Двигатель для межзвёздных перелётов

[bob]

Ну нефть же не разложилась, так почему…?

Ладно, чтобы не замусоривать эту тему (она всё-таки о двигателях, а дело это гиблое, про них сказано всё), заведу тему про колонизаторский звездолёт на базе межзвёздного боб-зонда.  Боб-зонд-2-адвансед-вершн, так сказать.
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,124992.msg3072977.html#msg3072977
Дальше пилиться про технику перелёта в холодном режиме можно там.

[Андрей Курилов]

Васимр лучше любого ионника по тяге ж, а МПД лучше любого холловского движка по УИ. При прочих равных - в обоих случаях. Плюс - избавление от эрозии, особливо в первом случае.

Это все слова из какой-то стати?

Где объяснения (доказательтсва) почему лучше?
Все что вы видите в красочных журналах-мурзилках - это МЕЖПЛАНЕТНЫЕ двигатели. Уловите!
И умненькие дядечки из рокет-лабс вам рассказываю сказочки (лучше-хуже) исходя из МЕЖПЛАНЕТНЫХ задач.
Вы же эти "лучше" -"круче" линейно (и тупо) переносите на совсем иную задачу.
Для нашего случая все это надо пересматривать с нуля.
От элементарной теории.
А где она у вас тут?

Но и это уже обсуждалось.

Где?

Примерно здесь: https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,85164.140.html
Вы еще там пытались понять теорию на которой все тут сторится, но видимо с тех пор так и не уловили суть. Верно?

Времени не хватает, постараюсь ответить более развернуто чуть позже

[alex_semenov]

Времени не хватает, постараюсь ответить более развернуто чуть позже

Я вам помогу.
Вернее я начну копать с другой стороны. То есть попробую объяснить, что же мне на самом деле не нравится во всякого рода электроракетных двигателях, использующих ПЛАЗМУ, то есть смесь ионов и электронов как рабочее тело.
Возможно, я и не прав.
Тем интереснее это обсудить. Найти в моей логике натяжки и ошибки.

Давайте начнем с идеального газа (с очень грубой идеализации).
Температура, энергия и средняя скорость молекулы идеального газа связаны следующим образом:



Давайте теперь вычислим для какого-нибудь газа (скажем паров алюминия) эквивалентную температуру при средней скорости v,  равной необходимой нам скорости истечения в 5000-7000 км/с.

Молярная масса алюминия 26,981 г/моль
Число Авогадро 6,02E+23 штку/моль
Отсюда масса иона алюминия 4,48E-26 кг (не забываем поделить на 1000!)
Средняя скорость иона 5 000 000 м/с
Считаем температуру.
Что у вас?
У меня 2,70E+10 К
27 миллионов градусов (не важно Кельвинов или Целсиев)

Это - термоядерная плазма уже.

Может у водорода температура будет заметно меньше (он легче)? Я беру алюминий потому что в ионнике так удобней (вообще то надо брать что-то от половины 238, так как заметная часть ракетной массы составят  осколки деления урана).

Молярная масса водорода порядка 1 г/моль. Пересчитываем. Я получаю миллион градусов.

И так. Какой бы двигатель мы не использовали для звездолета, в нем эквивалентная температура плазмы должна быть порядка 1-10 миллионов градусов. Что это значит? Это значит что такая плазма будет НЕИЗБЕЖНО терять энергию на всякого рода паразитные эффекты. Синхротронное излучение, тормозной рентген и т.д и т.п.  Поэтому в лучшем случае вы сможете превратить в кинетическую энергию ну 70 ну 80% электрической энергии вложенной в РАЗОГРЕВ плазмы (ее разгон).  Остальное превратится в паразитку от которой придется избавляться (что есть ужасная головная боль).

В классическом ионном двигателе нет плазмы. Там есть ионизированный газ, который очень упорядоченно разгоняется в зазоре между электродами а потом уже ему в догонку сливают его электроны (плазма появляется в выхлопе). Ионный двигатель это своего рода ионы лазер, где можно избежать теплового  ХАОСА, который неизбежно возникает в любой смеси ионов и электронов (плазме).
В холловском двигателе все сложней. Там есть движение ионов в одну сторону, электронов в другую (перепендикулярно). Там нельзя говорить о чисто хаотической плазме. И тем не менее, при таких вот энергиях наверняка там появится масса ДИССИПАТИВНЫХ процессов, которые будут тратить бесценную электроэнергию на паразитку.
В общем, я не вижу нужды лечить и без того здорового. Да, для скоростей до 100 км/с возможно ваш "Вася" или холовский двигатель и лучше. Но в нашем случае, я думаю, ничего лучше классического ионника  нет.

