нет уже других методов) такое убежище ? На очень большом корабле - можно!
Кто хочет - ищет средства.
Кто не хочет - причины.
И не надо пытаться лепить пулю из г-о-в-н-а! То есть запустить хоть что-то хреновое и малое но уже к концу этого века.
"Та-ра-писа не надА!" (с) товарищ Саахов.
Поспешишь? Людей насмешишь.

[alex_semenov]

Они и жрать энергии на вычисление будут на порядки и порядки меньше, и работать быстрее (сотни гигагерц) и жить, при этом непрерывно  работая (в силу почти полной заторможенности тепловой диффузии-старения) будут тысячелетия.

найн...
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,155280.msg5806025.html#msg5806025

Что "найн"?
Тысячелетие работы? Не обосновали.
Да, если "на прорядки и порядки" быстрей... то, я загнул. Куда уж быстрей! Но ДВА ПОРЯДКА... всё-таки еще есть "зазорчик" точно!

Нечего на порядки улучшать...

Предел СКОРОСТИ вычислений - близок. Но еще не достигнут. Там же сказано сотни гигагерц. С какой частотой переключаются сейчас микросхемы? 4 Герца. То есть ОДИН порядок (если не ДВА) сверхпроводники еще могут выжать и тут.
Но по-сути нам то особо повышение скорости тут и не нужно уже... Всё равно универсальные вычисления уже уперлись в P#NP, ну а специолизированные пошли на парралелизм.
Теперь об ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИИ. Это - куда важней!
По ссылке данной мной выше:

Превосходство энергоэффективной сверхпроводящей логики над традиционной КМОП является одним из вариантов создания технологий экзафлопных вычислений. По оценке на июнь 2011 года компьютер экзафлопного класса, построенный на КМОП-логике, должен потреблять порядка 0,5 гигаватта энергии, тогда как компьютер на основе энергоэффективной сверхпроводящей логики мог бы иметь в 10—100 раз меньшее энергопотребление[2].

То есть и тут обещают один-два порядка снижения энергопотребления за счёт сверхпроводимости и низких температур.
Что интересно? Приведённая тут оценка 2011 года потребления 500 Мвт (!!!) на 10¹⁶ флопсов - явно завышена на проядок.
Вот более свежие и реальные данные:

Эксафлопсный уровень производительности суперкомпьютеров был достигнут в 2022 году. Первый в мире эксафлопсный суперкомпьютер и наиболее производительный в мире суперкомпьютер Frontier имеет заявленную производительность в 1,102 эксафлопс, а пиковую — 1,686 эксафлопс при среднем энергопотреблении порядка 21,1 МВт.[2][3][4].

То есть добиться в 10 меньшего  энергопотребления получилось даже без особой смены физики вычислений (элементной базы). Всё на тех же 300 К КМОП-вентилях.
Исходя из этого, считая сверхпроводниковые вентили действительным ПРЕДЕЛОМ технологии (куда уж ниже? у абсолютного ноля работаем, буквально с единичными электронами!) 10¹⁶ флопс потребует энергозатрат в 2 - 0,2 МВата

