Двигатель для межзвёздных перелётов

[Иван Моисеев]

И так до бесконечности?

Не думаю. Это надо у космологов поспрашивать. Вселенная существует 13 млрд. лет, сколько она еще протянет?

Не у вас не  у меня нет решающих аргументов в пользу своих позиций кроме эстетических.

Ну, аргументов и у вас, и у меня - выше головы, принципиально здесь то, что результат эмпирически не проверишь.

[Кремальера]

Я имел в виду пилотируемый полет.

Дык в этом-то и вся соль.Хомо,ув.Александр,при любом раскладе оставляет строить светлое завтра на бренной Земле.

[Иван Моисеев]

У ракеты всегда получается нечто подобное, если у вас вирируется постоянная скорость истечений u при заданной dv (приращении скорости). Ведь разные M0/Mk (начальная к концечной массе, я так понял?) через Циолковского (или как вы любите Мещерского) фактически это разные  u .

Не u, а w - иначе газават .
Я не люблю Мещерского. Просто из его формулы для ускорения вытекает формула для скорости (Циолковского), а еще раз проинтегрировав - для пути. А путь в моих расчетах динамики - это основа всех построений.

[Иван Моисеев]

Я имел в виду пилотируемый полет.

Дык в этом-то и вся соль.Хомо,ув.Александр,при любом раскладе оставляет строить светлое завтра на бренной Земле.

Не все хомо на это согласные будут.

[alex_semenov]

Еще.
Все мы уже давно знаем вот эту картинку:



Через 10 тысяч лет красный карлик Барнарда приблизится к Солнцу ближе чем на 4 световых года.
Через примерно 23 тысячи лет тройная система Альфа-Центавра приблизятся к Солнцу на дистанцию чуть больше 3 св. лет.
Через примерно 37 тысяч лет  звезда Росс 248 приблизится к нам почти ровно на 3 св. года.

Я надеюсь что если через 10 тысяч лет мы так и не получим для полетов в космосе ничего лучшего чем то, что уже имеем,  никто уже не будет сомневаться что ожидать чудесных двигателей больше нечего, верно?
Но если, если в ближайшую тысячу лет мы не научимся летать между звездами за столетия (хотя бы), а тысячу лет мы в космосе не выживем, может это не конец нашим звездным вожделениям?
Интересно, насколько десятитысячелетние сближения (на 1-1.5 св. года)  уменьшают время полета ионного звездолета к звездам?
Вот график времени перелета оптимального ионного звездолета на четыре дистанции 4.5, 4, 3.5, 3 св. года в зависимости от удельной мощности. 



Как видим, для дистанции 3 св. года  можно добраться за 613 лет при w 1 500  ват/кг
На 200 лет раньше, чем если бы мы такой звездолет запустили бы к ближайшей звезде сейчас (805 лет).
В случае звездолета с удельной мощньсть 200 вт/кг  он доберется к звезде на 3 св. года за 1200  лет (вместо 1574 года сейчас).
Насколько я могу судить - не бог весть какое приближение.
Верно?
Вот если бы к нам приблизилась звезда на 1 св. год… тогда на мощности 1500 ват/кг мы добрались бы менее чем за 300 лет, а на 200 ват/кг за 577 лет

[alex_semenov]

Дык в этом-то и вся соль.Хомо,ув.Александр,при любом раскладе оставляет строить светлое завтра на бренной Земле.

Во-первых, не по всем раскладам. Я рассматриваю самый плохой расклад. Самый крайний (крайнее некуда).

Во-вторых. Разумеется, существующая, известная нам цивилизация ни в какой космос не выходит. Ей только один путь - строить светлое завтро на бренной.  Нагадили? Вот теперь будите расхлебывать! Как говорит Катасонов, "на блевотину свою…"
Вопрос не в этом. Если расхлебаем (не в первой же!) не уж то так скотами и останемся?
Я ведь не зря тут про 10 тысяч, 23 тысячи, 37 тысяч лет говорю. Очень отдаленные, очень КРАЙНИЕ времена... (крайнее - только ждать сближение на 10 000 а.е. через 50 000 000 лет...)
И что?

