Двигатель для межзвёздных перелётов

[Old Enginner]

Видимо пора поставить все на свои места:
1. Задача как привести звездолет в ускоренное движение.
2. Как уберечь экипаж от недопустимых биологически опасных перегрузок.
3. Как при этом минимально избежать потери стартовой массой звездолета.
Я все правильно понял?
Алекс, Ваш ход.

[Old Enginner]

Если оба события длятся очень короткое время t, то удар (перегрузка на механизм принятия реакции импульса, сила) АБСОЛЮТНО одинаковые.

Одинаковы они доли секунды, пока идет пластическая деформация несущей конструкции от удара, а вот потом...и давайте по-пунктам, которые я Вам выше предложил. А то у Вас люди отдельно, и движки отдельно. Не конструкторский подход 

[alex_semenov]

много мелких бонбов взрывать

КПД очень низок и очень много радиоактивных отходов, нужны термоядерные взрывы мегатонного класса.

Да. В целом лучше иметь бомбы побольше. Масса плутония в триггерах остается постоянной, что для 100 кт что для 1 мт. А доля плутония на килотонну энергии в последнем случае меньше.  Поэтому Орион лучше бы иметь побольше!

Кстати, если взрывать подальше, то и плазма подлетая к толкателю размажется по времени сильнее, импульс ее прихода растянется, ударная нагрузка (перегрузка) на принимающий импульс элемент поменьше...  Хотя если скорость истечения огромная (по сравнению с межпланетным Орионом) то это все - мертвому припарки...

[SY]

А у взрыволета это не лечится никак.

А пробовали рассчитать атомный реактор на БН с топливом в состоянии плазмы, и в форме бутылки с неглухим горлышком, с магнитным удержанием плазмы?
Или не удастся достичь критической массы даже для камеры в несколько куб.километров?

[Old Enginner]

КПД очень низок и очень много радиоактивных отходов, нужны термоядерные взрывы мегатонного класса.

Ну если искусственно назначить массу звездолета так, чтобы мегатонны были "мелким зарядом" (мы же фантазируем - почему собственно нет?) то и нехай себе
Почему-то все время приходит на ум навязчивая фиксация "Падающей Звезды" Гарри Гаррисона, к чему бы это? 

[SY]

Есть еще один амортизатор-демпфер уже на  самой плите (и субплита в 10-100 раз легче основной плиты),

Какое же ускорение испытывает эта малая субплита? Не превысит ли давление(лучше выразить в МПа) предел прочности материала?

[Old Enginner]

Какое же ускорение испытывает эта малая субплита? Не превысит ли давление(лучше выразить а МПа) предел прочности материала?

Тут скорее лучистые дела ее испарят. Прочность создать - не сложно, а вот температуру плавления - не изменишь - хоть тресни.

[elind]

Думал об этом. Огромная проблема - импульс рентгеновского излучения. Сетки же состоят из тончайших нитей и никакая абляция здесь недопустима. Поэтому - формально можно, но потребует очень больших радиусов сеток значительно удалённых от заряда (как из-за того, что плазма должна достаточно расшириться, чтобы её дебаевский радиус стал приемлемым, так и чтобы рентгеновский импульс не разрушил сетку). Причём похоже, что проблема с рентгеновским импульсом здесь даже сложнее, чем с плотностью плазмы.

Изготовьте нити сетки из микронных углеродных волокон. С путём половинного ослабления в углероде, для рентгена 2-3 кэВ, 0.1 мм, в нити выделиться меньше сотой доли падающего излучения, притом, что скачок температуры до 3000 К они переживут нормально.

Откуда?
Швингеровский пробой начинается в полях ~1010 МВт/см, а у нас они не будут выше 1-2 МВт/см, т.е. на 10 порядков ниже.

Рождение пар в таких полях, это действительно бред, но вот притяжение сеток друг к другу убивает всю конструкцию.
Напряжение между сетками 20 МВ, расстояние - два радиуса Дебая (можно и больƒше, но потенциал плазмы будет "усредняться" на расстоянии РД от каждой сетки, и напряжённость вблизи сеток ниже не упадёт, ну, почти, если учитывать экспоненциальные хвосты).

При РД 10 см имеем напряжённость возле сеток тот самый  1 МВт/см, и притягиваться они будут с силой 8.85*10⁴ Ньютонов на квадратный метр площади - почти целая атмосфера (что, кстати, ставит под сомнение дебаевское экранирование в таких полях). выдержит ли микронная сетка такую нагрузку, и сколько будет весить вместе с распорками (при диаметре сеток 3 км, и органопластике, как материале распорок, минимум 1000 тонн, проблемы изоляции временно не учитываем)

Ну давайте прикинем: разность потенциалов 20 мег без заметной поверхностной утечки (лучшая керамика/фторопласт) ....эээ...  - это по нормам СНИП ЛЭП...400 метров минимум в земной атмосфере. Дальше считать будет?Чтобы избежать заметных утечек (тока) между сетками этой "конструкции" - расстояние между ними должно исчисляться километрами...Прим. Только между нами: мегавольты молнии - прошивают с посвистом километры Земной Атмосферы (воздух - неплохой изолятор), а тут вакуум - замечательная среда для переноса заряда 

