Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Парусник Форварда - это прожект, который не имеет шанса реализоваться в реальности, ИМХО.

Парусник Форварда  - это машина предельных возможностей. Круче будет только межгалактический корабль, опирающийся на запускающий его двигатель созданный самой природой (даже сверхцивилизация будет не в силах такой двигатель создать).

У него совершенно дикая плотность энергии - 5 МВт/м2! Конечно, если к такой энергии применить формулу давления ЭМ-излучения, все прекрасно полетит Но на самом деле такая мощность больше подходит для лазерной пушки из каких-нибудь звездных войн. Такая энергия будет стремиться нагреть и испарить любой материал вместо того, чтобы толкать его куда бы то ни было. Паразитка от 5 МВт будет измеряться десятками киловатт даже в самом идеальном случае. А высвечиваться они будут плохо, потому что парус не является АЧТ.

Форвард все это считал. Лэндис пересчитывал.  Фрисби тоже уточнял расчет.
Я тоже считал термодинамику. Правда у меня не получался алюминиевый парус (как у Форварда)из за высокой нагрузки в центре пятна Эйри. Но берилиевый – вполне.

Потом, сам лазер на 40 ТВт полезной мощности - опять же космооперная вундервафля. Если КПД лазера 20%, то вам требуется генерация на 200 ТВт - с десяток земных цивилизаций. И не на Земле, а на Луне, например. Значит, сама цивилизация должна быть в 100 раз мощнее нынешней. А лучше в 1000.

Разумеется машинка получается мощная. А как вы хотите отправить судно массой с ЛИНКОР на скорости в половину света? Других способов нет. Скажите спасибо что хоть какой-то более-менее здравый нарисовался!
А то что нашей цивилизации такое не под силу – так это, так сказать, повод расти над собой.
Лично я рассматриваю подобные проекты как способ увидеть облик ПРЕДЕЛЬНОЙ космической цивилизации. Ясно что технические возможности сколь угодно древней космической цивилизации не будут беспредельно расти.
Долгое время таким пределом для нас была сфера Дайсона. Но как быстро выяснилось классическая ее версия вряд ли осуществима (да и нужна ли?). А вот "гравицапа Семенова" (планетоид превращенный в излучатель для запуска звездолетов в духе форвадра) – как раз и можно рассматривать как предельную утилитарно ценную астроинженерную конструкцию.
Кстати по сравнению со сферой Дайсона гравицапа Семенова  - просто жалкая песчинка(хотя и размером больше чем Луна).

Кстати у Форварда была иная система излучателей:

И она была тоже не маленькой (создавала целое кольцо вокруг Меркурия)

А у Форварда разве не гора рожает мышь? Вон выше я описал энергетические параметры системы. А теперь смотрим на массовые параметры: 3000 тонн ПН! По отношению к затраченной энергии это мизер.

Я и говорю что в этой системе всегда гора будет рожать мышь. В  случае любого БЫСТРОГО звездолета так и будет. Нужно будет целое астросооружение чтобы запустить относительно скромную полезную нагрузку.
От закона сохранения энергии (и при заданном времени разгона чудовищной выделяющейся паразитной мощности) вы ПРИ ЛЮБОМ СПОСОБЕ ПРИВОДА ничего иного получить не сможете.

Ну так никто и не списывал "Орион" со счетов. Если я обсуждаю одну из концепций, это не значит что других для меня уже не существует. Просто нельзя же все уместить в одном посте.

У Ориона своих проблем – выше крыши. Понятно что пока о нем речи нет. Но смысл реплики вот в чем. Надо понимать о какой ВЕРСИИ будущего о какой версии цивилизации мы ведем речь, планируя межзвездный полет. А эти версии могут быть разными (при том в разноудаленном от нас будущем на разных ветках возможной истории!). И я всегда рассматриваю весь набор имеющихся конструкций в приложении к разным возможным версиям будущего. В будущем где пройдена техносингулярность, где появился ИИ и  макросаморепликаторы нет нужды в кораблях-колониях на миллионы тон в духе взрыволета Дайсона. Но если такого не случится – есть смысл рассматривать подобные колонии.
Парусник Форварда бессмысленно запускать с иной ПН кроме саморепликатора. Не стоит человеческая экспедиция в 20 человек (как это было у Форварда в романе "Мир Роша") таких энергетических усилий. Хотя роман как твердая научная фантастика мне очень понравился.

Однако ядерные испытания в космосе запрещены.

Мы такую глупость не рассматриваем. Это сиюминутная политика. И она доживает последние десятилетия (плачте о ней пока можно!). 
Там (в концепции ориона) на самом деле масса вопросов, которые можно пока что пытаться решить чисто теоретически. Так что Орион тоже остался цяцькой которую неблагодарное человечество не доносило до ума. И именно потому что тупицы правят этим миром (и ведут его к краху).

Так-то картинка, которая нарисована еще Дайсоном, весьма заманчива.

Это на самом деле ребус. "Код да Винчи"
Ну мне, во всяком случае, хочется так верить… 
Как добиться оговоренных в табличке параметров? Я  - не знаю. И никто не знает. Или знает но скрывает (то же Дайсон например). А если так, то и мы можем узнать. Просто надо включить ум и сообразительность.

И по сути она дает определенное поле для маневра. Скажем, отказываемся от предельных режимов, от разгона "с ветерком" за 10 дней. Согласны разгоняться за 50 лет. И скорость истечения вдвое уменьшим. Соответственно, конечная скорость не 10, а 5 тыс.км/с.

