Двигатель для межзвёздных перелётов

[Old Enginner]

Во-первых, у приведённой вами ВАХ явно виден изгиб, т. е., это не прямая, а кривая, та самая .
Во-вторых, чего же вы её до конца - а именно, до достижения тока насыщения - не продолжили? Или в другую сторону, для "отрицательного" напряжения? Не такое уж и полное соответствие с обычным проводником получается, правда?
В кенотроне вакуум такой хороший "проводник", потому что там присутствует источник свободных зарядов. Поместите между электродами в воздухе радиоактивный источник, да просто мощной кварцевой лампой осветите, и ток ещё как потечёт через газ и при единицах вольт напряжения.
Собственно, пробой (любой среды), это когда протекающий через среду ток образуется, преимущественно, теми зарядами, которые сам процесс протекания тока и производит, а не образованными сторонним источником.

все верно, и?

[elind]

все верно, и?

Вы же, вроде как, насколько я понял, интересовались, что такое пробой вакуума

Более того, считайте меня тупым дикарем, но я вообще не понимаю физический смысл "пробоя в вакууме".

и сравнивали вакуум с проводником.

Теперь берем вакуум. ВАХ кенотрона: прямая линия (постоянство внутреннего сопротивления) от нулевой разности катод-анод. Нет у вакуума электрической прочности как явления.

В вакуумных лампах проводимость обеспечивается за счёт наличия стороннего источника зарядов - раскалённого или освещённого катода, и ток, при высоких напряжениях, достигает некоторого предела, ограниченного производительностью этого источника. Пробой же (как вакуума, так и любой другой среды) сам производит для себя свободные заряды.
Напряжённость поля, при которой нечинают преобладать самопроизведённые заряды, и будет электрической прочностью вакуума.

Между редкими сетками, или, всё-таки, сплошными электродами?
AlexAV уже объяснял, в чём тут будет разница

Между сплошными полированными, дегазованными и тренированными электродами. Т.е. это предельно достигаемая электрическая прочность, за которой следует пробой.
В левом нижнем углу несколько графиков для разных материалов, худший - для меди, лучший - у стали. Различия из-за разной энергии образования паров у разных материалов.
При наличии не гладкого электрода(шероховатость или сеткоподобность) повышает локальную напряженность поля, что уменьшает напряжение пробоя до 1000 раз.
Если не верите, то проведите опыты с двумя игольчатыми электродами. Если рассуждать по аналогии с сеткой, то разряд никогда не настанет, т.к. ничто не сможет попасть в острие иглы.

Там просто будет преобладать механизм прямой автоэлектронной эмиссии. И, в районе острия, локальная напряжённость как раз и составит около гигавольта на метр.

[Old Enginner]

В вакуумных лампах проводимость обеспечивается за счёт наличия стороннего источника зарядов - раскалённого или освещённого катода, и ток, при высоких напряжениях, достигает некоторого предела, ограниченного производительностью этого источника. Пробой же (как вакуума, так и любой другой среды) сам производит для себя свободные заряды.
Напряжённость поля, при которой нечинают преобладать самопроизведённые заряды, и будет электрической прочностью вакуума.

Я говорил о приборах с холодным катодом - когда эмиссия идет только за счет разности потенциалов между анодом и катодом.

[SY]

Только плотность тока этой эмиссии зависит не от потенциала, а от напряжённости поля на поверхности электрода

Точно! Как-то упустил, что кроме разности потенциалов, есть еще ограничение на время за которое электрон должен преодолеть эту разность потенциалов. Поэтому он не может туннелировать далеко, и оба ограничения (на разность потенциалов и на расстояние) можно выразить одним ограничением на напряженность э-поля. (обозначим такую напряженность, как достаточную Е_д)
При меньших полях, вероятность туннелирования не снижается до нуля. Остаются менее возможные варианты такие, которые можно представить в виде диаграмм с каскадами событий. Например, если поле вдвое слабее требуемого, то два одновременных события туннелирования со встречей и аннигиляцией двух частиц посередине дадут требуемой событие, но с вероятностью р*р=р², в общем случае если поле слабее в N=Е_д/Е раз вероятность будет p^N.
Выразив р через е, как р=1/е^а=e^-a, можно представить вероятность как exp(-aN)=ехр(-аЕ_д/Е), взяв Е_кр=аЕ_д, получим, что вероятность туннелирования по экспоненте уменьшается при уменьшении напряженности поля: exp(-Е_кр/Е). Остается проинтегрировать по площади и времени, и можно будет узнать сколько случаев такого туннелирования будет за время жизни СС.
Сразу появляется следствие, что не факт, что формула Швингера будет верна при полях много больших чем Е_кр. Но при современном состоянии техники это невозможно проверить.

