Двигатель для межзвёздных перелётов

[vsevolodson]

и вообще - сколько понадобится звёздолёту таких редких видов топлива, как уран (или плутоний), дейтерий и гелий-3??
где брать будешь мегатонны сего добра? это и есть футурологический бред
топлива понадобится уйма, поэтому оно должно быть простым и дешёвым, как дрова

Урана действительно немного, а вот дейтерия с гелием3 - хоть попой ешь. Хотя не на Земле, а по другую сторону "ледяного пояса"

добывать и обогащать мегатонны урана, дейтерия и гелия-3 - как будете? тоже попой?

[gans2]

и вообще - сколько понадобится звёздолёту таких редких видов топлива, как уран (или плутоний), дейтерий и гелий-3??
где брать будешь мегатонны сего добра? это и есть футурологический бред
топлива понадобится уйма, поэтому оно должно быть простым и дешёвым, как дрова

Урана действительно немного, а вот дейтерия с гелием3 - хоть попой ешь. Хотя не на Земле, а по другую сторону "ледяного пояса"

добывать и обогащать мегатонны урана, дейтерия и гелия-3 - как будете? тоже попой?

По сравнению со строительством двухкилометрового тора , собирание Гелия 3 - не больше чем сбор макулатуры...

Какое там сечение у протий-литиевой реакции и где там пик в МэВ???
Забудьте этот бред - НННШ. Всё что с протием - начинается с Бора11, а это на два порядка жарче чем у чистого дейтерия. И про лазер не упоминайте больше - ибо бред в квадрате.

[vsevolodson]

По сравнению со строительством двухкилометрового тора , собирание Гелия 3 - не больше чем сбор макулатуры...

Тор строится прямо "сидя" на астероиде/комете, особенно легко, если он должен иметь в своих стенках слой скальных пород. Литий добывается тут же. Не надо никуда бегать, залезать в гравитационные ямы, процеживать планеты-гиганты и доставать мегатонны топлива оттуда.

Какое там сечение у протий-литиевой реакции и где там пик в МэВ???

По теории - даже меньше, чем у водорода с бором, ибо меньше Z. Можно ухитриться использовать быстрые протоны от реакции дейтерия с гелием-3 в качестве катализатора.

И про лазер не упоминайте больше - ибо бред в квадрате.

Бред - это мегатонны плутония и добавление к ним термоядерного топлива и ещё балласта сверху.

[gans2]

Оценка - 7 килограмм плутония на мегатонну :-)
Так сколько барн и где пик? Про Z  не надо - это не в тему.
Для эффективного термоядерного горения DT необходимо иметь 2-5г/см2, для DD -  10-20г/см2; для pB11 - 500 г/cм2. Для DD – топлива потребуется драйвер на энергию 100 Мдж. Для порога зажигания p-B11 необходимо иметь  50г/см2 и T=400кэв, а для оптимального горения 500 г/cм2
http://www.keldysh.ru/papers/2001/prep42/prep2001_42.html

И какой там дефицит массы?
Барон (Алекс) очень любит про дефицит 

Скальные породы на стенках - это планетоидный бред. Каждый грамм из мегаатонн звездолёта - имеет два а то и три функции. Кроме декоративной.

[gans2]

Прочитали ссылку?
Реакция протия с Литием не успевает зажечься - литий весь переходит в тритий от нейтронов инициатора(например слияние дейтериея) даже без плутония. Такто. Не надо фонтазий. Почитайте учебник.

[Проходящий Кот]

Здесь мы летим на термоядерных бомбах.  Полет на лазерном зажигании ---- в соседней палате......

[vsevolodson]

И какой там дефицит массы?
Барон (Алекс) очень любит про дефицит 

А я - нет. Считаю обычно в МэB на нуклон.

Скальные породы на стенках - это планетоидный бред. Каждый грамм из мегаатонн звездолёта - имеет два а то и три функции. Кроме декоративной.

есть как минимум 2 функции, в теме об этом ранее это обсуждалось

Прочитали ссылку?
Реакция протия с Литием не успевает зажечься - литий весь переходит в тритий от нейтронов инициатора(например слияние дейтериея) даже без плутония. Такто. Не надо фонтазий. Почитайте учебник.