[Андрей Курилов]

Давайте теперь вычислим для какого-нибудь газа (скажем паров алюминия) эквивалентную температуру при средней скорости v,  равной необходимой нам скорости истечения в 5000-7000 км/с.

Необходимой кому, простите? Вам? Я считаю достаточной скорость истечения 200 км/с и "крейсерскую" скорость полёта в 1 с.г. за 1000 лет. Я ж адепт "кораблей поколений"

И тем не менее, при таких вот энергиях наверняка там появится масса ДИССИПАТИВНЫХ процессов, которые будут тратить бесценную электроэнергию на паразитку.

В том то и дело, что при 100 < u < 1000 км/с у электроплазменных движков ещё нет проблем. По крайней мере на сотнях км/с скорости истечения МПД и васимры с такими проблемами пока не сталкивались.

Спасибо, Александр, теперь понятно в чём суть нашего несогласия. Вы хотите на ионнике за сотни лет, а я считаю эту идею заведомо дохлой и рассчитываю на тысячи лет полёта.

[alex_semenov]

еобходимой кому, простите? Вам? Я считаю достаточной скорость истечения 200 км/с и "крейсерскую" скорость полёта в 1 с.г. за 1000 лет. Я ж адепт "кораблей поколений"

Вы меня удивляете!
У нас же есть уже "икона"!



Что по оси абсцисс? Скорость истечения! u в м/с! Видите? Минимум ВРЕМЕНИ перелета (при 100 - 1000 - 10 000 вт/кг) каким скоростям истечения соответствует? Я полагал что хотя бы вам это - очевидно!
При  хроническом дефиците удельной мощности просто БЕЗУМИЕ не оптимизировать параметры системы (то есть не выбрать оптимальную скорость истечения рабочей массы из сопла ракетного двигателя). Смотрите график. Иная (не оптимальная) скорость истечения и означает что лететь мы собираемся ДОЛЬШЕ чем могли бы. Зачем? Из любви к прекрасному?

Спасибо, Александр, теперь понятно в чём суть нашего несогласия. Вы хотите на ионнике за сотни лет, а я считаю эту идею заведомо дохлой и рассчитываю на тысячи лет полёта.

Я пытаюсь из этой концепции выжать максимум. 800 лет полета (это в случае 1500 вт/кг) - это фактически тоже 1000 лет. Порядка тысячи.

[Андрей Курилов]

Вы меня удивляете!
У нас же есть уже "икона"!

Да-да, эта икона хороша и она мне знакома. Просто я предположил, что разгон (и торможение) до таких "небольших" скоростей как С/1000 может выполняться условно "мгновенно" по сравнению с тысячами лет инерционного перелёта. Это немного не вписывается в "икону".

[alex_semenov]

Для того что бы разгоняться "мгновенно" надо иметь БЕСКОНЕЧНУЮ (или близкую к ней) удельную мощность!
Сколько-нибудь похожую удельную мощность может развить только ядерный взрыволет. Для ионного же (как и всяких прочих плазменных) звездолетов лететь только по принципу "тише едешь - дальше будешь".
Опять же, смотрим на "икону". Все что имеет удельную мощность до 100 000 ват/кг просто обречено чапать всю дистанцию с постоянно включенным двигателем.

Кстати, я прикинул (это легко). Что бы добраться до А-Центавды за 1500 лет на взрыволете (то есть мгновенный разгон и мгновенное торможение у цели) надо иметь дельта вэ 1800 км/с. Из этих 300+300=600 км/с можно скостить за счет эффекта Оберта у обеих звезд. То есть ~1250 км/с надо все же на бомбах суметь раскочегарить. А это (опять же) скорость истечения порядка 1000 км/с надо иметь (если разумно расходовать термоядерную энергию).

Чем такой вариант полета лучше, чем на ионнике (который тоже 1500 лет летит с постоянным малым ускорение)? В том, что взрыволет потратит где-то в 4 ре (приблизительно) раза меньше энергии на перелет.
Надо специально считать. Но не менее чем в 4-ре раза - точно.
Еще плюс - взрыволет будет тратить термоядерную энергию (то есть дейтерий с литием) а наш ионник уран. Так что если есть выбор взрыволет или ионик, то наверное лучше все же взрыволет.
Еще плюс "для бедных" (мне, извращенцу он очень нравится). Взрыволет можно пульнут прямо с Новой Земли (остров на севере СССР)...