ПС: забыл пометить, что разделение электронно-позитронных пар в электрическом поле происходит за счет туннелирования.

[elind]

Я говорил о приборах с холодным катодом - когда эмиссия идет только за счет разности потенциалов между анодом и катодом.

Ну так у таких приборов и напряжённость на микро(а точнее, даже нано)остриях катода соответствующая

[Змей Петров]

Извиняюсь, что поздно встреваю(всю тему не прочитал))
Как я понял из последних страниц, речь о том - может ли электронная(ионная) пушка создать реактивную тягу?

[SY]

Как я понял из последних страниц, речь о том - может ли электронная(ионная) пушка создать реактивную тягу?

Нет, вопрос о том, можно ли электростатическим зеркалом отразить продукты термоядерного взрыва.

[alex_semenov]

Нет, вопрос о том, можно ли электростатическим зеркалом отразить продукты термоядерного взрыва.

Возможно моя интуиция опять (в который раз) тут меня подводит, но идея отражать продукты ядерного взрыва электростатическим зеркалом действительно кажется безнадежной (буду сильно удивлен и обрадован, если кто-то покажет что это не так).

Хотя это сообщение утонет как все остальные и болшинство остануться в неведении, я все же (тем "счастливцам", кто его прочтет) рассажу суть инженерно-научной коллизии как я ее вижу (возможно неверно).
 
Почему статическое зеркало меня так заинтриговало именно в приложении к Ориону?

Давайте отвлечемся от того, СКОЛЬКО энергии взрыва получится перекачать в полезную энергию плазмы, а сколько уйдет в бесполезный и вредный рентген. Это вопрос, требующий отдельного исследования. Пускай это будет все те же (уже установленные в реальных испытаниях зарядов в космосе) 10%.
Сколько - вопрос другой.
Но главная изюминка продвинутого "Ориона" (в отличии от непродвинутой полусферы Дайсона в 20 км) - ассиметричный (направленный) ядерный взрыв. Плазма (в отличие от излучения) не обязана разлетаться сферически (теряя плотность и мощность на м2 квадратично с расстоянием R).
В таком случае вы получаете относительно направленную струю плазмы на зеркало (и ненаправленный рентген). Поэтому даже если взрыв произошел далеко (скажем 500 м) можно добиться что почти вся полезная плазма ударяет в относительно небольшое зеркало или плиту, скажем 100 м в диметре.



Очевидно, что этот поток будет ПЛОТНЫМ сгустком плазмы. Поэтому уже по плотности этого потока (тока) вряд ли электростатическое зеркало его выдержит. Хотя нужно считать, разумеется (можно же сделать плиту не 100 м а, скажем 500…).

Какие тут есть другие варианты?

Прежде всего, классическая материальная плита с абляцией. Чем этот вариант плох? Соударение будет неупругим. Это потеря 50% импульса от возможного. А если (о чудо!) соударение окажется упругим, то отражение будет диффузным (все равно потеря 25% импульса от максимума возможного). А нам и так не хватает  импульса (скорости истечения) из-за того, что взрыв разбазаривает львиную долю энергии взрыва не то что в бесполезный но даже вредный рентген.
Но самое главное. При неупругом соударении энергия плазмы выделяется на поверхности толкающей пластины. В случае межпланетного Ориона (скорость плазмы ~ 50 км/с) это может быть приемлемо и абляция это выдержит. Но в случае межзвездного (скорость плазмы в ~100 раз больше, а значит энергия в ~10 000 раз больше) это может быть фатально. Заметьте, обсуждавшийся здесь долгое время вопрос о том, как принимать на плиту энергию рентгена тут даже не упоминается. Это - дополнительная головная боль. Но она уходит пока для нас на задний план.
Поэтому на межзвездный Орион ТУПО перенести толкающую плиту от межпланетного не получится (это еще одна сторона отличия "арабского скакуна" от "осла"). Тут действительно нужно зеркало. Нужно упругое соударение направленного потока плазмы. Тогда энергия плазмы пойдет на удвоение импульса и с этой энергией не придется  бороться (останется только рентген). Зеркало Ориону-звездолету просто необходимо! Без него он не полетит (он не полетит еще без массы вещей, но зеркало - одна из таких ключевых вопросов). Очевидное решение - магнитное зеркало.