нету никакого инициатора с нейтронами

[gans2]

нету никакого инициатора с нейтронами

Так у Вас волшебный лазер?
Тогда не смею перечить - фонтазируйте себе

[vsevolodson]

фАнтазировать? да всё-равно взрыволёты уже "не полетят"

[alex_semenov]

Здесь мы летим на термоядерных бомбах.  Полет на лазерном зажигании ---- в соседней палате......

Вы не правы.
Тема посвящена кораблям поколений вообще.
И это только я "строю" корабль поколений на термоядерных бомбах, взрыволет.
А хозяин темы использует УТС гидрида лития по схеме, напоминающей схему "Дедала".
Так что не будем спешить и кипятится.
Тем более здесь разница в схеме драйвера СЕЙЧАС не столь важна.
Общее в обеих подходах в том, что и то и то - термоядерный синтез с инерциальным удержанием. И там и там мы получаем на очень короткий промежуток времени очень плотную и очень нагретую плазму.
Только разным способом и в разном объем.
Насколько я понимаю, бомба дает 250кг-1 т плазмы в шаре ~1м сильно загрызенную тяжелыми металлами. Это минус моей схемы. Плюс - я не гонюсь за большим "коэффициентом выгорания" То есть процентом от первоначальной массы бомбы, который превратился в энергию невелик. То есть у меня масса заряда в основном состоит из негорючих материалов, которые становятся реактивной массой со скоростью ~ 1000 Км/с.
То есть у меня несколько более ХОЛОДНАЯ плазма.

Планы Höðr насколько я понимаю, более честолюбивые. Он хочет получить сокрость истечения в 10 раз большую, чем хочу я. То есть ему нужна энергия на единицу массы в 100 раз большая. А значит и больший коэффициент выгорания топлива. В итоге и температура плазменного шара  у него будет выше (хотя не намного 100^(1/4)~3.16). Плюс в его случае, что его плазменный шар получается лишенным тяжелых примесей. Он  вообще по идее должен быть меньше по диаметру и массе. Я пока не знаю это плюс его схемы (по сравнению с моей) или минус.

Метод поджога я оставляю на него совести.  К сути спора с Гансом это не относится. Как бы то ни было, проблема получается одна и та же. Что в одной схеме, что в другой. Катострафическая утечка энергии через излучение.
И спорить по поводу методов поджога и вообще возможности осуществления той или иной реакции в данном случае – уходить в сторону.

[gans2]

Нуну. Расскажите мне про потери на излучение протонами 18 МэВ-ными в вакууме. И чем Вы их в плазме удержите? Какая у них скорость?

[vsevolodson]

Нуну. Расскажите мне про потери на излучение протонами 18 МэВ-ными в вакууме. И чем Вы их в плазме удержите? Какая у них скорость?

протоны будут у вас не 18 МэВные, а 14,7-МэВные. но не суть

Данные испытаний термоядерного оружия за пределами атмосферы дают печальные результаты. Может быть дело в участии многих тонн инертных масс (там целая ракета ведь) "грязи"?? Может быть чистый термоядерный взрыв с относительно высоким коэффициэнтом выгорания даст меньше паразитного гамма и рентгена? Ганс намекает на это (якобы протоны и альфа-частицы быстро улетят за счёт низкого сечения). Если бы знать точно, то можно было бы сделать вывод, что мою схему можно спасти от выбрасывания на свалку   

[alex_semenov]

Ганс, Höðr въехал в суть проблемы вы – нет пока.
Для начала достанем авторитетную статью из которой мы все черпаем.

http://www.tarusa.ru/~alik1/sgs/VOLUME10/NUMBER3/v10n3p5.pdf

*******

Прежде всего, рентгеновское излучение ядерного взрыва не является  монохроматическим, а занимает значительный диапазон электромагнитного спектра, причем характеристики этого диапазона определяются температурой. При взрыве первой атомной бомбы «Толстяк» температура достигала 6E+7 К.9 В таких условиях плотность энергии излучения, находящегося в равновесии с горячим веществом, будет значительно превышать плотность тепловой энергии вещества. Плотность энергии равновесного излучения с температурой Т определяется выражением: 10

U = 7.57E-15*T^4 эрг*см-3

При Т = 6E+7 К плотность энергии равна 9.8E+16 эрг*см-3, что значительно превышает
внутреннюю тепловую энергию вещества при той же температуре. Это подтверждается типичными значениями указанных величин при взрыве ядерного заряда:11

-Плотность энергии излучения – E+16 эрг*см-3.
-Плотность тепловой энергии вещества – E+14 ÷E+15 эрг*см-3.

