Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Разумеется, сразу возникает вопрос - а зачем тогда ждать? Если вы можете выжить 1000 лет в космической колонии, то зачем ждать максимального сближения 10 000 лет

Действительно, если вам потребуется провести в межзвёздном пространстве десяток тысяч лет, то зачем вам тогда вообще звёзды? Смысл всякого межзвёздного перелёта теряется при заполнении межзвёздного пространства планетозималями и скоростях перемещения менее 100 км/с. Если бы межзвёздное пространство было совсем пусто, а расстояния между звёздами были бы всего на порядок больше, чем между планетозималями, то имело бы смысл "любой ценой" добраться до соседней звёздной системы.

Насколько я понимаю гипотеза о том, что межзвездный космос буквально НАШПИГОВАН планетозималями - это пока что только гипотеза?
И я бы не стал бы ставить на очень непроверенную гипотезу.
Вообще вы, как я понял, здесь возвращаетесь к идее "межзвездных скитальцев":

http://go2starss.narod.ru/pub/E007_FSN.html

Только заменяете кометы на планетозималии.

[alex_semenov]

Почему несколько тысяч лет? Это число я использую в качестве верхнего предела срока жизни для любой колонии, болтающейся меж звёзд. Ибо энтропия замкнутой системы только растёт. И если ваш звездолёт не долетит за 5000 лет, то он не долетит вообще.

Вообще разумная идея.  Но насколько я понимаю вы количественную оценку делаете на глаз. А хорошо было бы поискать более серьезную методику.
Если колонии действительно не могут существовать в космосе автономно дольше некоторого числа тысяч лет, то почему?
Просто сказать "энтропия" - мало. Надо как-то это оценить более точно.
У вас есть идеи?
За что зацепиться? Какое самое узкое место? "Где тонко - там и рвется".
Надо найти что-то подобное и оценить плюс-минус. Хоть приблизительно.
"Нет расчета - нет идеи" (с)

И ещё - если звезда проходит на минимальном расстоянии 1 св. год, а макс скорость звездолёта 0,001с, это не значит что перелёт займёт 1000 лет. Схема перелёта другая. Вам нужно заранее стартовать, достигнуть точки на пути летящей звезды и затормозиться. И это ещё не всё. Вам теперь нужно начать УБЕГАТЬ от звезды, что летит вам навстречу со скоростью 20-40 км/с.

Кстати. Хорошая подсказка. Еще раз смотрим на ваш график.



Когда надо стартовать?
Надо стартовать так, чтобы ваша экспедиция достигла звезды в том момент когда она на ближайшем расстоянии и при этом уже удаляется от нас (лучевая скорость отрицательная). Тогда быстро летящему к звезде кораблю-колонии чуть-чуть легче будет тормозить на подлете. Ерунда. Но все же.
Логично?

[alex_semenov]

В чем причина ВСЕХ неудач спроектировать привод для быстрого и среднего звездолета? И даже медленного на 0.01с
Почему можно только (как вы утверждаете) на 0.001с (300 км/с)
Как по вашему?
Есть у всех этих неудач некий ОБЩИЙ КОРЕНЬ?

Во всех случаях "мешает физика", я же говорил. Так устроен мир, что к произвольным звёздам произвольно не летать за времена менее десятков тысяч лет.

Нет. Нет. То что вы говорите - этого мало. Это по сути впечатления. Не более.
Нужна более конкретная доказательная база.

Не, конечно же можно посадить зонд-муху на магнитный парус и она таки будет летать. Но я имею ввиду другое - перемещать мегатонну/гигатонну массы на скорости выше 0,001с технически не удастся.

Да. Я понял что тут мы говорим о кораблях-городах или о кораблях-островах (космических атоллах в духе "Рама" Кларка)

Не согласны? Парируйте. Я с удовольствием признаю свою ошибку

Понятно. Хорошо. Вот смотрите мой ход мысли.
Ключевое слово: УДЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ
Нам нужно рассчитать удельную мощность любого привода звездолета  W/m ватт/кг.
Начнем от классического эм-вэ-квадрат-надва.
Скорость перелета - это чистая кинетическая энергия корабля, деленная на КПД привода.
Значит удельные затраты энергии можно записать так:



