Двигатель для межзвёздных перелётов

[SY]

Если брать материалы с меньшей плотностью, то и уходить будет на меньшую глубину. Да и площадь основания сыграет роль, думаю. Плотность строений и плотность пород - разные вещи. У пустотелой по преимуществу конструкции из современных материалов она должна быть низкой. Мне идея нравится тем, что можно реализовать безракетный пуск, хоть постоянным потоком на орбиту. Никакой формулы Циолковского.

У материалов с меньшей плотностью будет меньшая прочность. А так, в теории, предельную высоту сооружения из любого материала легко посчитать зная его прочность в МПа и плотность. Максимум - у алмаза.
Пустотелые конструкции не дадут никакого выигрыша в предельной высоте сооружения. Этим можно воспользоваться только если строишь сооружение высотой существенно меньшей от теоретически достижимой, т.е. когда прочности стен хватает и для удержания самих стен и для удержания перекрытий и прочих архитектурных излишков.

Формулы Циолковского пирамида высотой 100 км тоже не отменяет. Если на ее вершину доставить груз и там его отпустить, то он просто скатится(упадет) к подножию пирамиды. Т.е. первую космическую скорость все равно надо набирать, и причем не вертикальную, а горизонтальную, т.е. никаким рельсотроном внутри Пирамиды ее нельзя будет развить.

[SY]

набора подкачиваемых герметичных газовых подушек

Таким способом можно существенно, за счет силы Архимеда разгрузить первый, а может и второй десяток километров Пирамиды, а дальше все опять упрется в предел пластической деформации материала

[noxx77]

Пустотелые конструкции не дадут никакого выигрыша в предельной высоте сооружения.

Дадут. Например, наддутые конструкции. Прочность на растяжение и на сжатие - разные вещи, если я не ошибаюсь. Тем более, что нижние уровни-баллоны будут держать верхние. Не думаю, что имеет смысл делать выше 40-50км, всё равно, основное сопротивление ниже.   
http://tengrinews.kz/progress/novaya-vavilonskaya-bashnya-kanadtsyi-postroyat-lift-kosmos-279395/

Формулы Циолковского пирамида высотой 100 км тоже не отменяет. Если на ее вершину доставить груз и там его отпустить, то он просто скатится(упадет) к подножию пирамиды. Т.е. первую космическую скорость все равно надо набирать, и причем не вертикальную, а горизонтальную, т.е. никаким рельсотроном внутри Пирамиды ее нельзя будет развить.

Читайте внимательно, с чем спорите, плз! Ещё раз экспозиция текста:

Понятно, что трубу придётся делать не вертикальной, но, если речь о конусе или пирамиде, то почему бы и нет?

Просто придётся планировать так, чтобы труба шла под углом, а в верхней части траектории снаряд корректировать немного ракетным импульсом. К слову, отменить формулу физически невозможно, просто она к неракетным системам неприменима по определению.

[Андрей Курилов]

Дадут. Например, наддутые конструкции. Прочность на растяжение и на сжатие - разные вещи, если я не ошибаюсь. Тем более, что нижние уровни-баллоны будут держать верхние. Не думаю, что имеет смысл делать выше 40-50км, всё равно, основное сопротивление ниже.   

Тем самым вес вышележащих конструкций просто частично перераспределится на стенки. Т.е. получится ненамного лучше (если не хуже).

[Инопланетянин]

Гораздо лучше в качестве первой ступени использовать гиперзвуковой самолёт. До ста км. он взлетит, наверное, начальное ускорение 1-2 км/с создаст, а там собственно ракета отделится и будет разгоняться дальше.

[noxx77]

Гораздо лучше в качестве первой ступени использовать гиперзвуковой самолёт. До ста км. он взлетит, наверное, начальное ускорение 1-2 км/с создаст, а там собственно ракета отделится и будет разгоняться дальше.

Не масштабируется под тяжелые грузы. К тому же 1-2км/с не то, чтобы ни о чём, но выигрыш так себе, учитывая сложности гиперзвука.

[Инопланетянин]

сложности гиперзвука

Сложности стокилометровой конструкции просто не идут ни в какое сравнение со сложностями гиперзвука.