Таким образом, сразу же после взрыва ядерного заряда образуется область, заполненная равновесным излучением с очень высокой температурой в десятки миллионов градусов
или даже больше. Дальнейшая судьба теплового излучения определяется распространением тепла через вещество в процессе нелинейной лучистой теплопроводности и с передачей кинетической энергии веществу в процессе гидродинамического движения.12 Не вдаваясь в детали этого сложного процесса, к тому же сильно зависящего от конструкции ядерного боеприпаса, можно привести грубую оценку температуры выходящего излучения, приравнивая энергию равновесного теплового излучения в сферическом объеме энергии теплового излучения взрыва (такую оценку можно обосновать тем, что в замкнутом объеме температура выравнивается достаточно быстро):

пи()*d^3*U/6 = εW

или

Т = 5.68E+7( εW/d^3)^ 0.25,

Здесь ε - доля энергии, оставшаяся у теплового излучения при выходе на поверхность разлетающегося вещества ядерного боеприпаса, W (Мт) – выделение энергии при взрыве, а d (м)- диаметр занятой излучением области в момент отрыва от вещества ядерного боеприпаса. При ε = 0.5, W = 1 и d = 3 можно получить, что Т = 2.1E+7 К, или около 1.9 кэВ. Эта оценка приблизительно соответствует приведенным параметрам номинального космического ядерного взрыва мощностью 1 Мт: «в импульсе теплового рентгеновского излучения продолжительностью около 1 мкс выделяется приблизительно 50% общей энергии взрыва, а большая часть излучения обладает температурой более 1 кэВ».13
Итак, температура рентгеновского излучения при мегатонном ядерном взрыве составит около 2 кэВ, а при понижении мощности взрыва она будет уменьшаться примерно как W^(1/4) (то есть, при W = 50 кт температура понизится примерно до 1 кэв).

********

Ганс, красным я пометил то, что я считаю убивающим идею. Синим – то, что может (только может) ее спасти.
Но в целом. Суть именно в тепловом излучении. Механика реакции тут уже никаким боком. Заметьте Ганс. Статья вся посвящена ядерным взрывам в КОСМОСЕ.
Дело в том, что масса материала, которую можно найти в сети, посвященного динамике ядерного взрыва, исследует воздушный взрыв и там тяжело отделить зерна от плевел. Так, огненный шар, о котором там часто идет речь, и поверхностную температуры которого обычно меряют - это шар воздуха, прилегающий к раскаленному плазменному шару заряда и поглощающий (по экспоненте) энергию ядра. Наружная температура этого шара будет куда ниже, разумеется. Но в вакууме все несколько хуже.

Нуну. Расскажите мне про потери на излучение протонами 18 МэВ-ными в вакууме. И чем Вы их в плазме удержите? Какая у них скорость?

Да ничего там эти протоны не удерживает. Но убегая они скорей всего столкнутся с другими атомами. В случае бомбы – так наверняка. И поделятся с ними своей энергией. Но это если бы у нас был очень горячий газ. В данном же случае динамика сложней. Там есть электронный газ который сталкиваясь с ионами отбирает у них энергию а потом тупо сливает через тормозное излучение, нарвавшись на поле ядра с большим Z.  Но это тормозное излучение – крохи. Я сказал, что его интенсивность зависит от Z^2 примесей и корень из температуры T (электронов, правда она будет выше чем температура ионов).
Но суть именно в корне. Если у вас одна утечка растет в 4-й степени а вторая в степени 1/2 от Т, то при Т в 7 порядков, какая утечка вас будет больше волновать?