КПД привода, n - это параметр который мало меняется в зависимости от выбранного привода. Диапазон возможных значений n меняется от 0.1 до 0.5. Вряд ли возможно больше. Меньше - нет смысла.
Отсюда осталось рассчитать удельную мощность зная что мощность это энергия, деленная на время.
Как посчитать некое граничное ВРЕМЯ разгона (и торможения) корабля?
Ясон, что идельно если время разгона стремиться к 0. Но тогда мощность привода стремиться к бесконечности.
А какова другая граница? Если у вас задана скорость, до которой вы разгоняетесь а потом тормозите (предпологаем что делаем мы это равномерно) то каково МАКСИМАЛЬНЕ время разгона до v?
Это очень просто. Вы имеете дистанцию S и заданную скорость v. Тогда самый длинный разгоны период у вас  тогда, когда вы ускоряетесь ровно пол пути. Как только вы достигли середины пути и  заданной скоростью v вы разворачиваетесь и начинаете тормозить.
Верно?
График вашего движения превращается в равнобедренный трехугольник и легко посчитать что ваша СРЕДНЯЯ скрорость на дистанции будет равна v/2.
То есть. Вы можете растянуть максимально время разгона до t=S/v. Но эффективность такой траектории ПАДАЕТ в 2 раза. Вы фактически пересекаете пространство с половинной скоростью.
Уловили?
Я не буду тут строить график (хотя это очень интересно) показывающий как зависит эффективность траектории от той доли времени, которую вы тратите на разгон. Приведу сразу результат. Время разгона желательно иметь не более 0.1-0.2 от времени инерциального перелета с мгновенным разгоном (тогда эффективность траектории останется не ниже  0.75). То есть время разгона (и тотможения) можно записать так:



Где k=0.1-0.2
Теперь можно получить формулу удельной мощности для привода ЛЮБОГО звездолета



ks - величина, можно сказать, фиксированная. Тогда получается, что удельная мощность привода ЛЮБОГО звездолета пропорциональна КУБУ скорости его полета и обратно пропорциональна дистанции перелета.

Кстати. Тут поминали "Феникс". Почему удалось мне тогда свесьи концы с концами? У "Феникска" цель была аж на 40 св. лет. Дистанция S огромная. И поэтому удельная мощность могла быть снижена (разгон длился аж 10 лет!)

Но  для нас главная засада в v. Если дистанция перелета у нас тоже фиксирована (плюс-минус 10 св.лет) то получается что удельная мощность привода растет КУБИЧЕСКИ от скорости.
Если вы летите на 0.001с и хотите в 10 раз быстрей, вам нужно в 1000 раз увеличить удельную мощность привода.
Если вы хотите в 100 раз быстрей - вам нужно увеличить удельную мощность в … миллион раз.
Вот почему все попытки сконструировать классическую ракету (то есть несущую на своем борту всю энергосистему) на скоростях 0.01с-0.1с  натыкаются на почти непреодолимые физические трудности.
Это кажется невероятным, но никакие волшебные источники энергии, нам не помогут.
Это еще одна НЕПРИЯТНАЯ новость для любителей дурной фантастики.
Увы!
Дело не в том, что мы еще не открыли удивительно-ценнный источник энергии который позволит нам носиться по вселенной как мы носимся по хай-веям на Земле.
Обычная школьная физика ставит ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ пределы.
Они не столь уж пессимистичны, как их видит Höðr. И тем не менее они очень серьезны.
Для ракеты технолгоическая граница, (на мой глаз!) находится (как я полагаю!!!) в пределах скоростей от 0.005с до 0.075с (последнее - очень оптимистично! Очень!!!).
Быстрее если и  могут двигаться, то только системы с внешним источником энергии. То есть системы, которые часть двигателя оставили дома. Только так можно НАДЕЯСТЯ повысить W/m до необходимых при данных v значений.
Хотя опять же. Если вы разгоняетесь на очень длинных дистанциях (скажем 1000 св. лет) то вы можете это делать столетиями и на достаточно примитивной ракете. Но мы говорим о типичных дистанциях перелета в 10 св. лет. с разумным временем перелета.

[alex_semenov]

Для ракеты технолгоическая граница, (на мой глаз!) находится (как я полагаю!!!) в пределах скоростей от 0.005с до 0.075с (последнее - очень оптимистично! Очень!!!).

Вот именно это и заставляет всех ,хоть немного осознающих масштабы преодолеваемой межзвездной пропасти,надеяться и уповать на новые исследования спинов и пр. квантовых характеристик,прояснить которые не в состоянии  релятивисткая механика.Хотя конечно ,надежды эти и могут быть беспочвенными.Но "рыть" надо во всех направлениях,а то "кроты" разленятся.

