Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Нашла у себя ошибку.Орбитальные скорости, вычисленные для пары белых карликов - это их взаимные орбитальные скорости (т.е. скорость одного белого карлика относительно второго). Относительно центра масс системы скорости будут в 2 раза ниже. Т.е. гравманевры даже у тесной пары белых карликов с трудом дадут 1 тыс. км/сек

А вот... все становится на свои места... Спасибо Вика! Вы все равно умница!
Почему я сказал "на свои места"? Потому что с годами выработалось "чутье" на ЦЕНУ шары у самой госпожи Вселенной... И гравманевр, вами анонсированный у моего чутья вызвал интуитивное сомнение... не слишком ли ДЕШЕВО?
Но в любом случае ЭТО НАДО РАССЧИТАТЬ! Учесть. Как все возможности. Мы же (вернее я) здесь пытаемся не просто найти способ долететь до цели. Я лично пытаюсь исследовать ВСЕ ПОЛЕ возможных решений. В частности меня интересует вопрос: насколько сложно организовать ЭКСПАНСИЮ организованной материи по Галактике.

[vika vorobyeva]

Для межгалактических перелетов можно разгоняться на звездах шарового скопления. Тем более что в центре такого скопления должно быть некоторое количество нейтронных звезд и (возможно) черных дыр звездной массы, в том числе в тесных парах с высокой орбитальной скоростью.
Еще есть такая штука, как гиперскоростные звезды со скоростями вплоть до 700-1000 км/сек. Но их, правда, всего пара десятков на Галактику. Кому-то может повезти

[alex_semenov]

Правда, остается вероятность, что я чего-то недопонимаю в гравманеврах. Я так и не врубилась, почему максимальное приращение скорости у Юпитера достигает 43 км/сек, а не 26 км/сек (удвоенная скорость Юпитера по орбите вокруг Солнца). Может, тут еще как-то орбитальная скорость Земли участвует? Буду благодарна, если кто-то это на пальцах объяснит.

Гм... я, кстати, не обратил внимание на это... Возможно речь идет об КОНЕЧНОЙ скорости корабля? То есть не о приращении а об АБСОЛЮТНОЙ конечной скорости которую можно получить маневром у Юпитера (то есть вводится ограничение на скорость приближения к Юпитеру)? Ведь чем быстрее подлетает корабль к массивному объекту, тем (как мне кажется) меньший угол разворота можно получить (при прохождении от планеты на той же высоте). Хотя все это  - мои домыслы.

[alex_semenov]

Для межгалактических перелетов можно разгоняться на звездах шарового скопления. Тем более что в центре такого скопления должно быть некоторое количество нейтронных звезд и (возможно) черных дыр звездной массы, в том числе в тесных парах с высокой орбитальной скоростью.Еще есть такая штука, как гиперскоростные звезды со скоростями вплоть до 700-1000 км/сек. Но их, правда, всего пара десятков на Галактику. Кому-то может повезти

Ясно кому. Тому кто КОЛОНИЗИРУЕТ Галактику - тому и повезет. Бессмысленно лететь в соседнюю звездную систему, не колонизировав свою собственную. Это как осваивать Луну не освоив Америку и Австралию.
Но людей мало волнуют сейчас межгалактические полеты. Их даже не волнует возможная динамика "волны разума" (что нам с вами тут интересно). Их волнует вот что. Если завтра (в смысле "завтра") где-то поблизости (порядка 25 св. лет) найдется живая планета (а я уверен что до конца моей жизни эти ожидания не будут опровергнуты, даже если Мазур прав) то как до нее добраться нам любимым?!!! Здесь и сейчас!!!
Как же я этих нетерпеливых недорослей понимаю!!!
Более того. Я им завидую!


ЗЫ
Кстати. Не обязательно только для межгалактических. Посмотрите на нашу Галактику с торца:



Шаровые скопления - обычное явление вне диска Галактики. А ведь эта переферия - тоже НАША галактика.
То есть, все это как бы намекает, что Природа коварна, но не злонамеренна!
Верно?
Все упирается в ирландскую мудрость (озвученную Иваном): когда бог создал время...
1000 лет перелета...
Способна ли высокоорганизованная материя такое пережить? Вот в чем вопрос!
По-сути "цена вопроса" в этом. Не в ТераВаттах или ПетаДжоулях, а в тысяче лет... "терпения" (ожидания) в холодной пустоте или  миллионах лет (для пекулярной экспансии) в родной среде (что, возможно, сравнимо по сложности).

[ВадимZero]

Я так и не врубилась, почему максимальное приращение скорости у Юпитера достигает 43 км/сек, а не 26 км/сек (удвоенная скорость Юпитера по орбите вокруг Солнца).