А ничего, что молнии - прошивают с посвистом километры Земной Атмосферы, а пробой воздуха происходит при напряжённости поля 3-0.05 МВ/м (сухого-влажного), откуда и ваши 400 метров, а в вакууме именно разряд происходит при напряжённости поля от 1 ГИГАВОЛЬТ/м и выше, а токи утечки пропорциональны плотности межзвёздной плазмы, которая не составит и атома на сантиметр кубический. А все вакуумно-силовые приспособы с сотнями ампер тока либо работают в парах ртути, либо имеют чуть ли не квадратные километры площади специально сконструированного катода, раскалённого до тысяч градусов, производящего тучи электронов, или, таки, работают с ГВ/м напряжённостью, пусть и сконцентрированной на атомарного диаметра остриях.

[Old Enginner]

либо имеют чуть ли не квадратные километры площади специально сконструированного катода, раскалённого до тысяч градусов, производящего тучи электронов,

Покажите мне электронно-вакуумный прибор, имеющий площадь катода - километры. Заодно с градусом накала выше соломенного свечения. Обычная альба при 1100-1200К легко дает 2-3А/кв.см.

[SY]

...в вакууме именно разряд происходит при напряжённости поля от 1 ГИГАВОЛЬТ/м и выше, а токи утечки пропорциональны плотности ... плазмы...

Откуда такие глубокие познания? Но это так, лирика.
Фактическая(не вдаваясь в теорию) сторона дела такая:
Пробоем в вакууме называют лавинообразное нарастание тока в промежутке между электродами, все такие пробои начинаются по-разному, но заканчиваются одинаково - образованием плазменного канала между электродами и падением напряжения между электродами, что затрудняет определение механизма пробоя в каждом конкретном случае. При напряжениях менее одного 1МВ механизмов пробоя очень много и все они описываются разными законами. После примерно 1.2 МВ все, похоже, сводится к одному основному механизму, и здесь все очень печально(см.Рис ниже).
Помимо пробоя присутствует ток холодной эмиссии, который даже без пробоя будет весьма существенен при таких площадях и напряжениях. Это туннельный ток и с ним практически не возможно бороться, только увеличивая зазор можно его как-то уменьшить.
Но применительно к КА все еще хуже, на первую роль выходят пробои по следам плазмы от микрометеоритов.
Швингеровский пробой - это сферический конь в вакууме, его в чистом виде можно наблюдать только в вихревых э-полях, во всех др. случаях все быстро сводится к классике с плазмой из материала электродов.
Как видно из рисунка 10МВ пробивает 10м идеального вакуума, при обратноквадратической зависимости 20МВ пробьет 40м

[Old Enginner]

Фактическая(не вдаваясь в теорию) сторона дела такая:

Более того, считайте меня тупым дикарем, но я вообще не понимаю физический смысл "пробоя в вакууме". В газе - да, он изначально изолятор, тока фактически нет, но при достижении некой разности потенциалов - пробой. Ток скачком (от НаноАмперов) вырастает до КилоАмперов. Разница на многие порядки. Теперь берем вакуум. ВАХ кенотрона: прямая линия (постоянство внутреннего сопротивления) от нулевой разности катод-анод. Нет у вакуума электрической прочности как явления.

[Проходящий Кот]

Может быть, но пробой есть....

[AlexAV]

Если копнуть чуть глубже, то в вакууме (на границе металл-вакуум) находится электронное облако, плотность и распределение которого зависит от температуры и материала, при наличии разности потенциалов в 20МВ это облако устремится к положительному заряду, и в вакууме его практически ничем по-простому не остановить. Наличие диэлектрика поможет, но если толщина будет не большая, то только на время накопления свободных зарядов(из-за ионизации) достаточных для пробоя диэлектрика.

Ну да. Тунельная эмиссия и эмиссия Шоттки. Только плотность тока этой эмиссии зависит не от потенциала, а от напряжённости поля на поверхности электрода. И кстати она очень несимметрична по его напралению. Если электрод имеет положительный заряд, то его прочность на несколько порядков выше, чем для отрицательного. Ионы в отличие от электронов не имеют тенденцию тунеллировать, тяжёлые они.

Если электрод холодный, то существенна только тунельная эмиссия. А она сколько-нибудь значима для гладких поверхностей только в полях более 10 МВ/см и только для отрицательно заряженного электрода (всё несколько осложняется тем, что для неё существенно микрополе на поверхности, а не среднее поле, поэтому такие значения достигаются только после специальной обработки поверхности для удаления микронеровностей, но это детали).

Пробоем в вакууме называют лавинообразное нарастание тока в промежутке между электродами, все такие пробои начинаются по-разному, но заканчиваются одинаково - образованием плазменного канала между электродами и падением напряжения между электродами, что затрудняет определение механизма пробоя в каждом конкретном случае. При напряжениях менее одного 1МВ механизмов пробоя очень много и все они описываются разными законами. После примерно 1.2 МВ все, похоже, сводится к одному основному механизму, и здесь все очень печально(см.Рис ниже).