Чем этот  эксафлопсный "барьер" и его энергетика интересен? Это "нижняя" (а я считаю вполне реальная) оценка вычислительной мощности человеческого мозга. При этом я полагаю что тут есть некая МАХИНАЦИЯ в пользу "биологии". Не учтена НАДЁЖНОСТЬ вычислений. Человеческий мозг да, делает по разным оценкам  от 10¹⁶ до 10²⁸ флопов (последня оценка -  совершенно дурная). Но с какой вероятностью ошибки в каждом вычислении? Я убеждён что ошибка при нейровычислениях мозга - чудовищна. Близкая к 0.5 (то есть порядка 1) потому что наш мозг это ВЕРОЯТНОСТНАЯ машина. Сама схема работы (эволюция идей) в ней основана на "случайном" (тепловом или квантовом) "блуждании".
Это очень специализированный вычислитель. Мало того что это чудовищно распараллеленный вычислитель (а параллельные вычисления НЕУНИВЕРСАЛЬНЫ, очень узкий класс задач поддаются распараллеливанию) он еще и вероятностный вычислитель.
Поэтому при 300 К этой штуке удается затратить всего 10-25 Ватт мощности (10-25% всей потребляемой и вырабатываемой 75 кг человеком энергии, то есть ~100 ватт) на работу этого 1% массы всего организма (масса мозга - 1-2% от массы тела).
Разница между 25 Ватт и 0.2- 2 МВтта - 5-4 порядка (100 000 - 10 000 раз). Как я думаю, это и есть ПЛАТА за ТОЧНОСТЬ вычислений (неучтённая еще ось измерений).
Но главное.
Срок службы. Роботу-стражу не обязательно иметь интеллект сравнимый с человеческим.  Да, в какие-то моменты времени ему нужны будут, видмо, все 10¹⁶ флопсов, но основную часть времени (1000 лет) он может "продремать" "на рефлексах", потребляя считанные ватты или киловатты.
Однако главное - он должен СОХРАНИТЬ свою память, то есть свою структуру. И глубокая заморозка тут очень эффективный инструмент. Я бы сказал что это по-настоящему ПРОРЫВНАЯ идея.
Прорыв к звёздам. Такого же уровня и значение как возможность заморозить и хранить начавшие было развиваться человеческие эмбрионы (это вторая прорывная технология),
Кстати.
Я тут на соседней ветке вчера пнул ГПТ. Но на самом деле я очень положительно отношусь к этому успеху "мягкого" ИИ.
По сути мы уже на пол пути к машине, которая сможет воспитать человека (выращенного из эмбриона) на той стороне 1000 летнего пути. Нужен ли будет при этом "сильный" ИИ? То есть ИИ  с полноценным сознанием, эмпатией (а значит и набором собственных целей, желаний, неотличимых по богатству и направленности от человеческих)? Вопрос открытый. Возможно и нет. Но даже если и да (нужен), не бог весть какая (как по мне) техническая (уже) проблема.
Главное.
Мы до сих пор НАИВНО хотели решить всю сумму проблем, возникающих при межзвёздных перелётов только за счёт физики привода. Создать такой приовод, который бы быстро (годы, пара десятелетий максимум) доставлял бы человека к ближайшим звёздам (10-20 св. лет). То есть мы всю сумму проблем пытались решить ОДНИМ неким прорывом в области двигателей и источников энергии. Теплотехнике двигателей и движителей.
Нельзя сказать, что ТАК проблема совсем не решаема. В конце концов Форвард еще в 1980-м показал возможный путь. Он таки описал почти реалистичный метод такого решения в романе "Рошворд" (хотя там без чудо-медицины не обошлось всё равно. Пришлось "заморозить старение" с потерей интеллекта экипажем на два десятка лет). Однако ясно что это НЕПРАВИЛЬНЫЙ подход. Расплата за него - чудовищные затраты энергии.
Быстрый полёт (на скоростях выше 0.1с) - если и возможен, то энергетически (не говоря уже технически) крайне затратен. И позволить это себе может только очень богатая цивилизация, которая просто не знает куда девать энергетические ресурсы, упавшие ей на голову.
В норме же, я думаю очень хорошая скорость перелётов - средняя. Это 0.01-0.1с. То есть световой год за 100-10 лет. То есть ближайшие звёзды 10-20 св. лет это 100-2000 лет в пути.
Штерн оценивал/прикидывал (очень приблизительно) возможность магнитной защиты эмбрионов от ГКЛ и сказал что 3000 лет в пути - это ПРЕДЕЛ. Магнитная защита небеспредельна по своим возможностям. То есть, 1000 лет в пути (лучше конечно половину от этого, то есть 500 лет) - это вполне вменяемая оценка необходимого на один перелёт времени (и любые улучшения технологий будут касаться увеличения дистанции перелёта за это время а не сокращения времени перелёта).  Добиться средних скоростей (0.01-0.1с) от двигательных и движительных технологий нужно чудо (если 0.01с еще выглядит возможным то 0.1 уже немыслимо). И обратите внимание. Ставя такие задачи, при этом энергозатраты на пеелёт оказываются вменяемыми (а необходимые удельные можности уже выглядят просто фантастическими для верхнего предела в 0.1с). Кстати, риски (столкновение с пылью) так же оказываются "подпороговыми" даже по Корзникову.