Ограничение на плотность плазмы для него просто и очевидно. Длина свободного пробега ионов плазмы должна быть много больше ларморовского радиуса (который определяется скоростью плазмы и напряженностью поля).



Тогда эффект отражения сработает.  Допустим, что для него плотность направленного сгустка плазмы не есть проблема. Но, чем магнитное зеркало В ДАННОМ СЛУЧАЕ плохое?
Смотрите.
Плотность (и энергия) направленного взрыва не будет распределена в конусе плазмы равномерно. Скорей всего она будет иметь колоколообразную форму (типа Гауссова распределения):



По мере удаления от места направленного взрыва по оси Y, колокол будет расползаться (сигма увеличиваться) вдоль поперечной оси X (при такой ориентации, взрыв - внизу, плита - веерху):



Но всегда максимум энергии и плотности  плазмы придется на ось направленного взрыва.
Однако, у магнитного зеркала, как раз по центру "дырка". Частицы плазмы, летящие строго по оси  пролетают насквозь, не отражаются. В случае изотропного взрыва это не такая уж большая проблема. Доля таких частиц при сферичесом разлете - мизерна (на глаз от 10 до 1 %, а может и меньше). Но в случае направленного взрыва доля таких частиц составит заметную часть всего импульсам плазмы. Их все равно придется как-то принимать. Неупруго? Плитой? Тогда рассеивая часть энергии плазмы, а какой  смысл играться с магнитным зеркалом? Мы возвращаемся к концепции материальной плиты и получаем "дурной синергизм" совместив две хороших вещи (в своем классе) получаем одну плохую.
Или все же обеспечить упругое отражения всей плазме (и прежде всего центру), но тогда как? Вот в чем коллизия. Уловили?
Еще раз…
В случае огромного бублика (самая ранняя тут моя концепция, срисованная с концепции Багрова и Смирнова) у изотропного взрыва этой проблемы не было (почему для межзвездного Ориона я изначально и отказывался от более продвинутого направленного взрыва и вернулся к худшему варианту - изотропному. Хотя была и другая причина,  однако сейчас она не важна). А вот более продвинутая схема с направленным взрывом порождает проблему "дырки в зеркале".
Поэтому когда я увидел альтернативу магнитному зеркалу - электростатическое зеркало AlexAV, я сразу сообразил, что это то зеркало должно быть СПЛОШНЫМ в центре и можно вернуться к схеме межзвездного Ориона c направленно взрывом (что несет ряд преимуществ по сравнению с изотропным).
Вот такая инженерная коллизия.

[ВадимZero]

Но главная изюминка продвинутого "Ориона" (в отличии от непродвинутой полусферы Дайсона в 20 км) - ассиметричный (направленный) ядерный взрыв. Плазма (в отличие от излучения) не обязана разлетаться сферически (теряя плотность и мощность на м2 квадратично с расстоянием R).

Нельзя сделать взрыв направленным, не добавив к взрыву кучу массы которая этот взрыв направит(что то вроде пушки инерционной). Закон сохранения импульса не позволит. А если вы таковую бомбу сделали(устройство термоядерного заряда в принципе это позволяет) у вас появляется неравномерность импульса(что плохо с точки зрения кпд) в виде быстролетящей но мало массивной компоненты плазмы  продуктов горения термояда, и массивной медленно летящей плазмы толкателя и отражателя. То есть направленные взрывы не дают выигрыша, они с точки зрения кпд скорей хуже выглядят, чем равномерные. Потому как импульс неравномерно распределяется по массе бомбы.