Из-за эмиссии вторичных частиц. Условно вылетел электрон с катода, упал на анод - вызвал эмиссию вторичных ионов и рентгеновских квантов. Эти вторичные ионы падают обратно на катод и вызывают эмиссию электронов и т.д. Если коэффициент размножения в этом цикле больше единицы - развивается  пробой.

Вот только у нас не сплошные поверхности, а тончайшие сетки. И здесь эта обратная связь резко разрывается. Вылетел электрон с поверхности... и с вероятностью 99,9% ушёл в межзвёздное пространство пролетев через пустые ячейки сетки не задев нитей. И даже попал в нить, порадил кванты вторичного излучения - а эти кванты опять же с 99,9% вероятностью в нити другой сетки вообще не попали, а ушли на бесконечность. Коэффициент обратной связи в результате уменьшается порядков на шесть. Что фактически значит, что он вообще работать не будет, а значит и развитие пробоя будет подавляться.




 

[Old Enginner]

Вылетел электрон с поверхности... и с вероятностью 99,9% ушёл в межзвёздное пространство пролетев через пустые ячейки сетки не задев нитей.

Как радист- радисту, мой опыт работы с лампами говорит об обратном: если на сетку (триода) дать положительный потенциал - электроны на нее летят как миленькие (хотя густота сетки там конечно плотная, но на много порядков больше электрона). Чтобы не было тока - сетка работает только на отрицательном потенциале. Как клапан, который регулирует диаметр горла канала проводимости.

[Проходящий Кот]

Так какова величина этого пробоя?

[AlexAV]

Изготовьте нити сетки из микронных углеродных волокон. С путём половинного ослабления в углероде, для рентгена 2-3 кэВ, 0.1 мм, в нити выделиться меньше сотой доли падающего излучения, притом, что скачок температуры до 3000 К они переживут нормально.

Кстати - да. Не учёл этого фактора. А с его учётом - чем тоньше сетка, тем она будет устойчивее (из-за изменения соотношения поверхности к объёму), при условие конечно, что диметр нити сетки меньше характерного пробега излучения в веществе.

В общем надо думать... Может быть и можно как-то спасти такую концепцию... 

[Old Enginner]

А с его учётом - чем тоньше сетка, тем она будет устойчивее (из-за изменения соотношения поверхности к объёму), при условие конечно, что диметр нити сетки меньше характерного пробега излучения в веществе.

Фигушки , так Вы дойдете до моножилы, которая разлетается от единичной микротрещины, а сеть по-любому придется плести из витых канатиков.

[SY]

всё несколько осложняется тем, что для неё существенно микрополе на поверхности, а не среднее поле, поэтому такие значения достигаются только после специальной обработки поверхности для удаления микронеровностей

Да, указанные значения достигаются после полировки, дегазации и тренировки поверхности.
Наличие неровностей снижает прочность на 3(три!) порядка. Мне почему-то кажется, что сеточка не потянет на полированную поверхность.
Плюсом, вернее минусом у нас идут продукты взрыва и микрометеориты.
И про туннелирование. Электроны сеткой не обманешь, они прекрасно чувствуют куда надо туннелировать.(При туннелировании мимо сетки не выполняется условие преодоления потенциального барьера! Заимствованная энергия должна быть реально восполнена за счет сетки, что эквивалентно потреблению энергии от генератора статического поля)
"Рождение электрон-позитронных пар при взаимодействии гамма-кванта с электромагнитным полем ядра является преобладающим процессом потери энергии гамма-квантов в веществе при энергиях выше 3 МэВ". Разделение электронно-позитронных пар в статическом поле идет за счет туннелирования.
Пробой вакуума и в самом деле возможен только при очень больших напряжениях, но сам процесс туннелирования начинается при возможности достичь энергии больших 1,022МЭв, хотя и его вклад в проводимость несущественен.

[Old Enginner]

Электроны сеткой не обманешь, они прекрасно чувствуют куда надо туннелировать.

А при чем тут туннель? Он же в твердом теле работает, как в туннельном диоде, у которого отрицательное сопротивление именно за счет этого эффекта. Какое туннелирование в вакууме, между 2мя электродами? Если электрон оторвался от поверхности  - ему уже не через чего туннелировать. Он тупо летит от "-" к "+".

[SY]

А при чем тут туннель? Он же в твердом теле работает, как в туннельном диоде, у которого отрицательное сопротивление именно за счет этого эффекта. Какое туннелирование в вакууме, между 2мя электродами? Если электрон оторвался от поверхности  - ему уже не через чего туннелировать. Он тупо летит от "-" к "+".

После отрыва от холодной металлической поверхности электрону энергетически выгоднее вернуться обратно, от другого электрода он отделен потенциальным барьером. У него есть шанс преодолеть этот барьер, если после его преодоления он получит энергию, необходимую для преодоления барьера. Это и есть туннелирование через потенциальный барьер.

ПС: если металл горячий или есть очень сильное внешнее е-поле, то электрон уже обладает необходимой для освобождения энергией, и может лететь на все четыре стороны, в т.ч. и мимо сетки