Ну и еще. Для таких скоростей перелёта (1000 лет в пути) не нужны ЭКЗОТИЧЕСКИЕ источники энергии. Термояд и ядерная энергия вполне достаточны.

[alex_semenov]

вы правда не поняли?
на данном этапе вы теоретически еще можете ИЛИ увеличить скорость на три порядка при том же удельном энергопотреблении, ИЛИ уменьшить энергопотребление на те же три порядка при той же скорости, но НЕ "и то, и это" на три или даже два порядка.
"и то, и это" получится в лучшем случае на порядок-полтора, и то не факт, что такая машина долго проживет. те, что бы вы ни делали, колво операций на джоуль останется приблизительно на том же уровне.
это как ваш любимый пример с ЖРД как предельной машиной. вот здесь примерно то же самое.

Не гоните беса, родной!
А приложить линейку к тому графику на который вы ссылаетесь религия не позволяет?



Там  по вертикали (не говоря уже по горизонтали) даже к сплошному КРАСНОМУ (300 K) пределу ТРИ порядка, если считать от DRAM. А если брать криовычислительный барьер в  4,2 K (на что мы и целимся с сверхпроводниковыми вентелями) то вертикально получим все 6 порядкв (хотя я целился лишь на 2)! Это только скорость вычислений при тех же энергозатратах. А что касается экономии по энергопотреблению (горизонтальное движение влево) то там вообще порядки и порядки до барьеров!
Так что 4 порядка "по диагонали" (справа налево и сверху вниз и это надо складывать не по Пифагору, улавливает?) очень даже можно набрать! Да и все 5!
Вы от чего меряете свои "полтора порядка и предел"? От пунктирной красной линии? Ну да, тогда там двигаться дальше некуда! Современным вычислителям с 300 К температурой действительно уже некуда!
Предвижу возражение.
Да, согласен. k_B T ln(2) - не практично. Это ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ предел. Надо брать 100 k_B T ln(2)
И он на графике проведен (красным пунктиром) только для 300 К.
Но посмотрите.
Зависимости "линейные", значит все "сдвижки" - пропорциональны.
Для низких температур "100" на картинке нет, но примерно поулчится, что для 4.2 К "100 k_B T ln(2)" будет совпадать со сплошной красной границе "k_B T ln(2)" для 300 К. Видите?
Это и будет "100 k_B T ln(2)"  для 4,2 К. Граница для "сверхолодных вычислителей".
А теперь смотрите. Можете ли вы от "облака" DRAM опуститься к этой сплошной красной границе одновременно и по вертикали на 2 порядка и по горизонтали влево сдвинутся на два порядка и не пересечь её? ВПОЛНЕ!
Так что не надо гнать беса!
Не всё так плохо!
Хотя, да... пределы уже нам машут...
И главное.
Мы тут спорили не столько о скорости вычислений и энергозатратах на флопс (хотя это - важно) сколько о ДОЛГОВЕЧНОСТИ вычислителя. Это - ключевая проблема при 1000 летнем перелёте.
И я утверждаю что сверххолодные вычислители будут долговечнее в тысячи раз чем известные нам высокотемпературные просто из-за экспоненциального снижения скорости диффузии наноструктур. Вычислительная нагрузка тут - никаким боком!
Она вообще ортогональна!
Современные компьютеры портятся через 5-10 лет не зависим от того работают они или стоят "холодными". Да, работающий компьютер (особенно на старых АМД) более горячий чем неработающий. Но на фоне 300 К "комнатной температуры" эта дополнительная разница от работы - незначительна (как для процессов диффузии), поэтому статистика если проявляется (работающие портятся раньше) то не сильно.
Ясно что если у вас элемент работает при 4.2 К (или чуть выше) то вы просто обязаны отводить энергию, которая выделяется при работе и поддерживать эти 4.2 К

[alex_semenov]

тут на форуме был Крейзи Терраформер, тоже любил сверхпроводящие суперкомпуктеры в недрах газовых гигантов...
так вот, он куда-то пропал.