P.C. хотя такие направленные заряды могли бы использованы в идее прямоточного взрыволета.

[ВадимZero]

Плазма (в отличие от излучения) не обязана разлетаться сферически

Кстати излучение так же будет ассиметрично в случае  направленного заряда(термоядерной пушки) Поскольку оно хорошо поглащаеться матерьялами толкателя, отражателя и плохо поглащается горячей плазмой состоящих из легких ядер водорода и гелия.

[Змей Петров]

Нет, вопрос о том, можно ли электростатическим зеркалом отразить продукты термоядерного взрыва.

Теоретически - да, практически - очень сильно сомневаюсь.

[Old Enginner]

Теоретически - да, практически - очень сильно сомневаюсь.

Я не сомневаюсь - не работает.

[alex_semenov]

Нет, вопрос о том, можно ли электростатическим зеркалом отразить продукты термоядерного взрыва.

Теоретически - да, практически - очень сильно сомневаюсь.

Да и теоретически получается, что не может. Статическое зеркало в любом случае будет "дуже тендiтним" ( д у ж э  т э н д и т н ы м - укр. ,  слишком нежным) чтобы принять хотя бы один  импульс взрыва. Как ни крути, за миллисекунду зеркало получает ВЕСЬ импульс (тысячи если не миллионы кг*м/с). Его ускорение в эти миллисекунды - чудовищное. И чем меньше масса зеркала, тем чудовищней это ускорение. То есть ВСЯКОМУ зеркалу у Ориона противопоказано быть легким. Ибо по сути происходит удар по нему. Сможет ли выдерживать такие удары дебеле ( д э б э л э - укр, мощное, крепкое, тяжелое) магнитное кольцо-соленоид? Это вопрос. Но то, что тоненька (микронная) легенькая (как пушинка) сеточка не сможет - это уже понятно сразу и бесповоротно. Бессмысленно выяснять переживет ли секта удар рентгеном.  Если и переживет рентген, удар плазмы она точно не переживет как ее не плети.

Кстати излучение так же будет ассиметрично в случае  направленного заряда(термоядерной пушки)

Да, это может оказаться приятным дополнительным бонусом. Я знаю. Тень. Эффект рентгеновской тени. Но изначально рассматривается худший случай. Что тени нет. Но и в этом худшем случае с направленным взрывом выгода от направленности есть. Принимая разлет рентгена сферическим, мы можем уменьшать его плотность квадратично удалением от корабля точки взрыва.  А рассеивание энергии направленной плазмы, происходит в худшем случае линейно. В общем тут есть что покрутить…

Поскольку оно хорошо поглощается материалами толкателя, отражателя и плохо поглощается горячей плазмой состоящих из легких ядер водорода и гелия.

Вот-вот. Поэтому многое зависит от специфики построения направленного заряда. Оксид бериллия, там, вольфрма… Это все у сильно ЗАБАЛЛАСТИРОВАННОГО межпланетного ядерного "осла" с истечением в 50 км/с, а у межзвездного термояденого "скакуна" с 1000 км/с (и даст бог выше) рентгеновской тени может и не быть. Поэтому не стоит на нее сильно и рассчитывать. Хотя, коненчо, что-то тут наверняка можно было бы выкрутить (чатайте ниже).

Нельзя сделать взрыв направленным, не добавив к взрыву кучу массы которая этот взрыв направит(что то вроде пушки инерционной). Закон сохранения импульса не позволит.

Да, это понятно. Направленный взрыв заставит вас забалластировать первоначальный заряд чем-то невзрывным, и возможно очень сильно. Если у сферического взрыва могло быть 6 кт/кг (Предел Тейлора), то у направленного будет много меньше. Для межпланетного Ориона это не было проблемой. Напротив это было там просто необходимо. У межзвездного - проблема.
ИМЕННО ЭТО и было второй причиной, почему для магнитного бублика я  отказался от напрявленного взрыва и вернулся к сферическому. Первая - дырка в зеркале (описано выше), вторая - неизбежный балласт (и снижение калорийности) направленного заряда.