[Иван Моисеев]

Я тут подумал, что ионный двигатель перед запуском к звезде должен продемонстрировать необходимый уровень надежность. Т.е. его 1000 лет только испытывать надо. Этак к концу теста забудешь, ради чего ты его начал...

[alex_semenov]

Я тут подумал, что ионный двигатель перед запуском к звезде должен продемонстрировать необходимый уровень надежность. Т.е. его 1000 лет только испытывать надо. Этак к концу теста забудешь, ради чего ты его начал...

Во-первых испытания можно и ускорить раз в 10 (ужесточив режим эксплуотации например). Подобные испытания в современной инженерии используются сплошь и рядом. Так, например можно испытать камень или цемент на разрушение за 1000 лет в течении нескольких месяцев, поместив их в специальный ускоритель старения.

Во-вторых, никто не будет закладывать 1000 лет НЕПРЕРЫВНОЙ работы ни для какой ПОДСИСТЕМЫ звездолета. Чем хороши именно ионники? Они прекрасно масштабируются. А значит нам не нужен один единственный двигатель (скажем как это у взрыволета), можно иметь 10 или 100 или даже 1000. Нам не нужен один единственный реактор, радиатор, генератор и т.д.. Опять же можно иметь и 100 и 500 автономных реакторов (если речь идет об огромной колонии). А это значит что некоторая часть подсистем звездолета может находится выключенными (скажем 5%) на регламенте или на капремонте без ущерба для процесса полета в целом. Мы это тут обсуждали. Реакторы и двигатели (очень горячие элементы системы) время от времени должны останавливаться и восстанавливаться. Так, например, если мы используем термоэмиссию, то можно переводить реакторы в особый режим, когда на эмиттере напыляется "съеденный" за время активной работы слой металла. То же может быть и с сетками ионников, разница только в том что улетевший в реакторах с эмиттера на коллектор слой металла  в реакторе так и остался (на коллекторе, откуда его можно и нужно назад перегнать) а испарившийся с сетки металл улетает в космос безвозвратно и нужно на восстановление иметь  его запас.

[Макс1]

Что бы добраться до А-Центавды за 1500 лет на взрыволете (то есть мгновенный разгон и мгновенное торможение у цели) надо иметь дельта вэ 1800 км/с.

Мгновенные разгон и торможение при нынешних технологиях означают огромные перегрузки. Полет за 1500 лет никому не нужен. Максимум, что можно сделать при таких технологиях - это беспилотный зонд для исследования окраин Солнечной системы, более быстрый, чем Пионеры и Вояджеры.

Взрыволет можно пульнут прямо с Новой Земли (остров на севере СССР)

Повторюсь, что гораздо проще и экологичнее сделать первую ступень, разгоняющую до второй космической скорости, и запускать подобный аппарат с Байконура или подобного космодрома. А термоядерный двигатель запускать в стороне от Земли.

[OratorFree]

Полет за 1500 лет никому не нужен.

Если люди будут жить по 2 тыс. лет, то нормально.

Что бы два раза не писать.

[Макс1]

Полет за 1500 лет никому не нужен.

Если люди будут жить по 2 тыс. лет, то нормально.

Кроме того, еще и техника должна жить в таком случае по несколько тысяч лет.

[OratorFree]

Кроме того, еще и техника должна жить в таком случае по несколько тысяч лет.

Да.

[alex_semenov]

Кроме того, еще и техника должна жить в таком случае по несколько тысяч лет.

Да.

Нет. Вы оба не прочли мое последнее сообщение. Можно создать надежную систему из ненадежных элементов. Можно создать устройство, живущее 1500 лет из элементов, ресурс которых не более, скажем, 300 лет.

Что бы добраться до А-Центавды за 1500 лет на взрыволете (то есть мгновенный разгон и мгновенное торможение у цели) надо иметь дельта вэ 1800 км/с.

Мгновенные разгон и торможение при нынешних технологиях означают огромные перегрузки.

Мгновенный разгон (раз уж на то пошло) предполагает БЕСКОНЕЧНЫЕ перегрузки.

Но "мгновенный" в данном случае означате что разгон и торможение происходит МНОГО МЕНЬШЕ времени чем сам перелет. Например в 100 или 1000 раз.
То есть разгон до скорости 1800 км/с  будет практически считатся "мгновенным" если вы разгоняетесь до этой скорости, скажем 1 год.
А теперь посчитайте перегрузку (полагая для простоты разгон равномерным). Умеете?
Год это 365*24*3600=31536000с. Ускорение скорость, деленная на время. Помните?
То есть 1 800 000/31536000 =0,057 м/с2 или 0,0058g.
"Огромная перегрузка"?
 