Думаете ушёл в недра газовых гигаНДОВ?

Я не понимаю зачем нужны недра? Тот же Титан - отличное место! Да, температура там чуть-чуть не дотягивает. Но это - мелочи. Технически это там - мелочи. Это у нас тут держать те же 4.2 К - проблема (хотя некоторые считают что и тут ее можно было бы победить ради выгод, которые это сулит). А там это вообще будет ПОЧТИ "комнатрая температура".
Что хорошо?
Тут спорили о равновесной температуре в межзвёздном пространстве (когда вокруг только звёзды). Не важно 5 К или 20 К - это как для холодных вычислителей что надо. Хотя да... радиатор всё же потребуется недетский... то есть вдали от источников холода сильно электронными мозгами не рескишеш... не задумаешься...

а то, что у них появятся новые, не связанные с диффузией, проблемы - не допускаете?

Допускаю. Но для начала пусть они появятся. Чего же заранее хоронить?
Пока я вижу ЯВНУЮ потенцию. Очень хорошо вписывающуюся в концепцию экспансии человечества за пределы Земли и ЛИНИИ ЛЬДА. То есть туда где вечный собачий холод на замёрзших камнях... На лунах планет-гигантов и нептунов. В поясе койпера.
Кстати. Тут есть Ганс-2, который Александр Некрасов, который рассказывает нам что возле звёзд высокоразвитой организованной материи (тем кто много старше нас) деать нечего. И главный аргумент - гравилинзирование в районе 100 а.е. от Солнца. Я всегда с ним спорил, мол, эти гравилинзы неплохой подарок природы но... не бог весть что!
А вот то, что по-настоящему "вечные" (100 000 лет жизни - один цикл!) вычислители с уровнем вычислений человеческгог мозга (10¹⁶ флопсов) возможны лишь далеко за линей льда... в глубокой космической темноте... Вот это аргумент для Ганса (что их тут нет ибо им тут плохо)  куда более фундаментальный чем его линзы...
Подумайте, пока не прибежал биошовенист Ратус и не начал тут метать свой биошовинестический бисер перед нами, неблагодарными свиньями!
Да, человек как-то ухитряется тратя всего 10 ватт производить чудовищно много вычислений... Но плата за это... короткая жизнь при очень высокой температуре. Потому что почти все его "вычисления" это просто "подбрасывание монеты" по-сути. То есть случайные тепловые блуждания. Поэтому такая вычислительная тварь могла ЗАРОДИТЬСЯ только здесь, в зоне жидкой воды при 300 К.

Расплата за это  (нашару думать, как дураку с горки катиться) - недолгая жизнь (вечная борьба с тепловым хаосом). Вечное самовосстановление при этой чудовищной температуре в 300 К!

Кстати. Давно не интересовался. А как ОФИЦИАЛЬНАЯ НАУКА стыкует Предел Ландауэра с тем "фактом", что наш мозг ЯКОБЫ делает более 10¹⁶ флопсов при >300 К и при этом потребляет всего лишь 10-25 ватт энергии?
Зы
Дурной вопрос. На графике всё есть. И это наводит на мысль... А что мешает и криомашинам так сэкономить на ЧАСТОТЕ переключений? Они ведь тоже хотят 10 ватт на 10¹⁶ флопсов тратить...  Да, для этого надо иметь ну очень сильный парралелизм... Но ... Гм...

[alex_semenov]

Именно это одна из основных причин разрушения - банальные циклы нагрев-остывание, даже без выключения при разном уровне нагрузки температура скачет на десятки градусов, причем неоднородно в разных частях чипа, в итоге растут микротрещины из-за механических напряжений.