Однако, AlexAV еще на форуме "новостями космонавтики" доказал, что у калорийных взрывов (порядка 1 кт/кг и выше)  львиная доля энергии НЕИЗБЕЖНО уходит в рентген.
Поэтому бессмысленно бороться за приближение калорийности зарядов к тейлоровскому пределу.
Если вы все равно не можете добиться высокой скорости истечения (10% энергии идет в плазму, а остальное в рентген), то  направленный заряд хотя бы можно взрывать от корабля подальше (что бы плотность рентгена была поменьше) и можно рассчитывать еще при этом и получить рентгеновскую тень.
Почему меня опять заинтересовали направленные взрывы.

То есть направленные взрывы не дают выигрыша, они с точки зрения кпд скорей хуже выглядят, чем равномерные. Потому как импульс неравномерно распределяется по массе бомбы.

Но так как потеря через рентген все равно повысить КПД не дает, то нет смысл за него и бороться переходом от направленного (забаластированного) к сферическому.  Выжать приличную скорость истечения, загоняя калорийность зарядов к пределу Тейлора все равно ведь не получается! Только вселенную греть. Нет арабского скакуна? Ну хотя бы мула тогда...

AlexAV во всем виноват!  Такой проект загубил!!!

P.C. хотя такие направленные заряды могли бы использованы в идее прямоточного взрыволета.

Ой! Видел я все эти идеи… Подвысоцкого, кажется?… честно говоря, мне это видится каким-то сном разума… Может я и не прав, но не лежит у меня сердце к этой "мультяшной"  расстановке по пути разгона корабля бомб чтобы они потом…  Как мне кажется, не стоит эта овчинка выделки. Ведь как ни крути, все эти бомбы по пути - астросооружение. И крайне "кривое" (уж если с астросооружениями начать заводиться).
Бомболет чем хорош? Не нужны астросооружения. Это вещь в себе. Полноценная система, все свое несу с собой (и даже стартую с Земли! Не нужен даже "выход из колыбели"! Вау! Мечта Идиота Критиныча Профанского!).
У Подвысоцкого это преимущество пропадает.  А недостатки (Ориона) остаются.
Например,  как ни крути, нужен нехилый запас актиноидов для ядерных триггеров. В общем получается то, что я называю дурным синергизмом, когда смешав две хороших идеи вы получаете одну плохую.
Хотя это все я вам как художник художнику рассказываю. Все это на мой "художественный" вкус. Может объективно я и не прав.

[Old Enginner]

Да и теоретически получается, что не может.

Алекс, не в ту сторону смотрите, камуфлетным взрывом это надо приводить в движение, точно гутарю

[alex_semenov]

Алекс, не в ту сторону смотрите, камуфлетным взрывом это надо приводить в движение, точно гутарю

Вы про эти камуфлеты уже пятую страницу намекаете, уважаемый. Я заметил...
Но я никак не могу понять в каком боком тут "камуфлетный взрыв"?

Камуфлет (фр. camouflet) — взрыв под землей, обычно без образования воронки.
При осадах крепостные контраминеры использовали подземные взрывы для разрушения подземных ходов противника, которые противник старался подвести под бастионы, куртины и другие надземные фортификационные сооружения. Такие контравзрывы часто бывали чисто подземные — то есть камуфлеты.
Позже камуфлетами стали называть разрывы артиллерийских снарядов, мин, авиационных бомб, проникших глубоко в грунт, без образования воронки.
В горном деле камуфлетные взрывы применяются, в частности, в предотвращении горных ударов.
В переносном смысле камуфлет — неожиданная неприятность, подвох, неудача.

И? Как подземный взрыв может приводить что-то в дижении в космосе?

[Old Enginner]

И? Как подземный взрыв может приводить что-то в дижении в космосе?