Ага!
Правильно ли я вас понял?
Здесь вам  мало просто придумать способ попасть мгновенно из одной точки пространства в другую как-то так, побыстрячку… телепортироваться. Вы надеетесь что  при этом ОБЯЗАТЕЛЬНО и  затраченная энергия на процесс перемещения будет много меньше.
Явно МЕНЬШЕ чем при прямом перелете на субсветовом звевздолете.
Верно?
Так мыслят практически все ожидающие трямпомпации как панацеи.
Большинство ведь  надеются именно на это. Им мало меда. Им нужна и ложка. И без ложки мед ими и не мыслится.
А ведь когда всякие там Хокинги или Типлеры начинают спекулировать про дыры в подпространство, они оперируют там просто СУМАСШЕДШИМИ цифрами энергий.
Намного большими цифрами, чем оперирую  я со своими допотопными классическими звездолетами.
Обратили внимание? Нет? А поднимите статьи.
Но народ, пуская слюну (начальник сказал, что можно!) на эти цифры не смотрят.
Народ с вожделением орет: во! Есть же надежда! Великий физик говорит что можно!!!
Да. Возможно, надежда и есть. Махонькая но есть.
Но вам, для вашей мечты  она - как мертвому припарки.
Сама по себе возможность что-то сотворить с пространством-временем совсем не означает, что это обойдется дешево.
Но люди просто ВЕРЯТ что будет быстро и дешево. Верят  и все!
Ну хочется.
Очень хочется!

[alex_semenov]

Но у нас десант. Одноразовый.
Поэтому все эти цифры об эффективности интересны, но не более.
Вопрос стоит в физической возможности перелета к ближайшей звезде(5 св.лет) за 100 лет.
Бешеные затраты здесь не являются определяющими. И тем более не V/2.

Нет-нет! Тут как раз речь идет о ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗУЕМОСТИ того или иного привода.
Удельная мощность - это интегральный показатель совершенства машины. И для всякой машины он не может быть сколь угодно высоким.
Давайте считать.
У вас автомобиль массой в 2 тонны и двигатель 100 л.с. Это 73 550 Ватт. То есть удельная мощность вашего автомобиля.  36-37 Ватт/кг.
Давайте теперь пофантазируем.
Представим себе прогресс автомобилестроения в сторону росла мощности и уменьшения веса автомобиля. Как далеко может зайти рост удельной мощности? Ну в 3 раза. Ну в 10 раз (хотя кому она такая нужна?)
Скажем, истребитель времен второй мировой  это 2 - 5 тонн на 1600 л.с. То есть удельная мощность 588 Ват/кг. Считай предел для машины с ДВС.
Верно?
Можно ли еще поднять? Скажем, турбину поставить? Можно. В разы. Может быть на порядок. Но не на два и не на три порядка. Верно?
Есть предел.

А что мы имеем в случае звездолетов по ТРЕБУЕМОЙ удельной мощности?
Смотрите.
Допустим у нас скорость всего то 0.05с.
Давайте возьмем мою формулу удельной мощности для ЛЮБЫХ звездолетов и посчитаем.
Возьмем суммарный кпд 0.3 (очень даже неплохой КПД!)
И коэффициент эффективности траектории  k =0.2  (даже не 0.1!)
Дистанцию полета - 10 св. лет. Какая нам нужна удельная мощность?

5945 Ватт/кг.

То есть 6 квт/кг. Я не говорю что этого невозможно добиться. Но это уже на порядок больше чем у истребителя времен второй мировой. Это очень высокие требования при очень даже скромных запросах. Ведь на 0.05с вы пересекаете 10 св.лет за 200 лет. 0.2 от 200 лет это 40 лет. Ваш двигатель разгоняет вас 40 лет.
Большинство шлемоголовых это ЯВНО не устроит.
И если вы захотите быстрей в 10 раз (и время разгона 4 года, кстати!) то вам нужна удельная мощность в 1000 раз большая.
Для 0.5с вам уже нужно 6 Мегаватт/кг. И тут уже никакие инженерные ухищрения вам не помогут.
Понимаете? Все. Все рубежи перейдены. Venture Star у вас не получится как ни крути!
Именно потому что тут нужна удельная мощность в

6 000 000 Ватт/кг

Для сравнения. Кстати. Ракета-носитель "Восток" имеет скорость истечения примерно 3 000 м/с. При тяге всех двигателей примерно 300 т (на старте она отрывает корабль от земли массой в 300 тонн) все пять связок ЖРД дают не где-то:

W=F*u=300 000 *9.8*3 000 =8820000000 Ватт.

Если убрать из корабля топливо, то пустой корабль весит не более 30 тонн. И удельная мощность ракеты "Восток" получается где-то 294 000 Ватт/кг.