Для нептуна 16,73 при орбитальной скорости 5,4349 км/с.

[vika vorobyeva]

Я так и не врубилась, почему максимальное приращение скорости у Юпитера достигает 43 км/сек, а не 26 км/сек (удвоенная скорость Юпитера по орбите вокруг Солнца).

Для нептуна 16,73 при орбитальной скорости 5,4349 км/с.

Вопрос - почему?
За счет чего появляется дополнительный выигрыш?
И нельзя ли этот механизм приспособить для разгона на тесных парах белых карликов?

[alex_semenov]

Тут естественным образом возникает идея совместить разные шары…
Мол, если каждая не дает нужного результата…
Но суть вот в чем.
Нам не хватает ПОРЯДКА. Мы получаем 0.01с (в лучшем случае) а хотели бы 0.1c
Но складывая разные "шары" мы их действительно в лучшем случае можем только сложить. Например:

0.01+0.01=0.02

Качественного роста на нужный нам порядок не получается. А вот технические сложности растут комом.
Хотя…
Например не вижу ничего невозможного в совмещении маневра Оберта (дает 300-600 км/с) с выстрелом парусом (дающим, скажем 1 000-2 000 км/с.). Ведь парусу все равно нужен МАССИВНЫЙ окультер, теневой щит. Почему это не может быть ступень в духе "Орион" которая при приближении к Солнцу по Оберту подразгонятся, а потом выбрасывает вторую ступень - парус…
Хотят тут надо смотреть. Как мне кажется вектора перпендикулярны… Но в любом случае 600 км/с возможно имеет смысл для 1000 или 2000 км/с но уже возникают сомнения, стоит ли с этим возиться для паруса, способного развить, скажем  3000 км/с. Тут довесок от Оберта, возможно погоды не сделают. А проблем добавит…

Можно ли совместить три "шары" (Парус+Оберт+ Гравманевр)? Как мне кажется, в особых случаях- может быть. Но вряд ли овчинка будет стоить выделки. И все потому, почему я сказал сразу. Нам не хватает не разов а порядков... В этом - суть нашего "горя".
Мы (уже) готовы лететь к звездам 100 лет. Но все расчеты показывают, что реально можно только за 1000... 

[alex_semenov]

Вопрос - почему?

Вика, это ПРИРАЩЕНИЕ скорости? Или конечная скорость (после самого крутого маневра у этой планеты)?
Вот что, я думаю, надо выяснить для начала.
Мы возможно эти цифры не так понимаем. Где вы эти чудестные цыфры (для юпитера, нептуна) вообще берете, можете показать место?

[vika vorobyeva]

Вопрос - почему?

Вика, это ПРИРАЩЕНИЕ скорости? Или конечная скорость (после самого крутого маневра у этой планеты)?
Вот что, я думаю, надо выяснить для начала.
Мы возможно эти цифры не так понимаем. Где вы эти чудестные цыфры (для юпитера, нептуна) вообще берете, можете показать место?

Это именно приращение скорости.
Брала отсюда, там и разбор теории, и таблица с макисмальными приращениями скоростей у планет Солнечной системы:
http://crydee.sai.msu.ru/Universe_and_us/4num/v4pap2.htm

[alex_semenov]

Это именно приращение скорости.Брала отсюда, там и разбор теории, и таблица с макисмальными приращениями скоростей у планет Солнечной системы:http://crydee.sai.msu.ru/Universe_and_us/4num/v4pap2.htm

Гм... Да. Я когда-то читал это... Гм... а действительно...
Но вы же понимаете что для такого приращения НЕТ реального источника энергии?
Как ни крути - реальное приращение тут возможно только по совершенно тупому закону сохранения ипульста (распределению скростей).
Мелкий шарик сталкивается с крупным...  Еще проще. Шарит стучится об стену. При этом он меняет направление скорости, а модуль скорости остается тот же. Если же стена наползает на шарик со скростьют u, то шарик отскочит от стены, приобретя по модулю +u. И ничего больше получить нельзя!
Тут наверняка суть - в интерпретации "приращения".
Вот еще догадка.
Помимо импульса тут еще и гравитация. И она (смотрите в форумлу) там завязана.