[OratorFree]

Есть по крайней мере один вид электроники, которому ГКЛ не будет страшен. Лампы.  Вакуумная микроэлектроника ...

Кстати да. Как бы странно это не звучало. Есть на эту тему забавное видео : http://youtu.be/vtQFfh7K6EY

Благодаря новым наноуглеродным материалам вакуумные электронные приборы, которые, как нам казалось, уже ушли в прошлое, могут вернуться. Работы, которые ведутся на Физическом факультете МГУ им Ломоносова, позволяют говорить, что радиолампы, кинескопы и другие разновидности подобных устройств могут при этом оказаться гораздо более эффективными, чем твердотельные полупроводники.
Исследователи Физического факультета МГУ им Ломоносова нашли способ продлить век радиоламп, кинескопов и других устройств, использующих подобный принцип действия. Благодаря новым наноуглеродным материалам вакуумные электронные приборы могут оказаться гораздо более эффективными, чем твердотельные полупроводники.

Принцип действия радиолампы состоит в управлении потоком электронов, который проходит между электродами лампы. Длительное время в науке и технике для создания таких пучков электронов использовались так называемые «накальные» катоды, которые испускали электроны при их нагреве до очень высокой температуры. На этот нагрев тратилось достаточно большое количество энергии, поэтому коэффициент полезного действия у радиоламп был заведомо ниже, чем у твердотельных полупроводников. Тем не менее, несмотря на весь прогресс полупроводниковых материалов, старая добрая радиолампа, при всех своих недостатках, до сих пор используется в радиотехнике.

Использование наноуглеродных материалов в качестве источников электронов позволяет получить электронный пучок без нагрева, то есть при комнатной температуре. В результате этого вакуумные электронные приборы, которые могут быть построены на таких катодах, сразу уменьшаются в габаритах и становятся чуть более экономичными, чем привычные транзисторы. Это позволяет создать телевизионный кинескоп плоской формы, примерно такой же, как распространенные сейчас жидкокристаллические мониторы. А построенные на этом принципе осветительные приборы более экономичны, чем всем известные лампы дневного света. При этом новые лампочки не содержат опасную ртуть

.

[Кремальера]

И что?

Хм..Александр,если вы собираетесь лететь через 100 веков,то вам нужно очень себя поберечь,заботится так сказать о себе.Ну на худой конец,если не дождетесь лично.,издать мемуары/мануал по юзанью межзвездных проектов.А ведь нам еволюция всякая  поспешать к звездам вборзе велит.

Я рассматриваю самый плохой расклад. Самый крайний (крайнее некуда).

Кстати,я давно уже хотел спросить-откуда это у вас?Это склад ума,метематическая составлящая,некое правило отрицательных величин?Если вы всегда принимаете за верную нижнюю границу,то почему нельзя рассмотреть просто средне-арифметическую величину?А в данном случае какой самый оптимистический вариант:мировой капитал раскаивается и кончает дни на Великой Стройке?

[pkl]

2 OratorFree

Здорово! Это же решает проблему дефицита редких элементов /привет репликаторам/! Всё же углерод куда более распространённый во Вселенной элемент, нежели галлий и германий.

[Иван Моисеев]

И что?

Хм..Александр,если вы собираетесь лететь через 100 веков,то вам нужно очень себя поберечь,заботится так сказать о себе.Ну на худой конец,если не дождетесь лично.,издать мемуары/мануал по юзанью межзвездных проектов.А ведь нам еволюция всякая  поспешать к звездам вборзе велит.

Я рассматриваю самый плохой расклад. Самый крайний (крайнее некуда).

Кстати,я давно уже хотел спросить-откуда это у вас?Это склад ума,метематическая составлящая,некое правило отрицательных величин?Если вы всегда принимаете за верную нижнюю границу,то почему нельзя рассмотреть просто средне-арифметическую величину?А в данном случае какой самый оптимистический вариант:мировой капитал раскаивается и кончает дни на Великой Стройке?

Александр методически все правильно делает (в общем). Рассматриваются крайние точки, понятно, что реальный вариант где-то между ними. Крайние точки найти легче, с них и надо начинать.