300 киловатт на кг! Это куда круче чем наши 6 киловатт для разумного звездолета, согласны?
Но не спешите радоваться.
Есть все основания считать, что допотопная "керосинка", ЖРД это и есть предельный случай удельной мощности для любых ракет. АБСОЛЮТНО любых. Круче никто никогда не создаст.
И знающие люди со мной согласятся. Они знают почему.
Все дело в охлаждении. Сбросе паразитного тепла у этой супер-тепловой машины.
ЖРД это гиперохлаждаемая криогенным топливом машина. Звездолет же себе позволить такого суперрадиатора не может.
Поэтому, я буду считать величайшим инженерным чудом двигатель 6 квт/кг со скоростью истечения 0.03с.
Это фантастика!
Ну а если речь идет о звездолетах с удельным импульсом еще выше, то там мы имеем мегаватты на килограмм. Это куда больше чем у ЖРД. Там никакая супер-физика, нанотехнология и прочие чудеса уже не помогают.
Нужны ПРИНЦИПИАЛЬНО иные решения.
И они есть.
Это отказ от полноценной ракеты.
Оставить заметную часть двигателя дома.
Хотя и такой системе придется несладко. Даже световой парус (это нанотехнологическое считай изделие) когда разгоняется до 0.1-0.5с, трещит по швам и норовит расплавится. Хотя у паруса ВСЯ двигательная установка осталась дома. Парус - это считай ничто на  острие луча. Это по всей видимости предельная технология на веки вечные.
Кстати. Если посчитать пушку, выстреливающую 10 кг снаряд со скоростью 300 м/с по стволу 2 м… Какая у этого движителя удельная мощность получается?
Это домашнее задание.

[alex_semenov]

Кстати. Используя вышесказанное мной, можно теперь оценить и максимальную скорость, которую может приобрести ионный двигатель при межзвездном перелете.
Сам по себе ионный двигатель - устройство считай идеальное.
Чем он ограничивается - это удельной мощностью энергетической установки. Отношением мощности реактора к своей массе. Остальная масса (кабина, двигатели и т.д.) составят доли от этой массы. То есть при расчете порядков можно этим даже пренебречь.

Какова удельная мощность известных космических реакторов?
Ну вот например последнее достижение СССР:

http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/tm/1993/5-topaz.html



При массе примерно 1 тонна мощность 50 Квт.
То есть удельная мощность  энергоустановки сейчас 50 Вт/кг
Предположим, что путем инженерных ухищрений (нанотехнология, капельные радиаторы масштабирования на более крупный корабль и прочие и прочие инженерные ужимки) мы добьемся улучшений удельной мощности.
Скажем в 10 раз или даже 50 раз!
То есть можно допустить что мы получим  удельную мощность реакторов в  500 Вт/кг -  2500 Вт/кг (мы забыли, что сюда входит и масса остального корабля ну да ладно!)
Тогда приняв все выше сказанное (n=0.3, k=0.2, S=10 св. лет) можно вывернуть мою формулу удельной мощности наизнанку и получить максимально  МЫСЛИМУЮ скорость для межзвездного ионника:



это:

827 992 - 1 415 847 м/с

Округленно 900-1500 км/с 
Как и предполагалось на глазок 0,003c-0,005c
Выше - вряд ли можно получить.
Увы!
Но зато это куда больше чем 30 км/с!

(кстати, везде вверху в расчетах я потерял двоечку в знаменателе. Кто заметил? Я заметил только сейчас. Спешу. Мел на доске крошится… То есть расчеты для звездолета надо поделить на 2. Там где-то получится не 6 киловатт на килограмм, а только 3 но это уже мелочи. Главное ведь тут не конкретные цыфры и точность расчетов пока!)

[alex_semenov]

Так вроде

За сколько разгонять думаете?

Я же выше сказал. За 10-20%  от времени  идеального инерциального перелета. Почему именно такой диапазон - отдельная тема (надо график строить). Но вы можете ее развить сами. Выше я дал все намеки на ее решение.
То есть если вы пересекаете 10 св. лет на 0.01 с то вам нужно 1000 лет на перелет. Значит разгон у вас может занять 100-200 лет
Чем дольше вы летите в инерциальном полете, тем дольше вы можете разгоняться и тормозить.
Это - главное. Поэтому и возникает к квадрату v еще одна v. То есть куб скорости.
Если вы пересекаете 10 св. лет на скорости 0.1с, то вы пересекаете это дело за 100 лет и вам на разгон-торможение уже отводится 10-20 лет.
Уловили логику?
Но если вы летите на 100 св. лет то вы можете разгоняться и подольше. Это плюс. Но не бог весть какой. Однако плюс.