[VimanaPro]

Потому что мотив "я не хочу этот ваш глупый бомболет поколений, я хочу порталы, чтобы как в фантастике - вжик и на месте, а раз было в фантастике и Хокинг предполагал - значит точно будет возможно в будущем, а иначе не стоит и трудиться" звучал здесь не раз и не два.

Вы не правы.
Есть вполне устоявшаяся терминология, в которой нет бомболёта поколений, а есть зауряд-дрынолёт (или Вы так о Молоте Люшифера - предвестнике Берсеркера ?)
 

[Парадоксов Д.]

Тем самым вес вышележащих конструкций просто частично перераспределится на стенки. Т.е. получится ненамного лучше (если не хуже).

Серёга, тракторист наш, для вывода на НОО всяких предметов предлагает вместо громоздкой пирамиды использовать космолифт на нанотрубках.

Тогда вывод на орбиту с последующим разгоном вообще копейки стоить будет.

А там, глядишь, и космолёт прямо в космосе собрать можно будет, на манер МКС.

А двигатель он готов дать от своего трактора.

[alex_semenov]

Зря я поднял эту тему. Да еще и нафилософствовал в ней.

Попробую поправить.
Кто-нибудь задавался вопросом, почему мне понадобилась формула эффективности зеркала такой мертвой идеи как фотонная ракета?



Суть в том что тут два члена. Первый член  - это импульс отраженного потока фотонов (вернее отраженных частиц от зеркала, фотоны - частный случай). Но это - импульс только половины всей излученной мощности. Вторая половина (которая не попала на зеркало и не отразилась, а сферически разлетелась) тоже участвует в создании импульса.
На первый взгляд, как?
"А вот это - правильный вопрос, инспектор!" (с)
Подумайте…
Она участвует через начальный импульс отраженной половины фотонов.
Включили свое воображение?

Задачка про импульс зеркала фотонной ракеты сама по себе очень интересная. В том смысле, что дает ответов больше, чем ставилось в условии.
Особенно интересен второй член формулы.
Например. При угле 180 градусов (полусфера) он становится 0.25. То есть 1/4 от P. Проще говоря. Если бы это было не зеркало, а параболический (или сферический, не суть важно) черный поглощающий экран, то первый член пропал бы. Экран  поглощает импульс неупруго. То есть В ТАКОМ СЛУЧАЕ остается только второй член формулы. И тяга такого экрана была бы не 0.75 (зеркало) а 0.25.
И кстатИ не важно что является носителем импульса. Фотоны или частицы. Для частиц поглощение означает неупругое соударение.
Вот почему Дайсон в "Межзвездный транспорт" когда оценивал скорость истечения для консервативного варианта звездолета (медную полусферу в 20 км диаметром, которая поглощала импульс сфрерически разлетающейся плазмы от 1 мегатонной бомбы) оценивал эффективность такого "зеркала" как 1/4.
(и вот почему я заподозрил неладное в формуле из "ЮТ")
Далее.
Берем плоское зеркало, на которое перпендикулярно падает параллельный луч света с импульсом P. То есть идеальный лазерный парус. Чему равно изменение импульса фотонов? В идеале 2P. Падающий импульс P+, Отраженный -(-P). В сумме удвоенный импульс.
Если это идеальный черный экран, то отраженного члена нет:  P-0=P.
Все остальные более реальные варианты (прозрачность r, поглощение f) вытекает из всего этого.

Px =(1-r)*P- (- (1-r)*(1-f)*P)=P*(1-r)*(2-f)

Это все и без фотонного зеркала ясно.
А вот, еще случай (близкий выше описанному но здесь наша формула зеркала пригодится).
А если идеальный парус (r=0, f=0) отражает свет не зеркально а  ДИФФУЗНО?
Из формулы выше легко догадаться:

Px =P+1/4*P=1,25*P

Почему? А подумайте.