Давайте посчитаем с другой стороны.
Какую перегрузку мы будем считать все еще приемлемой?
Разумеется 9.8м/с2, 1g. Это не просто возможное, это КОМФОРТНОЕ ускорение.
Давайте прикинем какую скорость мы приобретем за,  скажем, 1 месяц разгона?
25 754 400 м/с или 0,086с.
(вы считаете? следите за мыслью?)
На такой скорости до А-Центавры можно долететь за 52,5 года. То есть за время в 526 раз БОЛЬШЕЕ чем время разгона (один месяц). То есть, такой разгон можно считать согласно принятых условностей "мгновенным".

То есть, Макс1, вы несете АБСОЛЮТНУЮ ЧУШЬ.
При этом несете с бесподобным апломбом (что меня очень сильно смешит).

"Мгновенный" разгон совсем не означает какие-то чудовищные перегнузки ни при каком диапазоне скоростей перелета.

Полет за 1500 лет никому не нужен.

Вы уверены?

А обосновать?

Максимум, что можно сделать при таких технологиях - это беспилотный зонд для исследования окраин Солнечной системы, более быстрый, чем Пионеры и Вояджеры.

Вы, рискуете привзайти своим апломбом господина Гончева… Но тот хоть что-то действительно знает и понимает.

Взрыволет можно пульнут прямо с Новой Земли (остров на севере СССР)

Повторюсь, что гораздо проще и экологичнее сделать первую ступень, разгоняющую до второй космической скорости, и запускать подобный аппарат с Байконура или подобного космодрома. А термоядерный двигатель запускать в стороне от Земли.

Вы предлагаете поднять с Байконура массу в 8 000 000 тонн ПОЛЕЗНОЙ НАГРУЗКИ на химическом топливе? Это масса суперориона на приведенной мною картинке. Я, кстати, имел ввиду проект корабля меньше, всего 2 000 000 тонн (на полной заправке). Меньше полуммиллиона для межзвездного Ориона СУХОЙ массы я не предполагаю (а полная будет в четыре раза больше).

[Макс1]

То есть, такой разгон можно считать согласно принятых условностей "мгновенным".

Тогда определитесь с терминологией. Я думал, что Вы имеете в виду разгон, близкий к мгновенному, с очень высокими перегрузками. Но при термоядерном взрыве высокие перегрузки неизбежны. Если же это управляемая термоядерная реакция с невысокими перегрузками, то слово "взрыволет", по крайней мере, неточное.

Вы предлагаете поднять с Байконура массу в 8 000 000 тонн ПОЛЕЗНОЙ НАГРУЗКИ на химическом топливе?

Повторюсь, откуда этот стереотип с гигантоманией для межзвездных перелетов? Хватит корабля размером с Ту-134, максимум с Боинг-747 массой порядка несколько сотен тонн. Не следует кидаться из крайности в крайность, то говорить, что это практически невозможная задача, то предполагать абсурдно большие размеры и массу корабля порядка миллионов тонн. Если проект межзвездных перелетов будет реализован с развитием науки и техники, то это будет недешевая задача с себестоимостью вначале не меньше, чем Шаттл/Буран или полеты на Луну. Вряд ли возможно реализовать проект намного дороже, но серьезный проект вначале будет неизбежно дорог, а размеры корабля так просто не получится сделать гигантскими, и скорее всего, не нужно. И топливо не будет дешевым, чтобы позволить так легко увеличить массу корабля, а гигантские корабли будет сделать так же трудно, как сейчас гигантские самолеты.

[OratorFree]

Нет. Вы оба не прочли мое последнее сообщение. Можно создать надежную систему из ненадежных элементов. Можно создать устройство, живущее 1500 лет из элементов, ресурс которых не более, скажем, 300 лет.

Это не сработает. Вся теория надежности, работает в пределах 20-50 лет. Но когда речь идет о 1500 лет, здесь уже речь не о надежности. А о физике. Диффузионные процессы "размоют" примесные переходы микроэлектронных устройств. Если бы не было радиации, то можно остановить диффузию "замораживанием" к температурам близким к абсолютному нулю. Скорость диффузии, как химических реакций зависит экспоненциально от температуры.

 

Гамма здесь равна 2-4, думаю это справедливо и для диффузии.