Хорошо. Допустим так. То есть всё же причина НЕДОЛГОВЕЧНОСТИ наших вычислителей всё таки остаётся высокая температура. Её перепады. Но если у нас криогенный вычислитель, где мы просто ОБЯЗАНЫ поддерживать низкую температуру, то ТАКИХ перепадов как у обычного вычислителя там при работе не будет и значит данный вычислитель проработает куда дольше нашего обычного?

Про деградацию  процессоров от диффузии и миграции.

А ссылка на первоисточник где? И почему я не вижу формул?

то для 300К получится 18 лет. При 200 К - более 200 млн. лет.  Если обеспечит работу микросхем при низкой температуре как видно проблему диффузии и миграции можно почти полностью подавить.

Вот! И я о том же. Сделать вычислителя-мафусаила для 1000 летнего звездолёта можно. Как раз космос это не запрещает.
Было бы желание!

Т.е. самый существенный фактор всё же получается - радиация, придётся хорошо экранировать.

Тщательно экранировать полезную нагрузку (особенно некоторую ее компактную часть) всё равно придётся так как там будет тонкий биоматериал. Те же замороженные эмбрионы, думаю и матки для них будут не совсем "железные", то же наверняка биоматериал в стазисе. Так что экран в любом случае понадобится мощный.
Но для вычислителя возможен дополнительный ход. Резервирование. Бороться за долговечность (срок вменяемости вычислителя) можно просто используя больше параллельных веток, рассчитывая вероятность выхода тех из строя (это хорошо считается).
Напомню, что в проекте Форварда STARWISP резервирование (вычислительная и збыточность) "наносекти" парусника была ЕДИНСТВЕННЫМ способом борьбы с радиацией и старением.



Хотя тут были чуть-чуть другие сроки полёта (0.2с, десятилетия..) но путевую радиацию вся эта электроника должна была принимать "грудью" без какой-либо защиты.
Это как пример того что раньше мыслили заметно СМЕЛЕЕ чем теперь...
Тагора... мы - Тагора...
 

[alex_semenov]

Формулы при цитировании не скопировались. Сам пост можно посмореть кликнув по имени автора и времени поста.

Да, я протормозил что это ссылка на наш же форум... 
И так. Каких-то явно твёрдых причин, почему хорошо замороженный робот в глубоком космосе не может проработать 1000 лет - нет.
Если мы сможем сохранить от ГКЛ замороженные эмбрионы людей 1000 лет (вообще перевезти живую ткань через межзвездный космос), то сделать электронику для такого полёта хоть и сложно, но можно. Каких-то железобетонных препятствий тут нет. Напротив. Криогенные вычислители - это своего рода подсказка природы.  Тут всё получается попутно. Удачно. Глупо этим тут не воспользоваться.

[alex_semenov]

ВЫрисовывается ограничение на массу межзвездника с низу, в зависимости от крейсерской скорости межзвездника.

Прежде всего - какие цели миссии?
Что мы везём?
Да и вообще ЗАЧЕМ мы это что-то туда везём?
У нас с этим сейчас большой затык. Мы находимся на пике космического ДЕКОДАНСА. То есть упадка и разочарования.
Мы даже в ближний космос не знаем ЗАЧЕМ нам соваться.
А что делать с дальним?
Да, там вроде как воображение ПОКА... рисует красивые пейзажи (красивей чем Марс и Титан) но... Умножающий знания умножает скорьби в этом мире...


