Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Идея вот какая.
А что если параллельно основному сверхпроводниковому викту поставить буферный виток?
Для приема индуктивного всплеска.
Будет ли он принимать пиковую нагрузку?
Скажем контур просто из хорошего проводника. Тогда в момент остановки болванки это кольцо раскалиться как заготовка в ТВЧ печи. Видел кто когда-нибудь?
Это будут потери, разумеется...
 

[alex_semenov]

Ну как же не помнить, если ту формулу я и выводил. 

 :oБлин… Ну вот…   Не признал собеседника!
Обконфузился… В чистом виде!
 
Извините.
 

Да уж, прикольное обсуждение тогда было! 

Согласен! Вот в таких ситуациях очень ЧЕТКО понимаешь, что человек мыслящий нуждается в собеседнике как усилителе собственного куцего ума. Собеседник, который мыслит иначе. Собеседнике, который подталкивает тебя к вопросам, решениям, которые сам ты возможно никогда бы не нашел! При этом подталкивания взаимополезны. Ты толкаешь его он - тебя. Каждый дает каждому то, что тому не достает.
Форумы этим и ценны. Хотя такие моменты - редкость. В основном форум- ярмарка тщеславия и демонстрация стадного поведения. Увы! Мы - лысые обезьяны. Разговоры нам заменяют чесание в шерсти…

 

Кстати, если в (1) единицу разделить на левую и правую части формулы, то ВНЕЗАПНО получается формула для вычисления доплеровской частоты.    И с чего бы это вдруг...

Действительно! С чего бы это?!!!
 

[alex_semenov]

А почему бы капсулы с топливом не запустить до старта корабля, в направлении его будущего движения. А потом он их будет догонять и использовать.

Есть и такие идеи. Но та что мы тут взялись обсуждать - лучше. Ведь вслед посылается не топливо. Вслед посылается уже готовый импульс. Не топливо не энергия. Уже готовое разжеванное и в рот положенное "количество движения". Осталость проглотить.
Весь привод остался дома. И его масса нас не тянет.  И это - прекрасно!
Еще раз привожу вот это откровение, вытекающее из учебника физики зха 8-й (нынче 9-й) класс:



Я же объяснил ситуацию уже и на пальцах.
Для разгона идеального (n=1) автомобиля массой (M) в пол тонны (болида "формула 1") до скорости v = 20% от света на половине (k=0.5) волшебно-идеальной дистанции S=10 св.лет,  нужна мощность W двигателя, эквивалентная мощности 13 (ТРИНАДЦАТИ!) двигательных установок авианосцев "Энтерпрайз".

ВДУМАЙТЕСЬ!

Как можно такую мощность поместить в пол тонны (в полноценную ракету)? Какой джадайской матери молиться надо?
И это при том что трасса у нас волшебная, а колеса - идеальные!
Единственный ЗДРАВЫЙ и радикально действинный выход - оставить двигатель дома. А на сам разгоняемый "болид" (массу М) поместить самый минимум. Голый ДВИЖЕТЕЛЬ. По сути "сопло" от двигателя. Или сами "колеса".
Это или световой парус или… (что мы тут сейчас рассматриваем) токовая петля. Все. Идеальней уже не придумать. Снимать нечего.
А 13 "Энтерпрайзов" давно остались дома. Тогда их может  быть и 130. Их масса и мощность  уже теперь непринципиальна (хотя тут возникает вопрос о КПД процесса разгона. Но это другой вопрос).
Понимаете?
А если вы подсовывает нам по пути топливо, то что с этой хренью делать на борту?
ЭТО НЕ РЕШАЕТ НИЧЕГО.
Забудьте сказочки про прямоточники Бассарда и прочие якобы чудесные машины для овладения вселенной. Их нет и не будет.
Ваше топливо надо сжигать. А значит нужна БОРТОВАЯ энергоустановка. Те самые чудесные 13 и более "Энтерпрайзов" на кончике иглы (так сказать). Так нафик нам то топливо сдалось? В баках или по пути?
Все что вы читали по поводу проблем межзвездных перелетов в каких-нибудь книжках или журналах - мычание телят. Я вам гарантирую!
Даже всеми целуемый в попу доклад по "Дедал" - сборище макулатуры.  Исторический раритет. Не более! А относительно свежий проект "Икар" - дурацкая затея. Изначально. "Как вы яхту назовете…" И если авторы проекта еще этого не поняли - они недоумки.
Полный ракетный привод может иметь смысл только на скоростях ниже 0.05с, если все звезды на небе станут молиться. И чем ниже ваша скорость, тем больше смысла. Кубически больше (см. формулу выше). А если вы  все же хотите лететь быстро, вы должны избавиться от массивных частей системы. Оставить дома генератор энергии. А лучше и генератор и разгонщик рабочей массы. Все лишнее - за борт!!! Тогда вы можете наедятся приблизит W/М к тому запредельно большому значению который вам нужен исходя из курса элементарной школьной физики.
Тут все настолько элементарно, что диву даешся, почему это приходится открывать лично, а потом пытаться вбивать в головы людям, которые смотрят на это  (я же вижу!)  как на новые ворота. С явым недоверием.
 