Охотно растолкую: камуфлетный взрыв (не по инцеклапудии, а по реальности) - направленный взрыв, который выносит узкий пучок рабочего тела в сторону поражения, частный случай кумуляции (или наоборот). Как перетяжки в лесу - знаете...как спец по охране спец.объектов - это, как разведка (она - всегда права) донесла - Ваше военная специальность. Гарантированная тяга пепелаца и все гадкие продукты нулконов на 100 (или почти)%% -  весело улетают далеко-далеко от поражаемых, биологически хлипких, обитателей "Титаника". При чем под оптимальным углом максимальной скорости удаления 
Расход РТ - будет, так он и так будет (бонбы), ну чуть больше, зато выход на порядки больше и биологическая защита - на порядки проще/эффективней с конструкторской точки зрения!

[alex_semenov]

И? Как подземный взрыв может приводить что-то в дижении в космосе?

Охотно растолкую: камуфлетный взрыв (не по инцеклапудии, а по реальности) - направленный взрыв, который выносит узкий пучок рабочего тела в сторону поражения, частный случай кумуляции (или наоборот). Гарантированная тяга пепелаца и все гадкие продукты нулконов на 100 (или почти) вечело улетают далеко-далеко от поражаемых, биологически хлипких, обитателей "Титаника".
Расход РТ - будет, так он и так будет (бонбы), ну чуть больше, зато выход на порядки больше и биологическая защита - на прядки проще/эффективней!

Андрей Тимофеевичь, помилуйте голубчик! А мы разве тут не о таких зарядах и говорили только что с Вадимом (вернее о них говорил в основном Вадим)? Мы их называем просто направленными. Можно назвать кумулятивными. Можно назвать камуфлетными.
Терминология сути не меняет.
При этом ЗЕРКАЛУ не важно направленный (камуфлетный) взрыв или сферический.
Все равно мы имеем удар по принимающей импульс системе (зеркалу, плите, отражателю). И удар не хилый.

[Old Enginner]

Андрей Тимофеевичь, помилуйте голубчик! А мы разве тут не о таких зарядах и говорили только что с Вадимом (вернее о них говорил в основном Вадим)? Мы их называем просто направленными. Можно назвать кумулятивными. Можно назвать камуфлетными.
Терминология сути не меняет.
При этом ЗЕРКАЛУ не важно направленный (камуфлетный) взрыв или сферический.
Все равно мы имеем удар по принимающей импульс системе (зеркалу, плите, отражателю). И удар не хилый.

Александр (простите великодушно, не знаю Вашего отчества), все дело в Циолковском, да-да, логарифм - слабая мат.функция! Скорость приращения - в первой степени! в 2 раза  - в 2 раза! А если тупо массу терять - в 10 раз!
Взрыв должен придавать максимальную скорость истечения потери РТ! Тогда и никаких сеток не надо - гадости сами быстро улетают! Быстро от полезной нагрузки ковчега, и проблема защиты- решена! Автоматически. Там же обратные квадраты плотности потока вредоностного излучения. Затухают очень быстро от расстояния.  Мыслите - инженерно!

[Змей Петров]

Охотно растолкую: камуфлетный взрыв (не по инцеклапудии, а по реальности) - направленный взрыв, который выносит узкий пучок рабочего тела в сторону поражения, частный случай кумуляции (или наоборот).

Возможно и я ошибаюсь(в военной науке не силен), но камуфлетный взрыв вроде не предполагает выброса породы за пределы поверхности.
Впрочем это детали терминологии. С общим смыслом согласен.
Берем достаточный кусок замерзших газов(воды/аммиака), благо их в окрестностях СС предостаточно, подрываем на подходящем заглублении(нужное число раз) - имеем скорость истечения весьма приличную. Её конечно недостаточно для межвездных перелётов на текущий момент, но и геронтология не стоит на месте - недалек тот день, когда люди будут жить тысячи лет, а если вспомнить великолепного Роберта Хайнлайна - то и с анабиозом можно поиграццо.
В общем, в принципе - ничего нереального

[Old Enginner]

Возможно и я ошибаюсь(в военной науке не силен), но камуфлетный взрыв вроде не предполагает выброса породы за пределы поверхности.

Ув. Змей, идея камуфлета - узким лучом направленного взрыва - снести в хлам все - что он накроет. А мы будем использовать его "отдачу" (по-научному "реакцию опоры") и получится