Еще один случай. Плоский односторонний излучатель. Нагретая с одной стороны поверхность. Скажем, раскаленный до красна радиатор. Пускай он по Стефану-Больцману излучает тепловую мощность W. Каков импульс на его поверхность?
Если бы эта мощность излучалась направлено (скажем, лазером) то импульс и был бы:



А диффузно излучающая поверхность радиатора?
Легко догадаться (глядя на нашу задачу) что  1/4 от идеала (модуля).

Отсюда же легко рассчитать и импульс, скажем ИЗОТОПНОГО ПАРУСА и всех подобных систем (антипротонный парус), где носители импульса (альфа-частицы или осколки деления) улетают с поверхности со скоростью v под какими угодно углами (диффуно рассеиваются с поверхности).



Пускай мы определили секундный расход (улетающих с поверхности изотопного паруса площадью S) частиц как dm. Тогда импульс, получаемый парусом:

P = dmv/4

Кстати, о подобных системах.
Попалась тут случайно, буквально вчера:


Fission Thrust sail as booster for high Δv fusion based propulsion



Кто что скажет?

[VimanaPro]

И самое смешное, что их и не будет

Их действительно не будет.
Всё что будет летать, будет летать только до соответствующих гелио(астро)пауз

[bob]

Всё что будет летать, будет летать только до соответствующих гелио(астро)пауз

А почему? Вояджеры, вроде, уже пытаются пересечь. Хотя, до сих пор не ясно, пересекли ли, и есть ли гелиопауза в том представлении, какое у нас есть. В частности недавно вояджер снова попал в струю солнечного ветра, уже над теоретическим пределом паузы.

[VimanaPro]

Всё что будет летать, будет летать только до соответствующих гелио(астро)пауз

А почему? Вояджеры, вроде, уже пытаются пересечь. Хотя, до сих пор не ясно, пересекли ли, и есть ли гелиопауза в том представлении, какое у нас есть. В частности недавно вояджер снова попал в струю солнечного ветра, уже над теоретическим пределом паузы.

А зачем ?
Вояджеры своё отыграли, дальнейшее повторение этого вселенско-автоматического Алена Бомбара уже ничего ни даст ни науке, ни технике, ни СМИ. Затратно, долго, опасно. Гелиопауза - фронтир для леталок, основной траффик - орбита Сатурна

[bob]

дальнейшее повторение этого вселенско-автоматического Алена Бомбара уже ничего ни даст ни науке, ни технике, ни СМИ. Затратно, долго

А, в этом смысле? Согласен. Миссия не может длиться существенно дольше жизни запустившего её поколения. Иначе её никто не будет запускать.

P.S. Ионный двигатель это объективный технический предел в качестве маршевого. Совершеннее невозможно себе представить. А он в теории выдаёт не больше полусотни км/с, а на практике намного меньше.

[VimanaPro]

дальнейшее повторение этого вселенско-автоматического Алена Бомбара уже ничего ни даст ни науке, ни технике, ни СМИ. Затратно, долго

А, в этом смысле? Согласен. Миссия не может длиться существенно дольше жизни запустившего её поколения. Иначе её никто не будет запускать.

А Вы о чём подумали ?

[bob]

А Вы о чём подумали ?

Мне почему-то показалось, что Вы усмотрели какие-то неизвестные мне угрозы для аппаратов дальше гелиопаузы. Ну, показалось. Бывает. 

[VimanaPro]

А Вы о чём подумали ?

Мне почему-то показалось, что Вы усмотрели какие-то неизвестные мне угрозы для аппаратов дальше гелиопаузы. Ну, показалось. Бывает. 

Основные угрозы до зевоты известны:
- КИ, GRB, пыль, микро и макрочастицы (длительное действие на время перелёта)

[alex_semenov]

P.S. Ионный двигатель это объективный технический предел в качестве маршевого. Совершеннее невозможно себе представить. А он в теории выдаёт не больше полусотни км/с, а на практике намного меньше.

Меня удивляет стойкость отдельных стереотипов.
Ладно это сказал кто-нибудь иной.
Но вы Боб!!!