[alex_semenov]

В идеале было бы использовать "природную" энергостанцию вроде звезды. Тогда ещё и затормозиться можно будет по прибытию...

Разумеется хорошо бы! Но природа не концентрирует энергию так, что бы на ней можно было бы разогнаться до долей с.
Вернее не так. Разумеется концентрирует и так. Черные дыры, пульсары, двойные звезды... (в этом смысле мегалактические перелеты выглядят плевым делом). Но в нашей системе таких РЕДКИХ объектов нет. Поэтому все что можно сделать - использовать наиболее дешевый источник энергии для тех же ускорителей пыли, которые будут разгонять кольца.
Тут появляется очень широкий выбор решений. Ведь энергоустановка не ограничена теперь по массе. Оставаться может на том месте где есть недорогая (относительно разумеется) энергия.

Александр, а идея с помещением кольца над магнитным полюсом звезды - плоха и бредова?

А в чем смысл? Я не уловил.  Вообще для ускорителя частиц соседство с Солнцем не из приятных. Поэтому разгонники всяких там пучковых звездолетов и пытаются поместить подальше, где-нибудь за Койпером.

[alex_semenov]

А в чем смысл? Я не уловил.

Магнитное кольцо будучи насаженным на ось природного диполя будет разгоняться (?)

Да, но разгоняющая сила (см выше журнал "Квант") обратно пропорциональна 8-й степени расстояния. Разгонная дистанция будет небольшой. Я думаю. И соответственн скорость. Кроме того. Направлений полета всего два. Что не есть гуд.

[alex_semenov]

Вот подумал как можно нашу петлю использовать для разгона ядерными зарядами. Допустим наша петля летит через стройный ряд килотонных запалов...При взрыве такого запала около 70% энергии превращаеться в ренген. Часть этого ренгена попадает на облачко плазмы или газа непрозрачного для этого ренгена, которое мы предвартельно распылили.  Облачко в свою очередь расширяеться с релятивисткими скоростями и передает импульс парусу.
Вот такой прямоточный взрыволет на магнитной петле..

Кстати. Замечание по поводу сверхпроводников касается и взрыволетов. Я как-то раньше на это не обращал внимание. Ядерный взрыв создает сферу плазмы которая выдавливает поле, которое сжимается и в петле появляется индуктивный ток. Может разорвать!

Кстати, подлетающие кольца будут сталкиваться с петлей намного мягче чем плазма ядерного взрыва. Это очевидно.

Про рентген. Если у вас более 50% энергии в рентгене - забудьте про эту систему. Выкенте из головы. Ее нет. Все!

[alex_semenov]

Сон разума. Какой КПД у рентгеновских лазеров с ядерной накачкой? 10% будет?

[alex_semenov]

Много накрутили. В том числе и полезного... А чтобы что-то сказать, надо прочитать сначала. Осталось 20 страниц... Посмотрим кто кого обгонит, вы с писанием или я с читанием.