Чем больше М, тем больше dV.
Видите?
Может "абсолютное приращение" тут с учетом гравиационной ямы? А по выходу из нее мы получим гораздо меньше (по закону бильярда).
Там же есть и такой (наглядный) график:



Это скорость "Врядждера". Так вот, может приращение в таблице Левантовского это как раз разница между пиком скорости (у каждой плалеты) и скоростью вхождения? То есть с учетом падения в грав яму?
Например у Юпитера "Вояджер" входил со скоростью порядка 10 км/с. На пике она стала 27 км/с (смотрите на график). В итоге Прирощение 17 км/с. Но потом, по мере выхода из грав. ямы уже  на подлете к Сатурну у него скорость упала до 17 км/с. То есть, если эти 17 км/с считать скоростью Вояджера  "на бесконечности" (по выходу из грав. ямы тела) то мы получаем абсолютный прирост скорости 7 км/с.
Я скорей поверю в это. Тут неверное понимание "приращение скорости". Иначе мы получаем мистику.

[ВадимZero]

Например у Юпитера "Вояджер" входил со скоростью порядка 10 км/с. На пике она стала 27 км/с (смотрите на график). В итоге Прирощение 17 км/с. Но потом, по мере выхода из грав. ямы уже  на подлете к Сатурну у него скорость упала до 17 км/с. То есть, если эти 17 км/с считать скоростью Вояджера  "на бесконечности" (по выходу из грав. ямы тела) то мы получаем абсолютный прирост скорости 7 км/с.
Я скорей поверю в это. Тут неверное понимание "приращение скорости". Иначе мы получаем мистику.

Если бы не гравитация солнца, скорость осталась бы 27км/с. У тесных двойных такой проблемы не будет.

[alex_semenov]

Если бы не гравитация солнца, скорость осталась бы 27км/с. У тесных двойных такой проблемы не будет.

Нет! Видно что падение скрости (после пика у каждой планеты) вызвано не Солнцем а гравитацией каждой из планет (это по графику ясно как день!). Так что Солнце тут совсем не причем. Вернее влияние Солнца хорошо видно у послендин планет. Сатурн, Уран, Нептун. Там скорость падает полого. Это - Солнце. Но у каждой палнеты было резкое падение вниз. Это гравитация планет.
То что вы считаете - это высота столбика. Абсолютное приращение при падении в яму. На пике.
И не надо себя обманывать!
(вот это Вадим и называется совесть, научная чесность, когда хочеться... А НЕЛЬЗЯ!!! Совесть, мировоззрение, целостность картины мира не велит!  )
Грав маневр берет энергию ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО из обмена импульсами (из закона сохранения импуьса, вернее из необходимости сохранить и импульс и энергию) и никакого иного источника энергии нет И БЫТЬ НЕ МОЖЕТ!

[ВадимZero]

Абсолютное приращение при падении в яму. На пике.

Вики и прочие источники врут по вашему, о максимальном прощении скорости за счет пертурбационного маневра? Выдавая скорость внутри гравямы за скорость на выходе.

Но у каждой палнеты было резкое падение вниз. Это гравитация планет.

Резкое падение могло быть связано с понижающим скорость грав маневром.

[shuricos]

Я так и не врубилась, почему максимальное приращение скорости у Юпитера достигает 43 км/сек, а не 26 км/сек (удвоенная скорость Юпитера по орбите вокруг Солнца). Может, тут еще как-то орбитальная скорость Земли участвует? Буду благодарна, если кто-то это на пальцах объяснит.

Ваша (и моя) ошибка была вот здесь:

Если взглянуть на формулу приращения скорости dV = 2 v_вх sin фи/2 видно, что в идеале мы можем увеличить скорость на 2vвх, т.е. на удвоенную скорость движения компактной звезды.

V_вх - это не скорость объекта, возле которого мы разгоняемся (планета или звезда), а скорость аппарата (корабля или АМС).

Вот цитата из приведённой Вами ссылки:

приращение скорости dV=2*V_вх*sin(Фи/2)

оказывается максимальным, когда v_вх равно круговой скорости у поверхности планеты. При этом угол Фи становится равным 60°

[vika vorobyeva]

Ваша (и моя) ошибка была вот здесь:

Если взглянуть на формулу приращения скорости dV = 2 v_вх sin фи/2 видно, что в идеале мы можем увеличить скорость на 2vвх, т.е. на удвоенную скорость движения компактной звезды.

V_вх - это не скорость объекта, возле которого мы разгоняемся (планета или звезда), а скорость аппарата (корабля или АМС).

Это одно и то же.
v_вх - скорость "на бесконечности" корабля относительно компактной звезды. Но если мы сидим на этом корабле, то v_вх - это скорость самой звезды, пролетающей мимо! В первом случае система отсчета связана со звездой, во втором - с кораблем. Модуль взаимной скорости при этом один и тот же.
Не, засада в чем-то еще.

[Dem]

тем (как мне кажется) меньший угол разворота можно получить (при прохождении от планеты на той же высоте). Хотя все это  - мои домыслы.