[alex_semenov]

Тяжелый звездовоз ув.Hodra наверное тоже возможен,но с большими затратами.А наработками в квантовой механике я просто по незнанию, думал упростить создание привода(двигателя) для звездолета,без всяких трям-папаций.Просто попробовать использовать энергию спина частиц имеющих массу.ИМХО,конечно.

Моя сверхзадача здесь - донести до вас и всех кто снизошел это прочесть то, что никакие открытия  в НОВОЙ физике  не отменят ограничений, накладываемых СТАРОЙ физикой.
Физика которой я тут пользуюсь - физика по сути из школьного учебника.
И эта школьная физика показывает нам то, что наша ИНТУИЦИЯ нам никогда не покажет.
Понимаете?
Я пытаюсь вам показать как все на самом деле фундаментально иначе, чем то что мы привыкли видеть в АЛИГОФРЕНСКОМ кино про космос.
Дело не в каких-то там спинах, зарядах, реакциях.
Все гораздо проще.
Дело в удельной мощности любого двигателя. Невозможное невозможно. Это надо уяснить. "Только знания делают вас свободными!" Свободными от иллюзий.

[alex_semenov]

Особых достоинств у тяжелых кораблей поколений теперь можно насчитать целых два.

1. Медленный корабль может быть квадратично тяжелым. Для корабля в 10 000 тонн на скорости в 0.05с вам нужно столько же затратить энергии сколько и для корабля в 1000 0 00 тонн на 0.005с То есть тратя в 10 раз больше времени на полет вы в 100 раз больше везете с собой через межзвездное пространство.

2. Медленный корабль поколений может иметь меньшую удельную мощность двигательной установки. Опять же. Не известно можно ли построить корабль на 10 000 тонн, разгоняемый до скорости 0.05с. Но мы знаем что корабль в миллион тонн на 0.005с в тысячу раз проще сконструировать (его удельная мощность в 1000 раз меньше). И такой корабль скорей всего действительно возможен.


Третье достоинство в том, что корабль поколений везет мощь цивилизации. Если там на борту целый город из людей или иных живых существ.

[alex_semenov]

Я что подумал, а ежели к примеру объект имеет кроме скорости получаемой при реактивном движении (линейной) еще и вращение вокруг оси (неподвижный ротор звездолета - подвижный статор), а потом каким то хитрым маневром перебрасывать вращение в линейную скорость? Тогда проблема с ускорением вроде более гибко выглядит

Подумайте, почему мы в школе изучаем три отдельных закона сохранения. Импульса, энергии, момента инерции?
Вы не можете обменять импульс на энергию или момент инерции. Все эти велечины обязаны всегда сохраняться.
В чем прелесть изучение звездоплавания?
Люди не мытьем так катаньем могут начать изучать "нудную" физику...

[alex_semenov]

На самом деле я пытаюсь уговорить топикостроителя не летать на совсем уж мизерной скорости в 30 км/с (0.0001 с) . Я уговариваю поднять скорость на порядок.

Кстати, есть идея, как посчитать для корабля поколения НИЖНИЙ предел скорости (минимальную разумную скорость перелета).
Я уже натыкался на это и сейчас вспомнил.
Ваша межзвездная колония, находясь в полете нуждается в энергии. По всей видимости вы будете использовать для питания колонии те же реакторы что и питают разгонные и тормозные двигатели (глупо использовать что-то еще).
Так вот, если для питания колонии в течение тысяч лет полета вы потратите урана или дейтерия (в общем энергоносителя) больше чем на разгон-торможения, то вы явно недоразогнались. Должно быть по крайней мере равенство. Смысл экономить энероноситель на разгоне, если в пути вы все равно потратите лишние джоули за лишние годы полета.
Верно?
То есть равенство затрат на энергоснабжение колонии за все время перелета и на разгон-торможение и дает нам нижний предел скорости полета колонии.

[alex_semenov]

Попалась прикольная картинка.
Очень в тему.



 

[alex_semenov]

Я это когда-то считал. Могу сказать что нижний предел так не считается, потому что энергетические затраты колонии (мегаватты, точно до 1 ГВт), пренебрижимо малы по сравнению с мощностью двигателей (10¹⁵..10¹⁸ Вт).