[noxx77]

У Боба было предложение лампового зонда, "оттаивающего" у цели. Ну, а если речь о коррекции, почему бы не сделать работу через промежутки: через очередной десяток лет таймер запускает оттаивание, а потом опять в сон.

[alex_semenov]

У Боба было предложение лампового зонда, "оттаивающего" у цели. Ну, а если речь о коррекции, почему бы не сделать работу через промежутки: через очередной десяток лет таймер запускает оттаивание, а потом опять в сон.

Я видел эту дискуссию. Но я не вижу тут особых (сравнимых с прочими) проблем что бы в них прямо так вот с головой углубляться. Да, радиационная  деградация элементов если полет будет тысячи лет - это проблема. Но тут я вижу паритет между проблемой и средствами ее решения. Было бы желание! Пускай Сурдин решает (он у нас числится специалистом по сверхмедленным брейсуэллам).

Александр методически все правильно делает (в общем). Рассматриваются крайние точки, понятно, что реальный вариант где-то между ними. Крайние точки найти легче, с них и надо начинать.

Да. Почти так.
Я стараюсь рассматривать ВСЕ ПОЛЕ возможных решений. При этом я обнаруживаю, что многие возможные (перспективные) решения оказываются завязаны на ОДИН некоторый перспективный прорыв в науке и технологии, которые я бы назвал "бутылочным горлышком".
Это прежде всего магнитостойкие сверхпроводники с рекордной плотностью тока 10^11-10^12 А/м2 (и высокая температурность, за которой все гонятся тут не имеет значения).


Взято здесь

Все интересующие нас технологии требуют на порядок - два порядка меньшую плотность (при прочих условиях, чего не достаточно для рассматриваемых решений звездолетов. Получим ли мы когда-нибудь лучшие сверхпроводники? Надежды есть. Но это только надежды!
А если не получим?
Другой вопрос - даже если чудо-сверхпроводник появится, как эти сверхпроводник будет переживать условия полета, ту же радиацию? От части это решается самими сверхпроводниками. ГКЛ до них просто не дотянется, когда в них циркулирует ток. Но если сверхпроводник обесточен (некоторые решения такое предполагают) некоторое время (десятилетия)?

И вот смотрите, как много на эти пока несуществующие сверхпроводники завязано перспективных решений звездолетов.

Прежде всего, это технология магнитного парашюта без которой ВСЯКАЯ активная система привода (когда источник энергии остается дома) теряет смысл. Например, лазерный парус. Разогнать мы разгоним. А как тормозить?
Нет, конечно предложены эрзац-решения (типа форвордовых разделенных парусов)- но они еще менее реалистичны чем магнитный парашют.
Если же говорить о других интересных идеях в области активных систем (скажем, магнитный парус на потоке заряженных частиц или потоке материи) то тут не только торможение у цели становится невозможным без чудо-технологии сверхпроводников, но и, собственно разгон.

Далее. Многочисленные ракетные чудо-двигатели (термоядерные всех мастей и всякие там анигиляционные, даже) тоже завязаны так же на легкие и мощные сверхпроводники (которым предстоит выживать в тяжелейших условиях не только ГКЛ но и близкого радиационного источника - собственно двигателя). Здесь возможно чуть иные условия (см. таблицу выше), но они так же завязываются на легкость и мощность. Как ни крути, все эти системы возможны только при достижении РЕКОРДНЫХ удельных мощностей, что опять же поределяется той самой чудовищной плотностью тока в проводниках.

То есть, огромное разнообразие возможных решений для МП оказываются не смотря на все свое разнообразие завязаны на прогресса в одной узкой области физики твердого тела. Если его там не будет (мало ли?) - все это разнообразие скопом летит в мусорную корзину как неосуществимые прожекты.
Поэтому возникает желание поискать поле решений для МП (именно поле, не одно а желательно как можно больше решений) не завязанных на это самое "бутылочное горлышко" сверхпроводников.
 
Далее.
Вся математика, связанная с траекторией полета  ионного зонда без выключения двигателя может быть использована и для других концепций двигателей.
Например, вот, знаменитый Виверн-джет.