Именно что - "на той же". А вот ускорение на минимальной высоте на которой можно пройти не зацепив атмосферу - зависит уже от собственной массы объекта. Потому как масса пропорциональна кубу радиуса для однотипных.

[shuricos]

Это одно и то же.

А что же тогда V_пл?

[alex_semenov]

Блин! Все не так!!!! 
Ошибка (у меня) как всегда, "в самом надежном" месте рассуждений!
 
Еще раз смотрим ПРОСТЕЙШИЙ СЛУЧАЙ маневра с авторитетной англоязычной вики:



Не U+v, а 2U+v. Кстати, а почему так - это задачка для 8-го класса про соудоряющиеся шары, кажется...
Надо решать!
 

"О сколько нам открытий чудных, готовит провсещенья дух!..."
 

[alex_semenov]

"Ну что хохлы прищурились?" (с)
 
Действительно 2U!!! Физику сдал уже много лет назад... а ведь дурак таки и не уловил такую ТОНКОСТЬ! Хотя очевидно же! Скажем, играя в тенис... вы бьере подлетающий мячик и... он летит не просо  u+v (скорость мячика плюс скорость руки). Он отлетает явно быстрее  ЖЕ!!!
И все по той же причине.
Сохранение импульса и сохранение энергии!
Общий случай упругого соударения для двух шаров массой m₁ и m₂, скорость шаров до соударения  обозначаем v, скорость шаров  после соудорения u
Должен сохраняться импульс:



И должна сохранятся энергия:



Но! Мы рассмотрим несколько более простой случай.
Если легкий шар m₁ покоился (его импульс и энергия до соударения равнялись 0) а его ударил тяжелый шар m₂ на скорости V (так мы ее и будем обозначать, прость V) то какова будет скорость легкого шара u₁ после удара?
При этом мы вот как запишем массы.
Масса легкого шара m, а масса тяжелого km. То есть, k - показатель во сколько раз тяжелый шар тяжелее легкого. Улавливаете логику? Записываем с учетом всего этого  систему уравнений:




Решение я опускаю. Итог:



Теперь срабатывает рояль в кустах. k.
Наша планета или звеза в миллионы миллионов раз тяжелее маневрирующего корабля.
То есть, можно условно счиать что k равно бесконечности, а значит 1/k = 0.
Тогда для нашего корабля формула квадратного уравнения вырождается:



Уравнение верно либо если u₁=0, либо u₁=2V

То есть, если некое легкое тело покоилось и на него налетело тяжелое (во много раз более тяжелое) тело со скоростью V (а на рисунке выше U)  то покоящееся легкое тело отлетит на скорости 2V ( 2U).
Ну а если наше легкое тело при этом еще и двигалось со скоростью v, то мы и получаем в итоге v+2V (или v+2U, если как на рисунке).



Блин, ну я и ДВОЕЧНИК!!!     
Я вроде когда-то (теперь смутно припоминаю) даже это ФАКТ знал! Но забыл! Совсем старый стал! 

[alex_semenov]

Кстати, повод вспомнить о еще одном очаровательном "двигателе" для звездолета.

Кто подскажет с чьим именем связана эта задача?
Не помню где  о ней читал…
Мне запомнилась она как "шары Эйлера". Но гугл ничего не дает.
Значит я ошибся.

Суть в чем? Наше k совсем не обязано быть  миллионы миллионов. Достаточно тяжелому шару, скажем, быть в 100 или даже в 10 раз тяжелее легкого. Тогда (1+1/100) будет не сильно отличаться от 1 (1.01 или 1.1). И в итоге скорость меньшего шара будет почти в 2 раза больше скорости тяжелого.
А теперь представьте себе ряд покоящихся шаров, типа "колыбель Ньютона".



НО! Шары у нас не одной массы, а каждый следующий в 10 (или 100) раз легче (ну не помню я там во сколько раз было у отца эпохи просвещения, возможно оговаривались размеры?). Тогда если самый тяжелый шар ударит всю последовательность уменьшающихся шаров на скорости 1 м/с, то с какой скоростью полетит последний, n-й?

Ясно, что каждый следующий - считай, удвоит свою скорость. Значит последний полетит со скоростью 1*2^n.
Ну и теперь работает принцип экспоненты. Так если число шаров будет всего 28 штук, то скорость последнего шара (в классической механике, естественно) составит

268 435 456 м/с

Что составляет 0,894… от скорости света.
Правда и тяжелый шар должен быть в 100^28 (или 10^28) раз тяжелее самого последнего.
Но нам ли быть в печали… этого бояться?
В общем…
Двигатель звездолета ГОТОВ!