Гм… Есть встречный расчет.

http://arxiv.org/abs/1101.1066

Здесь как раз рассматривается колония на пикулярной (третьей космической) сокорости и автор энергию на разгон колонии даже не учитывает. Считается только энергетическая потребность колонии для внутреннего употребления. Эта статья затрат у него получается на порядки выше (он там это расписывает вроде).

В чем могут быть расхождения у вас со мной и автором статьи?
Подозреваю что вы как всегда считаете "безлюдный остров". Поэтому масса у вас за миллионы, а население корабля десятки человек (перетяжелен корабль по кг/чел).
Поэтому вашей деревне особо много и не надо (хотя ваша долина, живность в ней нуждается в свете, ветре, воде. Это все требует энергии).

1 Гват это, если считать по 10 квт/чел будет колония на 100 тысяч человек. Но так как у нас полный рициклинг, то надо брать по 20 квт/чел. Итого 50 тысяч человек. Если на каждого приходится по 20 тонн сухой массы корабля, то получаем массу корабля в миллион тонн.
Миллард килограмм на миллиард ват. То есть удельная мощность во время инерциального перелета получается 1 Ватт/кг. Так как время разгона-торможения 1/10 от времени инерционного перелета, то удельная мощность реакторов при разгоне-торможении получается 10 Ватт/кг. Отсюда можно считать минимальную скорость по моей методике.

380 км/с.

Медленней такому кораблю нет смысла лететь. В инерциальном полете вы потратите больше энергии "на отопление", чем на  разгон-торможение.

Ограничивающим фактором являются:
1) рост энтропии - не более нескольких тысяч лет в пустоте;

Вы так и не обосновали эту велечину. Почему несколько тысяч лет? Почему не несколько десятков тысяч лет? А может вообще только сотни лет?

2) скорость не менее пекулярных звёздных скоростей (54 км/с для окрестностей Солнца).

Это понятно. Меньше третей космической не получится никак.

[alex_semenov]

Об "Орионе"

Я думал над этим и должен просчитать эту идею сначала. Есть такой вариант - отказаться от магнитного сопла и кушать рентген и плазму абляционным графитовым щитом, смотрящим на эпицентр под телесным углом 1..π ср. Каждый взрыв будет испарять слои по долям миллиметра и абляция будет создавать тягу. Но тут надо считать.

Не берите в голову. Ну подумайте. С какой скоростью будет отбрасываться абелирующаяся масса?! Как ни крути намного МЕДЛЕННЕЙ чем водород из сопла нормально спроектированного ЯРД.
То есть это направление не стоит и внимания.
Абеляция тут нужна только для смягчения энергетического шока на пластину и только.

Думаю возможна и более. До 1Мм/с.

1000 км/с можно и для простого ионника. Как я прикинул.

Кстати, пока никто не определил ПРЕДЕЛЬНУЮ скорость, которую можно получить для такого привода (ионный двигатель+ реактор) Вполне возможно что это и 1000 и 2000 км/с...

потому что предел ионного двигателя упирается в размеры радиатора
для мощных ионников уже нужно смотреть, как бы размеры радиаторов не превысили размеры планет и не начали тормозить о межзвёздную среду

Во-первых торможение о межзвездную среду НЕ БУДЕТ заметно. На таких скоростях. Это даже считать не надо. И так ясно.
Во-вторых. Вы явно переборщили с площадью радиатора. Десятки километров для миллиона тот - может быть. Но не десятки тысяч.

У радиатора площадь - вещь регулируемая. Вы можете ее уменьшать в четвертой степени повышая температуру радиатора. Но радиатор не парус. Микронной толщины его сделать нельзя. Поэтому в конечном итоге все сводится к тому что я считал. Удельной мощности.
Ватт/кг. И ограничителем тут будет именно  не удельная мощность  реакторов а удельная мощность радиаторов. Сколько ватт паразитного тепла вы сможете сливать на килограмм радиатора. Площадь тут важна но производна.
Например вы можете попробовать создать вокруг корабля атмосферу из капелек металла. Как-то заставлять циркулировать их, скажем в статическим полем. Тогда вас лимитирует только масса хладогена прокачиваемого каждую секунду через эту атмосферу.
Верно?
Как ни крути все инженерные идеи сводятся к этому: ВАТТ/КГ.
"-В чем сила (физики), брат?
-В правде!!!"

[alex_semenov]

Медленный корабль поколений может иметь меньшую удельную мощность двигательной установки

Может.В приципе,и супертанкер,на веслах через океан сможет попробовать идти(как в кино для алигофренов )-главное чтобы гребцов хорошо лупцевали и хоть немного кормили .