Но радиация при дальнем полёте выполнит роль естественной диффузии. Выбивая атомы и размывая переходы. Формул дать не могу, но предполагаю, что простенькие оценочные формулы можно вывести при желании.

[Андрей Курилов]

То есть, такой разгон можно считать согласно принятых условностей "мгновенным".

Тогда определитесь с терминологией. Я думал, что Вы имеете в виду разгон, близкий к мгновенному, с очень высокими перегрузками. Но при термоядерном взрыве высокие перегрузки неизбежны. Если же это управляемая термоядерная реакция с невысокими перегрузками, то слово "взрыволет", по крайней мере, неточное.

Вы предлагаете поднять с Байконура массу в 8 000 000 тонн ПОЛЕЗНОЙ НАГРУЗКИ на химическом топливе?

Повторюсь, откуда этот стереотип с гигантоманией для межзвездных перелетов? Хватит корабля размером с Ту-134, максимум с Боинг-747 массой порядка несколько сотен тонн. Не следует кидаться из крайности в крайность, то говорить, что это практически невозможная задача, то предполагать абсурдно большие размеры и массу корабля порядка миллионов тонн. Если проект межзвездных перелетов будет реализован с развитием науки и техники, то это будет недешевая задача с себестоимостью вначале не меньше, чем Шаттл/Буран или полеты на Луну. Вряд ли возможно реализовать проект намного дороже, но серьезный проект вначале будет неизбежно дорог, а размеры корабля так просто не получится сделать гигантскими, и скорее всего, не нужно. И топливо не будет дешевым, чтобы позволить так легко увеличить массу корабля, а гигантские корабли будет сделать так же трудно, как сейчас гигантские самолеты.

Макс1, вам для начала хотя бы последние пару страниц темы прочитать внимательнее, а то пока что вы только выставляете себя на посмешище

[Макс1]

Макс1, вам для начала хотя бы последние пару страниц темы прочитать внимательнее, а то пока что вы только выставляете себя на посмешище

Мне кажется, что на посмешище себя выставляют те, кто собирается запускать корабли по несколько миллионов тонн. Литературные фантазии из художественной литературы, которая фантастическая, но не всегда научная, вряд ли являются серьезным аргументом.

[Проходящий Кот]

Ещё один гений явился на нашу голову.
Корабль с обитателями маленьким быть не может.

[Макс1]

Корабль с обитателями маленьким быть не может.

Полеты по несколько месяцев на земную орбиту как-то обходятся без кораблей по несколько миллионов тонн. Замкнутый цикл уже существует, где, простите, моча космонавтов превращается в воду. Для экипажа примерно в 20 космонавтов хватит жилого отсека размером в 2 пассажирских вагона, где каждому космонавту можно отвести каюту размером с купе вагона. Плюс 2 туалета на всех и душ. Кухня и столовая. Комната отдыха. Научный и грузовой отсеки размером с жилой. Отсеки систем управления и жизнеобеспечения примерно тех же размеров каждый. Кабина командира экипажа и помощников для управления кораблем и кабина, где космонавты находятся при взлете и посадке. Примерно то же, что есть на морских и речных кораблях, причем роскоши не нужно. Ничего не забыл? Несколько двигателей. Запасы топлива, например в крыльях, наиболее перспективен крылатый шаттл. Возможно, крылья и хвост складываются при полете в космосе и защищаются сверху защитным кожухом. Первая ступень - авиационный двигатель или их пара для старта с обычного аэродрома и управляемой посадки на него. Перед включением второй ступени сверхзвуковой полет порядка 2000 километров в час. Дополнительная возможность - посадка на воздушную подушку и взлет с нее, так как на планетах не всегда есть ровные поверхности. Дополнительный двигатель - вертикальный взлет и посадка на планеты без атмосферы или планеты с атмосферой и гравитацией, где невозможна самолетные взлет и посадка. Вторая неотделяемая многоразовая ступень - разгон до второй космической скорости и торможение с этой скорости при посадке. Основная третья ступень - разгон до максимальной скорости и торможение. И несколько относительно мощных, но компактных двигателей коррекции траектории. Двигателей нужно довольно много, но при будущих технологиях они и топливо для них могут стать более компактными. Все это можно разместить в корабле максимум в несколько сотен тонн. Если будет реализовано, то буднично и без пафоса из фантастических романов. Поменьше надо стереотипов о "звездолетах" из фантастики. С развитием техники люди будут менее склонны к героизму и будут больше заботиться о надежности.