Иван, рад вас тут видеть!
Я так и понял, что вы тут тихо появляетесь среди участников потому что читаете с начала и пытаетесь "неводом" отфильтровать все то, что мы тут накрутили с самого начала.
Вы, я так понял, тут новичек.
Форум очень неплохой (что бы я там эпатажно не вякал). Люди попадаются очень даже умные а нравы сообщества вполне достойные. Модератрат ненавязчивый. В идиологических пристрастиях мною не замечен. Когда я сюда пришел тут модератором был Зайцев и Вика Воробъева. Зайцев был резок но и его модеротрат был очень даже либеральным если вы не трогаете его любимого и не впадаете в лженауку и религию. Вика вообще меня тут потрясла своей очень толерантной и вдумчивой манерой рулить.  Но она свои командирские права сдала (как и водится с достойными власти людьми. Власть их обременяет).
Мой опыт показывает что есть три достойных форума. НК, Авиабаза (я там не зарегистрирован но кое-что читал) и Астрофорум.
В отличие от НК у местного "движка" поприятней глазу расцветка (как не странно но это одна из причин почему Робер Ибатуллин отказался на том форуме общаться) и самое главное- тут можно вставлять латексовские формулы. Это очень удобно. Я пробовал то же делать на НК- ухо от селедки! Там  "движок" не понимает  ссылки на такие вот генерированные картинки:



В общем, добро пожаловать!

[alex_semenov]

Сон разума. Какой КПД у рентгеновских лазеров с ядерной накачкой? 10% будет?

в Вике около 8-10 %

Ото ж! Это очень низкий КПД. Хотя на Авиобазе очень долго пытались посчитать проект зонда, разгоняемого по цепочке разеров (рентгеновских лазеров). Но я не понял в чем там была изюминка.

Если читать внимательно замечание, то этот эфект работает(заметен) на очень больших частотах. У нашего паруса с этим делом скромнее. Другое дело ударные нагрузки. Может стоит делать наш парус эластичным...

Ага… Невнимательно. Спасибо что подсказали! Я все хотел найти эту границу раньше. Не знал где. 1E+11 Герц.  Получается что сверхпроводниковая сетка может еще идеально отражать волны длиной до 3 мм. Но на этой границе она превращается в материал с типичным омическим сопротивлением.
Да. Парусу (как и зеркалу взрыволета) такие частоты не грозят. Там всплеск длится  1E-3с. Максимум 1E-5с

А вот что меня в идее кольцетроне действительно озадачило.
 
У вас есть два витка с током. Основной (звездолет) и приближающий  к нему меньший, несущий разгонный импульс. Оси обеих витков совпадают. И ток направлен так, что возникает тормозящая (расталкивающая) витки сила.

Я пробовал ее посчитать.
Сила, действующая на малый виток со стороны большого - сила Ампера, которая пропорциональна произведение вектора В (созданного большим проводником) на вектор тока I (аналогично и обратно со стороны малого на большой) . А теперь если посмотреть как течет ток на разных участках малого витка и как расположены результирующие силы, то мы получается что кольцо не тормозиться, а РАЗВОРАЧИВАЕТСЯ. Это хорошо известно из учебников физики. Магнитное поле В на небольшую рамку с током оказывает крутящий эффект.
Эффект торможения тоже есть. Но он возникает более хитро. Но! Кроме него есть крутящий момент (и нехилый) которые будет разворачивать два магнита разноименными полюсами. Кто пытался соединить одноименными полюсами два магнита знает, что один из них (меньший как правило) все время норовит развернуться и "прилипнуть" к большому.
Верно?
Тут будет тот же эффект? И победить его - никак?
 

[alex_semenov]

Разве что хорошенько раскрутить малое кольцо вокруг своей продольной оси?

А зачем нам два витка?
И кстати да ..гироскопический эфект спасает нас от всех разворотов..

Гм.. Мне это кажется сомнительным. Тормозящая сила должна быть огромна. Масса импульсного кольца  очень небольшой. Крайне небольшой! Что-то в килограммы на последем участке разгона. Значит гироскоп из тонкой проволочного кольца (пускай  в км диаметром) будет очень хилый в сравнении с разворачивающим моментом…

Блин... я уже успел полюбить* эту дурацкую идею...


*("слушай сюда, пацак. я тебя полюбил, я тебя научу!")

[alex_semenov]

Я всетаки не понял, зачем нам два витка?

Один виток - сам звездолет. Скажем 200 км в диаметре (как у продвинутого паруса Зубрина). К нему подвешен корабль и это ДВИЖЕТЕЛЬ разгонной системы.