Вы не понимаете моей суперцели. Я рассматриваю РАЗНЫЕ сценарии будущего.  И для каждого хочу показать - пересечение межзвездного пространства ВОЗМОЖНО. Не мытьем так катаньем. Здесь я рассматриваю возможность катаньем.
Если это получится (звездолеты в  любом случае проходят насквозь!), побочный эффект - я задушу навеки главный и единственный надежный аргумент "щук". Тогда треугольник "лебедь"-"рак"-"щука" сводится к дилемме рак-лебедь.
Конечно мы не можем знать в какой из двух ситуаций мы находимся сейчас.
Но можно показать что рак просто не может быть позитивным для нас решением (об этом мы тут уже спорили на соседней ветке). Если мы в ситуации рак - то мы под колпаком у сил по сути демонических. Значит, выбирая лучшую веру,  лучше ВЕРИТЬ что мы в ситуации лебедь.
Улавливаете?
Зачем мне это надо?
Как там сказано? Раб всегда поймет своего угнетателя, так как легко ставит себя на его место. Но он никогда не поймет своего освободителя, так как его мотивы для него, быдла, НЕПОСТИЖИМЫ.

Таким образом я стремлюсь показать тем кто все же в состоянии думать самостоятельно - массовое вожделение того что бы вокруг нас было побольше обитаемых и разумных миров - вожделение глупое, ненужное, невежественное. И слава богу что никого нет!
По сути я готовлю вас пережить первое разочарование, которое с вероятность 0.99 случится когда что-то типа "Дарвина" покажет нам воотчую, что космос вокруг нас - мертв. Пережить и жить дальше. Счастливо…

Музыкальная пауза.

Братья Карамазовы Космос мёртв

[alex_semenov]

[Но боюсь,в этом случае, неизбежно будет мертво и человечество. Причем в относительно скорые сроки. Без подсказки извне(алиенов ,природы,высших сил-назовите как хотите)нам будет очень сложно преодолеть бездну.

Как не странно, но мне как раз было бы В ПАДЛУ получать подсказки от инопланетян. Я себя не стану уважать, если мне расскажут как надо летать между звездами. Вслед за Борис Натанычем я не жду и не хочу получать подсказок с неба!!! Нафик такие звезды мне нужны?!!! Я хочу сам сделать свои крылья и сам полететь на свой страх и риск!

По поводу ждать тысячу лет.
Еще раз график (гвоздь нынешнего сезона):



Тут ждать не 1000 лет 10 000 (десять тысяч!) лет.  До первого окна для учдачного перелета.
Улавливаете?
Оцените выбранный масштаб!
Надо четко понять, что НТР - это краткий миг истории человечества. Пол тысячелетия и все бури пройдут. Мир устаканется. Тысячи лет потекут как сейчас  столетия. А потом и вообще как десятки тысяч лет.
Вам (как и мне), человеку, живущему сейчас НЕВОЗМОЖНО представить такое "болото". Вы и мысли не допускаете что так может быть. Но так было. Скажем 20 тысяч лет назад. Люди на интервалах тысяч лет жили так как мы живем на интервалах 10 лет сейчас (в эпоху исторической сингулярности).
Так будет просто потому, что представить себе будущее столь же динамичное как сейчас НЕ ПОЛУЧАЕТСЯ. Это всякие Бостромы и Курцвейлы уже нам показали. Динамика современного мира либо заканчивается сингулярным хлопком, либо отражается (что я считаю верным) и достигнув сейчас пика скорости развития начинает замедляться, замедляться, замедлятся…
Хотя я думаю будет оба случая. Появится другой разум. Но для нас это будет пик S-кривой и только.
А вот если на выходе из нашей S-кривой не появится ни ИИ не появится никаких космических цивилизаций машин иди из землян, никто к нам не прилетит, ничего из вожделенного не случится, я считаю что и тут ни все потеряно. Я готов рассматривать сценарий МЕДЛЕННОГО выхода людей в космос. "Тише едешь - дальше будешь." На интервалах в десятки тысячелетий.
Это разумеется будут уже не совсем люди. И тут масса нюансов. Но в любом случае, то что я рассматриваю здесь - это запасной вариант. Последняя линия обороны. Самый пессимистичный вариант. Поэтому я здесь пытаюсь опираться на самые проверенные технические решения.

[alex_semenov]

Значит, выбирая лучшую веру,  лучше ВЕРИТЬ что мы в ситуации лебедь.

Боюсь, реальности нет дела до наших хотений и вер Что бы мы ни хотели, она такая, какая есть.