Насколько я понимаю, вы вообще не признаете тепловое излучение свободно разлетающейся плазмы?
Давайте считать. Ваш протон в 18 МэВ. Какая у него скорость?
58 700 000 м/с
Прекрасно! И как далеко он улетит из зоны реакции за 10 нс? 
0.587м!!!
То есть если ваши протоны все дружно  улетают из области (скажем 10 см) то через 10 нс они окажутся как раз на расстоянии 1 м друг от друга. То есть в сфере 1 м диаметром. Через 10 нс сфера разрастется до 2 м в диаметре. Еще 10 нс и уже 3 м в диаметре.
Даже при самых выгодных для ваших протонов условиях они разлетаются СЛИШКОМ медленно.
А теперь учитывайте все минусы.
Выше сказано, что тепловая энергия внутри шара 1/10 от всей энергии. Остальная энергия  - свет. Допустим, вас это не колышит. Свет – это в бомбе. У вас же все чище и идеальной.
Допустим (хотя это бред).
Да, но ваши протоны  летят не наружу стройными рядами. Они движутся хаотично. Некоторые из них летят не от точки взрыва, а внутрь, другие по касательной. Только 1/3 летит туда куда надо. Они не сохранят свою энергию. Они будут ее сливать, обмениваясь с другими продуктами реакции.
И все это происходит в среде с температурой в десятки миллионов градусов.
Хотите вы этого или нет, но  по крайней мере 50% энергии реакции превратится в свет. И если вы хотите утилизировать больше 50% вас должен волновать вопрос как можно не выпустить этот свет за пределы сферы, пока та МЕ-Е-Е-Е-Е-Едленно расползается до плотности замагниченной плазмы у термоядерщиков.

[vsevolodson]

мда... как видно, "чистотой" плазмы взрыва много не выиграть, только пик термального излучения станет жёстче и короче (капитан очевидность)
похоже, приговор взрыволётам всё-таки подписан и обжалованию уже не подлежит
пытаться ловить рентген парусами или хитрыми зеркалами - тоже фэйл

[alex_semenov]

Данные испытаний термоядерного оружия за пределами атмосферы дают печальные результаты. Может быть дело в участии многих тонн инертных масс (там целая ракета ведь) "грязи"?? Может быть чистый термоядерный взрыв с относительно высоким коэффициэнтом выгорания даст меньше паразитного гамма и рентгена?

Я думаю как раз наоборот.
Во-первых перестаньте упоминать саму ракету. Она сбоку и все что она даст – красивый хвост, типа того, что даю всякие там растяжки и вышка на этих вот фотографиях.



Все это появляется гораздо позже того момента, который нас волнует (фактически нас волнует ситуация на первом снимке - все остальное уже неважно).

Во-вторых. Я уверен, что чем инертная масса внутри плазмы взрыва тут может играть положительную, а не отрицательную роль.
Да, тяжелые металлы за счет Z^2 создают тормозное излучение (о ктором много шума при обсуждении простого термояда в ИТЕР-бубликах). Но тормозное излучение растет от Т в степени 1/2 а тепловое в 4-й. То есть тепловое излучение с повышением температуры возрастает в 8 раз по сравнению с тормозным.
В разряженной плазме теплового излучения почти нет. Поэтому там так борются с тормозным излучением. Но в нашем случае снявши голову по волосам не плачут.
Вот  прикинет.
При Т в 7 порядков, разница между тормозным и тепловым излучение 7*8=56 порядков.
Допустим я переборщил. Но и 10 порядков уже достаточно чтобы про тормозное излучение не плакать на фоне теплового.

Почему я считаю что тупая (лишняя) масса в плазме будет играть положительную роль? Потому что она ОХЛАЖДАЕТ плазму. Температура падает, а значит в 4-й степени падает и улет энергии из плазмы. Если вы имеете в 10 раз меньшую температурв, то потеря через тепловой рентген у вас в 10000 раз НИЖЕ!