Пока самой лучшей формой миссии мне видитя  исследовательско-колонизационный корабль отроков.
Всё остальное - фигня.
Колония движется 500-1000 лет (тип привода лишь определяет дистанцию такого полёта, это 4-6 св. лет до ближайшей зведы или это 25-50 св. лет до какой-то удалённой) в автоматическом режиме, а на подлёте к цели она оживает, на борту рождается в искусственных матках и воспитывается роботами человеческий экипаж (первая часть его). Тем временем корабль входит в целевую систему и уже в пилотируемом режиме приступает к исследованию цели.
Никаких проблем промежуточных поколений как у корабля поколений.
Сильно снижен риск. Большую часть времени экипаж неживой и значит не рискует.
По сравнению с чистым эмбрионшипом такая миссия выглядит куда РЕАЛИСТИЧНЕЙ.
Напомню. Идея корабля-сеятеля во-первых узкоспециальная. Она предполагает колонизацию и как правило именно планеты.
Типичный пример - ковчег Штерна.
Далее, такая идея предполагает минимизацию массы (у Штерна всё упаковывается в 150 если не 30 тонн!). Интуитивно это всегда кажется большим плюсом. Но я вижу тут больше минусов чем плюсов.
Маленький корабль - сумма больших проблем.
Порой нерешаемых вообще.
Та же защита от радиации.
Далее. Чистый эмбрион-шип чем еще плох?
Подобная миссия предполагает очень большую нагрузку на ИИ. ИИ должен не просто совершить перелёт, но и провести самостоятельно исследование системы, планеты-цели,  часто предполагается что он проведет и ее терроформинг (!!!) или хотя бы найдет там местные ресурсы для строительства базы где будут жить будущие люди. Построить эту базу (в любом случае) на каком-то там небесном теле. По-сути эмбрионшип это фон-Нейман обременённый задачей материнства для биологических людей.
Тут ИИ и швец и жнец и на дуде игрец!
Возникает естественный вопрос: а нужны ли тут тогда люди?
Может он, ИИ, раз такой умелый и сам всё дальше сделает лучше без людей?
В случае корабля отроков требования к ИИ куда ниже.
Люди тут - ключевой элемент. Это по-настояшему пилотируемая экспедиция.
Да, ИИ должен совершить почти весь перелёт в одиночестве. Но это - самая простая часть задача. Самая муторная, машинная. Люди на этом этапе всегла лишь обуза-груз. Да, он, ИИ,  должен на подлёте к цели оживить замкнутую биосферу, распаковать ее, запустить искусственные матки и (самое сложное) воспитать первое поколение детей. Но если это всё происходит в заранее подготовленной колонии-кабине (где всё заранее запаковано, подготовлено, предусмотрено, контролируемо), тут нет никакой магии и мало неопределённости (только сами растущие дети). Есть подозрение что с этим справиться даже "мягкий" ИИ.
Обратите внимание еще и еще раз на важнейшую тонкость.
Люди на борту появляются только тогда когда почти все риски и вся нечеловеческая нагрузка (столетнего пути) позади и когда в живых людях реально возникает потребность (как исследователях и тех кто принимает решения тут на месте). В частности, в случае контакта с чужой биосферой (которая наверняка нас сильно удивит).
Такая схема миссии ИДЕАЛЬНО подходит под наши сегодняшние ожидание открытия где-то в пределах 50 св. лет живой планеты.



Найдем мы такую? Нет? Оставим пока это открытым.
Ожидается что найдём. Это надо использовать (ожидания).
Что для этого можно предложить?
Вырисовыватеся односторонняя пилотируемая миссия с исследователями и как опция - колонизаторами (не обязательно найденной живой планеты, возможно создание исследовательской базы на спутнике такой планеты. Контакт с чужой биосферой это не игрушки. Это долгая кропотливая работа на многие и многие поколения людей! Тысяч и тысяч людей!) Менее 1000 человек слать бессмысленно. Даже 1000 - это очень мало. Значит при 30 тоннах массы межзвездной колонии на человека это 30 000 тонн только полезной нагрузки. Да, скорей всего надо послать не один корабль, а три. Возможно с большим интервалом друг между другом (скажем 50 лет). Возможно население исследователей-колонистов со временем надо довести до миллиона человек.
Но обратите внимание. Если такой профиль вырисовывается, все остальные схемы на его фоне меркнут, теряет смысл, становится ненужным и сложным.
Идея корабля поколений просто ... умирает на фоне корабля отроков.
Или я что-то недопонимаю?
Тем интересней что в твёрдой фантастике ничего подобного до сих пор не предложено. Но на сегодняшний момент это самая реалистичная межзвёздная экспедиция.
Реалистичней ничего нет.

[alex_semenov]

А ничего, что перепад от 4 до 5 К в процентном отношении то же, что и от 300 до 375?

Ничего. Не парьтесь о таких мелочах.