Второй виток - это посланная вслед кораблю масс со скоростью как правило в два раза большей чем текущая скорость корабля. Это носитель разгонного импульса.
Наша задача - оценить сможет ли корабль на конечном участке разгона (когда его скорость уже близка к 0.2с ) принимать импульс колец несущихся в системе отсчета старта со скоростью 0.4с а в системе отсчета корабля со скоростью 0.2с

Задача выглядит уже не такой тривиальной как казалась изначально…
Вообще говоря, конфигурация догоняющей массы (снаряда) может быть любой. Но она должна максимально подходить для торможения витком корабля (с максимальным КПД передачи импульса). Ну и нельзя забывать, что эту массу нужно еще разогнать в районе старта. Поэтому если бы снаряд был тоже токовой петлей - все бы было логично.

[alex_semenov]

Ответ: не может ни при каких разумных допущениях о характеристиках колец.
В самом деле, эффективный обмен импульсом реален только когда энергия магнитного взаимодействия сопоставима с кинетической энергией налетающего сверхпроводника, то есть
(1/2)mB = (1/2)MV²
где M - масса сверхпроводника, V - его скорость, B - магнитное поле корабля, m - магнитный момент сверхпроводника, созданный полем корабля (например если сверхпроводник сделан в виде шарика радиуса R, m=-(1/2)BR³). Можете посчитать, какое нужно поле, чтобы отразить кольцо, летящее с околосветовой скоростью. Это не гауссы и не теслы, это гораздо-гораздо-гораздо больше.
Все, чего можно добиться в такой схеме, это испарение "снарядов" токами Фуко, что сводит ее к предыдущим вариантам.

Гм… А как тогда подобное поле может взаимодействовать с потоком разрозненных частиц той же массы и скорости? То есть той же суммарной энергии?
В чем разница между разрозненным частицами суммаронй массой M и целостным кольцом массой M?
Интуитивно мне казалось, что правильно упорядоченные частицы (в виде целостного кольца да еще и с током) имеют больше шансов отразиться от магнитного поля чем хаотично движузиеся разрозненные частицы, скажем, после испарения снаряда.
Но получается что разрозненные частицы получают какое-то преимущество? За счет чего?
Интуитивно все должно быть наоборот!
Гм…
 

[alex_semenov]

Александр, пожалуй Эрнесто Боливиано прав. Если я правильно понял, то речь идёт о том, что при большой кинетической энергии налетающее кольцо может «пробить» магнитное поле бортового кольца и разрушить сам корабль. Но это вряд ли. Скорее всего оно само разрушится – разорвётся или испарится.

Я тоже склонен с ним согласиться. Но меня интересуют нюансы. Тонкости и причины неверности моих первоначальных ожиданий. Интуитивно я полагал что у более упорядоченного потока материи и проще отобрать ее энергию чем у хаотичного потока частиц!
Я опираюсь на термодинамическую интуицию! Она у меня либо не верна. Либо мы не видим правильного решения. Мол, есть такая конфигурация снаряда, которая позволяет все же передать импульс кольцу.
А энергия что у кольца массой m что у облака газа массой m несущихся со скорстью v одна и та же. И поле кольца все равно должно держать что то что то.

Кстати, я посчитал магнитный парус на разрыв. Если исходить из параметров Дэнфорта,

Гм… Если речь идет именно о кольце Денфорда (которое действует само на себя) то мне кажется что не все в расчете верно. Напряженность поля берется в центре?  Конечно же получатся сумасшедшие рвущие силы.
Тут надо иметь формулу для кольца, а на не для рамки. В рамке мы имеем два проводника параллельно. Чистый случай силы Ампера. Кольцо - сложней.

Если есть желание помучаться еще и все посчитать правильно, я думаю, надо для начала взять прочность кольца на разрыв со стороны любой силы, приложенной равномерно по всей его длины от центра. Типичный пример - центробежная сила. Я знаю там получается красивая формула в которой сигма зависит только от угловой скорости.
Вот надйо пройтись с самого начала но вывести сигму от F, не вдаваясь в детали что это за F.
Логично?
После этого - следующий ход. Нужно вычислить ту самую распирающую кольцо магнитную силу F что бы подставить ее на место центробежной силы.
У меня мелькала такая мысль. Энергия поля кольца известна.