Почему я запаниковав, тут же списал и высокоимпуьсные аннигиляционные двигатели в мусор? (до любителей "Стартрека" горе вряд ли дойдет так быстро, если вообще дойдет)

У ракеты Фрисби  для скорости истечения плазмы в 0.3с нужно иметь зону реакции, куда более горячую, чем в моей бомбе и даже в вашей мишени. Значит там потери через T^4 вообще будут сумасшедшими. Подаваемый в зону аннигиляции водород унесет даже не 10% положенной ему энергии а, скажем 1%. И это при том, что только 1/3 энергии аннигиляции можно утилизировать (заряженные пионы).
Нет, на Марс (или на Плутон) используя анигиляционную грелку мы слетать сможем. Расходуя антиматерию по нанограммам на тонны ракетной массы. Но получить скорость истечения под 0.3с у нас термическим способом получить – почти безнадежно.

Кстати, интересно, а что разработчики проекта "Дедал" писал и у себя по этому поводу?

[vsevolodson]

Почему я считаю что тупая (лишняя) масса в плазме будет играть положительную роль? Потому что она ОХЛАЖДАЕТ плазму. Температура падает, а значит в 4-й степени падает и улет энергии из плазмы. Если вы имеете в 10 раз меньшую температурв, то потеря через тепловой рентген у вас в 10000 раз НИЖЕ!

Не думаю, что здесь можно что-то весомое выиграть.
1) Уменьшение скорости истечения до смешного. Увеличение массы дорогого топлива до хтонических масштабов (95% всей массы и более). При массе нагрузки в мегатонны и использовании в качестве топлива дорогих веществ и в виде структурированных порций звездолёт лихо выходит за рамки разумного. Иначе лететь десятки и сотни тысяч лет, вместо приемлемых пары тысяч. Лично я поставил предел итерации жизненного цикла звездолёта в 4-8 тысяч лет. Не думаю, что проживёт дольше. А ведь должен долететь за меньшее время. Не выходит.
2) Думаю, "загрязнение" плазмы просто растянет длительность термального пика, сохранив долю потерь на излучение примерно такой же.

[alex_semenov]

мда... как видно, "чистотой" плазмы взрыва много не выиграть, только пик термального излучения станет жёстче и короче (капитан очевидность)
похоже, приговор взрыволётам всё-таки подписан и обжалованию уже не подлежит
пытаться ловить рентген парусами или хитрыми зеркалами - тоже фэйл

Вы как-то резко сдаетесь.

Тут нужно очень много еще думать и искать.
Хотя в вашем случае (и случае "Дедал", "Икар" и иже с ним) возможно вы и правы.
Нельзя получить термическим нагревом скорости истечения в 10 000 км/с и выше (в 100 000 км/с) с хорошим кпд (хотя бы 30%). Свет отбирает энергию.
Но где проходит граница возможностей для термической ракеты?

На ~10 км/с (ЖРД, ЯРД) термический нагрев работает прекрасно. Спору нет.
На ~100 км/с ( "Орион"), возможно ситуация тоже будет неплохой.
Но вот мы приблизились к ~1000 км/с
Вам этой скорости истечения мало. Мне – достаточно.
Но можно ли здесь еще побороться?
Гм...
Простой взрыв бомбы дает КПД процесса термического разгона рабочей массы 10% гарантировано. Это мало. Но можно ли поднять?

(обратите внимание. Я говорю не о кпд двигателя а именно процесса. КПД двигалеля однозначно будет ниже. Разлетающуюся плазму нужно переотразить. А это 0.5-0.65 в лучшем случае. То есть при 75% эффективности нагрева рабочего тела (скажем) общий кпд лучшего двигателя будет 0.75*0.65=0,4875. А в кинетическую энергию корабля вообще превратится ... 30%.
Все еще неплохо.
Но мечтать о 75% теперь...

Гм...
То есть я все еще цепляюсь за свою схему потому что, возможно, это может быть как раз предельно возможная термическая ракета. Все что быстрей – уже несбыточная мечта. Все что медленней – более-мение реализуемо. А вот что на границе?

[vsevolodson]

Тут дело вот в чём. При скорости истечения меньше пары мегаметров в секунду нам нужно либо такое количество топлива, что придётся разорить Солнечную Систему, либо лететь время, которое превышает оценочный "срок службы" звездолёта. И это время одного перелёта уже становится сравнимо с эволюцией человека как вида, что вообще лишает смысла такой "марш-бросок".