Разумеется. Но и выбирать себе "женщину, религию, дорогу" нам пока никто не запретил. Верно?
В конце концов. Представьте, насколько бы скучнее тут было не водись тут такой зверь как я или скептик как Bob? Если все думают одинаково значит никто уже  давно не думает!

Осталось подождать совсем немного, чтобы понять, как у нас с распространенностью жизни в Галактике. Может, пару лет (если вдруг откроют транзитную планету в обитаемой зоне с сильными линиями кислорода в спектре), а может, пару-другую десятилетий (чтобы окончательно убедиться, что таких планет нет).

Согласен. Мы пока тут судачим в преддверье этого вожделенного открытия (или закрытия). Все что мы можем делать  - делать ставки.

И физическая возможность отправлять звездолеты еще не означает, что этой возможностью массово воспользуются. Мы сейчас тоже можем сделать обитаемую базу на Луне, вот только зачем? Щуки могут сидеть каждая в своей планетной системе, разделенные сотнями парсек, и не расползаться дальше собственного пояса Койпера, просто потому что лететь дальше - дорого, опасно и незачем. Экономически нецелесообразно

Какие-то щуки - да. Но если таких цивилизаций 10, 100, 1000, 10 000 в Галактике? Неужели ВСЕ не видят экономической целесообразности?
ВСЕ КАК ОДИН?
Ведь для того что бы волна накрыла Галактику (и мы родились в ситуации "рак") достаточно одной паршивенькой цивилизации, которая "не как все". И дело сделано!

[alex_semenov]

Сделал прикидку.
Смотрите.
Пускай температура в реакторе 1100 С. Пускай температура радиатора 350 С
Тогда КПД тепловой машины 0.546…
Кпд ракетного привода 0.64. Кпд ионных двигателей 0.9 (на таких скоростях истечения вполне возможен). Итого кпд 0.314… В рамках того что мы оговаривали выше.

При температуре 350С удельная тепловая мощность радиатора Wр при коэффициенте черноты радиатора 0.7 по Стефану-Больцману 5,98E+03 Ватт/м2
Тепловая мощность ректора (Wp/0.546…) 1,32E+04 В/м2
Электрическая мощность для тяги 7,20E+03 Вт/м2 (радиатора)

Мы сказали что нам нужно 2500 Вт/кг массы пустого корабля. Тогда приведенная площадь радиатора на массу корабля согласно этому требованию 0,347 м2/кг

Берем корабль сухой массой в миллион тонн. Ему потребуется радиатор 347 322 970 м2
Если это диск то диаметр диска (две стороны) 14 870 м
Нам нужен радиатор диаметром всего 15 км!

Но размер - не главное.
Пускай радиатор составляет 1/3 от массы всего корабля (а мог бы и половину и две трети). Считаем его массу и делим площадь на нее. Получаем  поверхностную площадь радиатора в 0,96 кг/м2. Почти килограмм на 1 м2 площади.

Это сам радиатор и теплоноситель в нем. Любой космический инженер скажет что это недостижимое значения 1 кг/м2. Но кто сказал что не будет сложных инженерных задачь? Прогресс в технологиях материалов может тут уже через сто лет дать удивительный эффек. Например пенометаллы (полученные в космосе) могут иметь плотность на несколько порядков меньше при той же плотности  прочности (почти).

[alex_semenov]

А если их всего 10 штук? И да - все 10 не видят экономической целесообразности?
Вы же, вроде, сторонник идеи редкости жизни и разума

Да. Согласен. Но здесь уже СОЧЕТАНИЕ нескольких условий.
Они есть, но их немного (10 плюс-минус) и они все как один…
Нет, может так и есть?
Но все равно получается натянуто.
Уши нашего вожделения иметь так и этак из этого все же торчат…

Впрочем, заканчиваю оффтопик. Вопросы  "зачем" и "почем" не для этой темы.

Конечно. Хотя я не сдержался и наговорил людям тут достаточно чтобы мне написали в ответ еще целый лист…

[alex_semenov]

При черноте радиатора 0.9 (а почему бы и нет?) при почти том же радиаторе (15,5 км в диаметре) можно иметь 3500 Ватт/м2 (0.88 кг/м2 радиатора)
А это… по моей формуле…

2 751 776 м/с

Надо поделить ее пополам (разгон же и торможение у цели). Итого крейсерская скорость перелета
0,004586293 на 10 св. лет (разгон-торможение 10% времени). То есть вся экспедиция длится примерно 2200 лет.

220 лет двигателе в режиме разгон и торможение.

Я думаю это МАКСИМАЛЬНО возможное для классического ионного звездолета.