Ну причем тут удельный импульс (скорость истечения)?
Ионный двигатель ЛЕГКО мог бы выдать и 1000 км/с и 5000 км/с (дальше уже будет сложей но тоже, видимо можно и до 30 000 догнать).
Ионный двигатель куда проще создать, скажем на 100 или 500 км/с чем на 50 км/с (при той же тяге, например!). Потому что для межпланетных перелетов достаточно и 50 км/с.
500 км/с погоды в экономии РАБОЧЕЙ МАССЫ не сделают. И при 50 она более чем приемлимая. А вот энергии ионник с УИ 500 км/с сожрет в 100 раз больше чем тот что выдает 50 км/с (при той же тяге). Но уменьшать для ионника УИ c сохронением тяги означает пропорционально увеличивать  секундрый расход рабочей массы в нем. А это значит прокачивать через сетку за единицу времени в 10 раз больший ЗАРЯД, который сам себя экранирует (закон 2/3). Тут на пути получения необходимой нам тяги возникают непреодолимые проблемы и подвиг мысли по выходу из него (использование, например эффекта Холла).
Понимаете?
Разработчики передовых ионных двигателей борются не за увеличение УИ а именно за его уменьшение!
Ибо высокий УИ жрет на межпланетных трассах энергию сверх всякой разумной меры.
Но при полете к звездам этой проблемы НЕТ.
Напротив. Там нужен именно высокий УИ.

Что НА САМОМ деле ограничивает ионные двигатели (как межзвездную тяговую систему)? Удельная мощность ВСЕЙ УСТАНОВКИ.
Ионный двигатель это не только сам двигатель но и генератор тока, реактор, преобразователи, радиаторы. Если все это вместе собрать то получается что имея возможность выдать какой угодно УИ (да хоть 10 000 км/с!) вы не можете выкрутить удельную мощность для своего корабля сильно больше 100 Вт/кг при всем желании.
Мы тут обсуждали рекордный проект в 4000 Вт/кг с изотопным источником (который для звезд не подходит).
Это скорей всего действительно предел.
Если у вас нет проблем с выбором УИ (а у ионника ее нет) то только удельная мощность НАПРЯМУЮ и ограничивает ваш звездолет по времени перелета к звезде-цели.
Еще раз показываю рожденную тут AlexAV оценку-икону (перелет с постоянно включенным двигателем):



Смотрите. Видите? W - та самая удельная мощность (притом полезная, мощность собственно реактивной струи). Тут везде есть минимум (оптимум). Подбором УИ ионника его можно добиться. Тех самых км/с "которых в теории выдают не более полусотни"
Да сколько надо столько и выдадут!
Легко выдадут!
Это полусотню им тяжело. А сотню и тысячу - не сложно!
Откуда этот бред что ионникам тяжело наращивать УИ? Из каких ИНТЕРНЕТОВ?
"Дурака растим!Дурака лелеим!!!!" (с)
Вот вам теория из далеких уже незамутненных маразмом современности веков, 60-х. От  Романа Перельмана (1962-й "Двигатели галактических кораблей").



Рис. 14. Зависимость скорости истечения рабочего тела от величины ускоряющего напряжения и массы частиц (пунктиром очерчена область целесообразного применении ионных двигателей)
1 — водород (μ=1); 2 — натрий (μ = 23); 3 — свинец (μ = 207); 4 — цезий (μ = 133); 5 — ртуть (μ = 200); 6 — уран (μ = 238)

Проблема ионника не в МИФИЧЕСКОМ ПРЕДЕЛЕ скорости истечения.
Проблема в удельной мощности двигателя (вернее пустого звездолета). Если вы получите для всего звездолета инженерно НЕМЫСЛИМУЮ удельную мощность в 10 000 вт/кг то доберетесь до  А-Центавры за 400 лет. Долго? Увеличьте энерговооруженность системы до 100 000. Доберетесь в два раза быстрее. Сможете? Будете победителем!
Но скорость истечения тут ни причем!
Еще и еще ра.
Не надо повторять общепризнанный бред!

Для ионного двигателя лимитирующим фактором является не скорость истечения рабочего тела, а удельная мощность звездолета.

А вот где действительно скорость истечения нас сильно ограничивает - так это в бомболете.