Я уже вижу, что тяжёлый (мегатонны полезной нагрузки) минимально возможный "корабль-мир" вышел за рамки допустимых параметров. Корабль-город, обложившийся бомбами - думаю, тоже.

[alex_semenov]

Почему я считаю что тупая (лишняя) масса в плазме будет играть положительную роль? Потому что она ОХЛАЖДАЕТ плазму. Температура падает, а значит в 4-й степени падает и улет энергии из плазмы. Если вы имеете в 10 раз меньшую температурв, то потеря через тепловой рентген у вас в 10000 раз НИЖЕ!

Не думаю, что здесь можно что-то весомое выиграть.

2) Думаю, "загрязнение" плазмы просто растянет длительность термального пика, сохранив долю потерь на излучение примерно такой же.

Гм... это надо как-то количественно обосновать!
Более холодная плазма, разумеется будет расползаться медленней. Но в нашем случае это не так уж и важно.
Смотрите. Я разбавил свой заряд. У меня в 100 раз меньше энергии на кг массы чем у вас.
Корень из 100 – 10. Мой плазменный шар расползается в 10 раз медленней вашего.
А температура?
Вообще говоря ее тут очень сложно считать. Если по Больцману то температура ЛИНЕЙНО зависит от энергии, U=(3/2)NkT. И значит у меня должна быть в 100 раз ниже температура. Значит и потери 100^4= 100 000 000  раз ниже.
Это моя логика.
Но у нас не тот случай. В плазменном шаре тепловая энергия 1/10 от всей. Остальное – фотонный газ (по сути). И собственно температура шара НЕ ЗАВИСИТ от ... массы плазмы (смотрите формулы по ссылке выше).
Она зависит от плотности энергии Дж/м3.
Корень 4-й степени от плотности.
У кого плотность выше?
С одной стороны у вас плотность получается больше чем у меня (в 100 раз!). У вас нет инертной массы в заряде (у вас одно горючее). Но с другой стороны у вас более легкие материалы.
Но давайте сравним. Допустим у меня бомба сфера 0.5м массой в 1 т. Это в 4 раза выше плотности воды. У вас допустим в 10 раз меньше плотность мишени чем у меня. Но и плотность энергии в ней у вас (при вашем запросе на скорость истечения) выше (в 100 раз). То есть в моем случае я могу расчитывать на плотность энергии в 10 раз меньше.
Тогда равновесная температура у меня в 10 000 ниже чем у вас.
То есть ваш случай, на мой взгляд гарантированно безнадежный.
Но вот мой...
Он пограничный.

1) Уменьшение скорости истечения до смешного. Увеличение массы дорогого топлива до хтонических масштабов (95% всей массы и более). При массе нагрузки в мегатонны и использовании в качестве топлива дорогих веществ и в виде структурированных порций звездолёт лихо выходит за рамки разумного.

Я думаю это АБЕРРАЦИЯ взгляда на проблему. Знаете, как у неофитов. Когда они рассматривают проект Форварда то видят там 4500 Тватт лазерной мощности, сравнивают ее с энергетикой Земли и свистят удивленно. Мол, не! Не потянем!
А когда они смотрят "Дедал", они  террават не видят. Они видят тысчяи тонн топлива. Тысячи тонн чего-то там - это нормально! (не миллионы же!) Хотя если это топливо спалить в двигателе буду те же терраваты. Даже большие. Да еще, эти терроватты надо добыть на "электростанции" с яичную скорлупу.

Бомбы в моем случае это детали конструкции (по сути) из которых собирается (и разбирается) гигантский бублик.

Иначе лететь десятки и сотни тысяч лет, вместо приемлемых пары тысяч. Лично я поставил предел итерации жизненного цикла звездолёта в 4-8 тысяч лет. Не думаю, что проживёт дольше. А ведь должен долететь за меньшее время. Не выходит.

В зависимости от того куда лететь.
Вы сразу целитесь на десятки световых лет, оставив в стороне звезды поближе. Я же намерен колонизировать звездные системы. Ближайшие.

[gans2]

За пределами атмосферы взрывов не проводили. 
Какая максимальная высота взрыва была???
В реакции D+He3 протоны именно 18 МэВ- ные. Такто.