При этом индуктивност L кольца зависит от R - диаметра кольца L=f(R)
Я приводил ее вот здесь:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,82348.msg1866981.html#msg1866981
Теперь представим, что мы чуть сжимаем распираемое магнитным полем кольцо по радиусу R на dr. Для этого надо совершить работу:



Из этого надо попробовать выкрутить силу, которая   радиально распирает токовую петлю.
Я  все еще надеюсь, что распирающая токовую петлю сила будет не настолько сумасшедшая как у вас…

Рекомендация…
Тут придется дифференцировать L . И обратите внимание. Тут логарифм можно бы было и не трогать (не дифференцировать). Так как Ln(8R/r ) не сильно будет отличаться от Ln(8(R-dr)/r) так как R к r в нашем случае ОЧЕНЬ большое.
Не очень удачно я выбрал обозначения r - это радиус проволоки, а dr - это небольшое сжатие большого радиуса петли R. Совершенно разные вещи. Дифференцируемая переменная как раз R а не r
Надеюсь, разберетесь?

[alex_semenov]

Блин... я тут прикинул. Миллион ампер - это дофига... В квадрате - тем более... Силища рвущая радиально кольцо получается дай боже...
 
Кстати. Тут архитекторы (ирония не злая, сам знаю как все забывается)  спрашивали как натяжение кольца Т относится к радиальной силе типа центробежной или любой аналогичной рвущей  силе F? Я как-то тут по этому поводу мучался с кольцом гигантского взрыволета…
Тоже было жалкое зрелище (вот во истину - смех и грех, кто проектирует звездолеты!)… Ответ готовый, на блюдечке который мне тогда хотелось, а никто не дал (там надо взять плевый интеграл "по кругу"):



Это сила натяжения по кольцу. Так, например, центробежной силы равна:



отсюда считается натяжение, упругость и все прочее (предельная частота вращения, например)...
 В любом случае:



Отсюда для любой радиальной силы рвущей кольцо предел прочности:



Отсталость найти магнитную силу F распирающую кольцо.
Сдется мне что сминающая сила солнечного ветра, на которую указывал наш уважаемый Дядя Федор, такому кольцу что слону - французская булочка… Тут главное - что бы себя от переполняющих магнитных сил не разорвало нафик!

[alex_semenov]

А энергия что у кольца массой m что у облака газа массой m несущихся со скорстью v одна и та же. И поле кольца все равно должно держать что то что то.

Энергия приближающейся массы заряда:
E=(m*V^2)/2
Разделим на время. Тогда получаем
E/t=((m/t)*V^2)/2
Это есть
N(мощность)=(G(расход)*V^2)

То есть, мощность – функция расхода
N=F(G)
Для рассеянного потока частиц мощность будет меньше.
Я думаю, что всё дело в этом.

Гм… Да.. очень здравый логический ход. Но мы тут пока даже не считали именно это. Мощность. Мы сравнивали только энергии. Энергию поля и энергию потока частиц.
Давайте сравним НЕПЕРЫВНЫЙ поток частиц, имеющий  m/t то же значение что и целостное кольцо массой m, прилетающее раз в то же самое t.
В последнем случае пиковая мощность будет на порядки больше. Но энергия сминающая поле (мы ее пока считали) одна и та же.

ЗЫ. Я думаю мы почти нашли ответ. В параллельном расчете. Энергия поля должна быть ОЧЕНЬ высокой. Кольцо под невероятной нагрузкой. Интересно, Зубрин учитывал в своих расчетах это обстоятельство, когда считал свои магнитные чудо-паруса?
А то сейчас выяснится, что и эта идея - гиблая...
 

[alex_semenov]

По поводу разрыва кольца – это, насколько я понимаю, аналогично давлению в трубе. Можно конечно через интеграл, а можно и на халяву.
Так считают трубы на разрыв.
Сопромат, однако. 

Нахаляву конечно же слаще...  Но как проверить что не лоханулся и не нажрался сладкого дерьмеца? Только интегралом!