Тут горе как раз совсем противоположное. То о котором говорите вы. Нельзя выжать оптимальную скорость истечения (для каждого срока перелета есть ОПТИМАЛЬНАЯ скорость истечения. Идея что чем выше скорость, тем лучше - еще одна бредятина кочующая в головах неофитов уже 50 лет!!!). Для бомболета (это его конек!) удельную мощность можно получить какую угодно (ну почти!). А вот скорость истечения (и вытекающие из ф. Циолковского массовое число) нас в скорости перелета ограничивает сильно раньше чем нам хотелось бы.
И получается по-сути мистика. Что РЕАЛИСТИЧНЫЙ бомболет что РЕАЛИСТИЧНЫЙ ионник в самом лучшем случае доберутся до А-Центавры за примерно 1000 лет (с хвостиком).
Каждая система ограничена по-своему. Но результат - один. Что как бы намекает.

Хотя теоретически добиться вожделенной 0.1с можно на ядерной и термоядерной энергии как бы легко. Чисто энергетически тут нет ограничений. Скорость разлета тех же осколков деления U-235  почти идеальна для корабля со скоростью перелета в 0.05с-0.1с. Нашелся бы способ напрямую эту скорость использовать! Разумеется при этом нужно не забывать, что бы СПОСОБ позволял дбится И невиданной для известных систем удельной мощности. И поэтому я время от времени и бросаюсь на всякого рода "паруса". Они (в силу своей раскатанности в пространстве) как раз дают надежду добиться огромных удельных мощностей.

Поэтому я и вбросил статью про очередной "парус" на растерзание. Чем черт не шутит?

[Кремальера]

Поэтому я и вбросил статью про очередной "парус" на растерзание

Больше всего позабавило в англо-язычной ссылке что авторы статьи по изотопному парусу,раскатали губу на российский оружейный плутоний и высокообогащенный ураний и знают их количество вплоть до тонны.В самой работе все более-менее продуманно и просчитанно.Но сама идея смахивает на попыку приделать плитцевые колеса каботажного жабодава океанскому клипперу.Но меня радует что новые работы(двух-трехлетней давности) вообще начали появлятся.Ибо после Фрисби в теме воцарилась нервозная тишина.Что же до самого двигателя и движителя,в прошлый уикенд я изрядно "перечитывал пейджер,и много думал.."Так вот этот изотопный парус с неуклюжей обвязкой танками дейтерия,конечно не от хорошей жизни.Но пока это терпимо.Ибо в реале скорей всего первым МП будет все же беспилотный флай-бай.Причем парусный и вероятно микроволновый.А вот пилотируемой миссии  уже будут нужны "плитцы".Т.е. экипаж запихнут туда где он хоть как-то сможет повлиять на свою судьбу,и здесь уже нужно неистовое фонтанирующее воображение,т.к. рисовать себе придется не всякие там виверн-джеты, а ловушки и двигатели на антиматерии и прочий праздник.

[bob]

Понимаете?
Разработчики передовых ионных двигателей борются не за увеличение УИ а именно за его уменьшение!
Ибо высокий УИ жрет на межпланетных трассах энергию сверх всякой разумной меры.

Не-а. Не понимаю. УИ это в том числе показатель экономичности. Чем выше УИ, тем выше и к.п.д. Тем меньше тратится рабочего тела на достижение необходимой скорости. А вот в том, что для повышения скорости истечения из ИЯРД требуется более высокая МОЩНОСТЬ, это, в общем, факт тривиальный. Здесь соглашусь. С компактными радиоизотопными энергоисточниками  высокой мощности достичь нельзя. Так что не надо мне рассказывать про некую "борьбу за понижение УИ". Работа конструкторов как раз всегда сводится к попытке сбалансировать УИ и мощность. Борьба идёт не за понижение УИ, а за снижение массы и стоимости двигательной установки при максимальной экономичности. Да, сейчас АМС с ЭРД летают со скоростями, не превышающими скорость обычных термохимических ракет с ЖРД именно ради компактификации и снижения стартового веса аппаратов. И речь действительно идёт не о попытке достигать высоких скоростей, а о необходимости летать с минимальными скоростями при меньшей массе двигателя с рабочим телом.