Конечно двигатель нарисован очень приблизительно. То есть он может состояться, а может и не состоятся.
НО! До того как мы овладели данной методикой (расчета такой вот траектории без выключения двигателя), мы не могли сказать (уверенно) сгодится ли такой двигатель для межзвездного перелета? Я в комментарии к статье сделал вывод, что удельной мощности ему явно не хватает как для звездолета. Поэтому все мои надежды на этот привод были связаны с МАСШТАБИРОВАНИЕМ габаритов этой "трубы" на порядок (с 100 метров до километра и с 2 м до 20 м).

Но давайте пересчитаем оригинальную концепцию еще раз.

Масса двигателя 60 тонн. Это только двигатель. Весь корабль посчитаем как 100 тонн.

Погонная сырая мощность реактора 30 Мвт/м. Длина двигателя 100 метров. То есть тепловая мощность реактора 3 Гвт (это есть и в таблице).
Какая часть этой энергии превратится в энергию ракетной струи?
У Виверна там мутно. Я пересчитывал и получается очень круто (что сомнительно) более 0.75.
Возьмем 0.5 (вообще, если взять меньше, конструкция просто не срастется). То есть в выхлопе двигателя 1.5 Гвт.
Делим на массу 100 тонн. Получаем удельную мощность термоядерной ракеты  15 000 вт/кг. А теперь берем нашу траекторию. За сколько долетит виверн до Альфа-центавры?



За 374 года.
Не спешите плясать и радоваться.
На самом деле в конструкции Виверна есть масса натяжек и предположений. Хотя бы то, что управляемый термояд до сих пор не получен, а гелий-3 - самое недоступное для нас пока топливо. И тем не менее, "звезды становятся ближе"…

[bob]

У Боба было предложение лампового зонда, "оттаивающего" у цели. Ну, а если речь о коррекции, почему бы не сделать работу через промежутки: через очередной десяток лет таймер запускает оттаивание, а потом опять в сон.

Таймер должен быть абсолютно живучим с бесконечным энергоисточником. Вот, что убивает такие проекты. Электроника на транзисторных микросхемах не может проработать тысячи лет. Изотопные источники - тоже (из-за полураспада ритегов).  Поэтому межзвёздный зонд Боба запускается с включенными солнечными батареями и засыпает за снеговой линией от нехватки энергии. Его задача - точно попасть в радиус снеговой линии соседней звезды, чтобы вновь проснуться, когда ток от батарей станет вновь достаточным. Сложность - в создании батарей и электроники, неубиваемых космическими лучами за тысячи лет полёта. Дополнительно было предложено... залить его льдом как для защиты от межхвёздной пыли и газа, так и для защиты от космических лучей и угрозы преждевременного включения. За снеговой линией звезды-мишени лёд окончательно испаряется и батареи начинают давать ток сами собой, без таймера (который бы не выжил) и команды на включение. Вращающиеся детали планировалось сделать на подшипниках скольжения со вставкой из толстого графита, поскольку любой традиционный подшипник качения или скольжения за тысячу лет станет неразъёмным соединением из-за взаимопроникновения материалов и испарения смазки или деградации пластика, если он с пластиковой вставкой. Вопрос о неубиваемой электронике достаточной степени миниатюризации, после длительной дискуссии наших добровольных проектировщиков, пока остался открытым.
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,115150.msg2730004.html#msg2730004
Так что изобретение неоламп достаточно интересно. Лампы действительно хороши высокой устойчивостью к космическим лучам при длительном облучении, быстро убивающем микротранзисторы, даже если они находятся в холодном резерве, а не в горячем. Беда в том, что наноуглеродные соединения за тысячу лет станут просто углеродными, и лампы не сработают.
В общем, максимум, что пока вырисовывается - это межзвёздная пищалка на десятке ламп в стиле первого спутника: её запуск и удачный прилёт на место вполне реален, но мы же хотим миссиию в стиле "Кассини", как минимум.

[VimanaPro]

Вариант один: живой организм, среда обитания которого - космос (многократно обыграно в НФ) - со скуки промышляющий извозом

[alex_semenov]

Боб, напомните сколько лет сна  для техники у вас изначально планировалось (в техзадании)?
1000 и 10 000 лет - это может оказаться во многих случаях очень разными сроками.