[alex_semenov]

Похоже, наша токовая петля худо-бедно втиснется в пределы существующих материалов, но у нее будет увесистая несущая жила.

А у меня не очень то и получается.
 
Вот смотрите.
Энергия магнитного поля токовой петли:



Теперь найдем радиальную силу F из энергетических соображений. Мы уменьшаем радиус петли на dR и для этого прикладываем силу, совершаем работу.
Смотрите, если я нигде не нахомутал, то будет так:



Я уже сказал, что скобку с логарифмом можно принять как некую константу k, потому что R много больше r и малое dR практически не изменяет логарифм. То есть дифференцируется только первое R перед скобкой.



Если не намахлевал, то где-то так… Во всяком случае размерность совпадает.
Мю - это ньютоны деленные на амперы в квадрате. В итоге получились Ньютоны.
Вот отсюда можно считать силу рвущую наш парус.

Мю = 1.26E-6 H/А2
I=1000 000 А
R= 10 000 м (пока 20 км в диаметре, скромно)
r= 6 мм =0,006 м

Сила получается 1,03E+07 Н
10 Меганьютон или 1000 тонн!

Стресс или напряжение рвущее кольцо в 2 пи раз меньше  T = 1,64E+06 Н  то есть 167 тонны. Для троса в 12 мм в диаметре да еще из какого-то там сверхпроводника…
Гм.. Очень много…

Одно радует. Для паруса диаметром 200 км  рвущая сила увеличилась  всего до 191 тонна. То есть ~200 тонн. Оно и понятно. Радиус только под логарифмом.
Гм..
Это не противоречит здравому смыслу? Площадь ведь увеличилась в 100 раз!
Кстати. При токе в 100 тысяч ампер рвущая сила всего 2 тонны. Что тоже понятно.

Кто проверит мои шахер-махеры?
Судя по разочаровывающему нас результату - все правильно.

[alex_semenov]

С удовольствием покручу ваши формулы и цифры, но пот… ща… нек…

Я уже попытался сам… Но интересно сравнить с вашей рамкой.
Для проверки.
По сути, результат должен совпадать ДО ПОРЯДКА. Разница в форме петли. У вас примитивная квадратная рамка, у меня - кольцо.  Значит порядок должен быть одинаков.
Единственное. Рамку лучше считать через силу Ампера. Без всяких В в центре. Два параллельных провода действуют друг на друга и рвут перпендикулярные провода на которые они, разумеется не действуют. То же происходит, если повернуть картинку на 90 градусов.
Логично?
Все упрощается до уровня идиота! То есть мой любимый уровень!

[alex_semenov]

Diivanych, натолкнул на достаточно простую идею ОЦЕНИТЬ правильную силу рвущую круглую петлю  заменив ее на гораздо более простую квадратную рамку.

Рассмотрим квадратную рамку с диной стороны равной диаметру круглой петли L = 20 000 м в которой протекает тот же ток I=1 000 000 А. Тогда противолежащие грани рамки будут воздействовать друг на друга с силой, вычисляемой по закону Ампера:



То есть все совсем примитивно.
Дельта L = R И сразу становится ясно что от размеров петли рвущая сила НЕ ЗАВИСИТ (вот и ответ, почему увеличение радиуса петли в предыдущем расчете не сильно изменило силу). Кроме того. Оба токи равны. Поэтому в результате сила между противоположными гранями рамки:



Для тока в миллион ампер получаем… 200 535 Н. То есть 20 тонн-силы… У квадратной рамки не надо пересчитывать радиальную силу в натяжение. Сила между проводниками и рвет петлю по перпендикулярным проводникам…  Каждая пара рвет другую. Тоже получается что рамку раздувает радиально с силой F.
Радостная новость: 20 тонн силы это по-божески… Но плохая в том, что это на ПОРЯДОК меньше чем насчитал я для кольца.
Что же не так?
Где?

[alex_semenov]

Может быть. Но сейчас не об этом печаль.
У нас (у меня) на порядок расхождение в расчете токовой петли которая используется почти во всех наших вожделениях связанных с межзвездными перелетами (магнитный парашют например). И расхождение принципиальное. Если 200 тонн провод в 12 мм не выдержит то 20 тонн - вполне можно надеятся.