Добавлю. Для ионного зонда есть (по сравнению с вашим зондом) тонкость. У нашего зодна двигатель работает постоянно. То есть система не просто должна пережить в законсервированном виде 1000 - 1500 лет полета, но должна проработать как часы все это время.
Без регламентных работ я не представляю себе как это можно сделать. В любом случае  на борту КТО-ТО (или что-то) должен (-жно) бодрствовать все эти 1000-1500 лет.

Кстати, как-то попадалось исследование (на английском), которое доказывало что при полете "Дедала" (а полет планировался не более 50 лет!) на борту произойдет такое количество "нештаток", что вероятность выживания автомата без вмешательства человеческого ума стремится к нулю.
Да и людям (если их будет десяток) будет не сладко (человеческий мозг не всесилен и проявляет свои уникальные способности решать нерешаемые задачи как правило в виде большого коллектива).

[bob]

Боб, напомните сколько лет сна  для техники у вас изначально планировалось (в техзадании)?
1000 и 10 000 лет - это может оказаться во многих случаях очень разными сроками.

Добавлю. Для ионного зонда есть (по сравнению с вашим зондом) тонкость. У нашего зонда двигатель работает постоянно.

Да ничего особого не планировалось. Выяснялась принципиальная, качественная, возможность запустить хоть что-то межзвёздное на современном уровне техники. Получилось, что пищалку в стиле "бип-бип-бип" запустить на технологическом пределе мы можем. Инерциальным полётом, конечно. Со скоростью, как максимум, полсотни км/с относительно Земли. (Естественно, ионный двигатель не проработает и сотой доли такого полёта.) Ну и ценность такого полёта равна нулю. Поскольку человечество, которое дождётся сигналов аппарата из окрестностей цели, будет отличаться от нашего примерно так же, как мы отличаемся от строителей пирамид. Навряд ли кто-нибудь вообще вспомнит о том, что в затёртом году позапрошлой эры кто-то запустил зонд, да и никому это уже не будет нужно, господствующая идейная и техническая мода сменится.

[VimanaPro]

Без регламентных работ я не представляю себе как это можно сделать. В любом случае  на борту КТО-ТО (или что-то) должен (-жно) бодрствовать все эти 1000-1500 лет.

И совсем и не бред даже

[Андрей Курилов]

В общем, максимум, что пока вырисовывается - это межзвёздная пищалка на десятке ламп в стиле первого спутника: её запуск и удачный прилёт на место вполне реален, но мы же хотим миссиию в стиле "Кассини", как минимум.

А в чём проблема? Если закатать в достаточно толстый слой льда, то радиация до зонда не доберётся. Можно и нежную электронику запускать.

[alex_semenov]

А в чём проблема? Если закатать в достаточно толстый слой льда, то радиация до зонда не доберётся. Можно и нежную электронику запускать.

Слой льда должен быть 5-10 тоны/м2
Это решение "в лоб".

Инерциальным полётом, конечно. Со скоростью, как максимум, полсотни км/с относительно Земли. (Естественно, ионный двигатель не проработает и сотой доли такого полёта.)

А мы что Обтерта использовать не можем? Я думаю, мы прямо сейчас могли бы на самом хлипком Оберете 100 км/с получить, если было бы желание!

Да и на ионниках… уже существующих. Вот проект TAU.
Там предполагалось добраться до 1000 а.е. за  50 лет (2 года разгон на ионном двигателе). Поделите дистанцию на время. Получите среднюю скорость 95 км/с
Считай, уже сотня!
Это можно получить "хоть прямо сейчас!".

Да, еще. Солнечный парус стартующий от Солнца. Вполне можно получить 200-400 км/с. Это очень здравая оценка (без ложного оптимизма). Хотя этой технологией мы не владеем пока, разумеется.

[VimanaPro]

Да, еще. Солнечный парус стартующий от Солнца. Вполне можно получить 200-400 км/с. Это очень здравая оценка (без ложного оптимизма). Хотя этой технологией мы не владеем пока, разумеется.

Да, еще. Гравицапа, стартующая с Земли. Вполне можно получить 200 000-290 000 км/с. Это очень здравая оценка (без ложного оптимизма). Хотя этой технологией мы не владеем пока, разумеется