Разгон "без ветерка" потребует от вас непростительно длинных амортизаторов. То есть разгон с ветерком – это как раз не самое узкое место концепта. И удельная мощность звездолета тут тоже может быть сколь угодно большой. Как раз для Ориона это не проблема. Но скорость истечения – вот загвоздка где. Здесь – загадка (массовое число 3 Дайсоном задаро очень твердо!).

Все равно в этом случае укладываемся в 300 лет для пролетного зонда, и в 500 - для разгона-торможения. Что является лучшим показателем из всех реалистичных проектов.

Если бы мы могли получить для некого взрыволета 10 000 км/с (с заданным Дайсоном массовым числом 3!) можно было бы сказать, что звезды наши. Мы до них дотянулись. Гарантированно.
Мы – в смысле цивилизация подобная нам (только чуть умнее, что лечится и у нас временем и страданиями, которые уже на носу).
А для более продвинутых цивилизаций можно пытаться рассматривать и гравицапу Семенова и прочие приводы в духе Миронова (ктати концепция достойная всестороннего расмотрения здесь. Если она целяком не пройдет, то возможно из нее что-то можно выдрать полезное по частям?)

[Андрей Курилов]

Тяга не нужна, так как есть торможение об атмосферу звезды. Для большего импульса можно глубже спускаться, где плотность выше.

И будет у вас межзвездный шашлык.

Однако при спуске из космоса на Землю температура за бортом тоже весьма шашлычная. Сдаётся мне, вы просто не понимаете принципа абляционной защиты. Сами же чуть раньше говорили, что время маневра очень мало. Так вот и тепловая нагрузка будет действовать недолго. Для Солнца - около часа. Можно спастись материалами с очень малой теплопроводностью и одновременно очень высокой удельной теплотой испарения. Если в атмосфере звезды типа Солнца гасить скорость 100 км/с, то средняя перегрузка составит около 3g, т.е. ещё терпимо. На удалении это даст торможение примерно с 500 км/с.

[Андрей Курилов]

Если в атмосфере звезды типа Солнца гасить скорость 100 км/с, то средняя перегрузка составит около 3g, т.е. ещё терпимо. На удалении это даст торможение примерно с 500 км/с.

Немного соврал. Чтобы погасить скорость в 500 км/с, надо затормозиться ~ на 180 км/с в атмосфере звезды типа Солнца.

[AlexAV]

Есть ли хоть какие ни буть физические предпосылки для того чтобы мечтать о панелях которые дают 40% кпд, при рабочей температуре в 720 кельвинов.

Алмаз имеет ширину запрещённой зоны 5,4 эВ против 1,17 у кремния. В теории должен при такой температуре неплохо работать. Кроме того высока подвижность зарядов в алмазе  вполне совместима с высоким КПД. Правда в этом случае луч  должен будет передавать энергию в UVC диапазоне, для эффективного преобразования энергия квантов в луче должна быть близка к ширине запрещённой зоны. А это заметно усложнит создание фокусирующей оптики.

[sharp]

Алмаз имеет ширину запрещённой зоны 5,4 эВ против 1,17 у кремния. В теории должен при такой температуре неплохо работать. Кроме того высока подвижность зарядов в алмазе  вполне совместима с высоким КПД. Правда в этом случае луч  должен будет передавать энергию в UVC диапазоне, для эффективного преобразования энергия квантов в луче должна быть близка к ширине запрещённой зоны. А это заметно усложнит создание фокусирующей оптики.

С другой стороны, использование УФ уменьшит дифракционный предел в сравнении с оптическим диапазоном. То есть, этот вариант лучше подходит для передачи энергии на расстояние в тысячи а.е.

[LonelyWanderer]

Учёные получили вещество с отрицательной массой.
https://42.tut.by/539284
Годиться для межзвёздных путешествий, если смогут такое вещество получить в количестве, превосходящем по массе оборудование?

[LV46]

На такие исследования надо выделять отрицательные суммы грантов.

[Проходящий Кот]

Вообще-то такое вещество Герберт Уэльс получил больше ста лет назад

[AlexAV]

Учёные получили вещество с отрицательной массой.
https://42.tut.by/539284

Не вещество с отрицательной массой, а квазичастицы с отрицательной эффективной массой. А это суть большая разница.

[crazy_terraformer]

Предлагаю  гибридизацию и модификацию межзвёздного прямоточного двигателя Бассарда, лазерного паруса и ионного двигателя.
Корабль принимает энергию со стационарного лазерного массива массивом тонкоплёночных фотоприёмников. Эта энергия тратится на захват межпланетной и межзвездной плазмы, в основном водородной, ионизацию нейтральных атомов и разгон плазмы и ионов в (плазменных) ионных микродвигателях распределённых по плоскости массива фотоприёмников и захватчиков плазмы. Частично аппарат разгоняется за счёт сброса тепла и как лазерный парус.

[sharp]

гибридизацию и модификацию межзвёздного прямоточного двигателя Бассарда, лазерного паруса и ионного двигателя

Такой гибрид вряд ли сумеет совместить преимущества трех типов двигателей. Зато недостатков отгребет ото всех трех по полной Такая вот несправедливость...

[Vavanzer]

гибридизацию и модификацию межзвёздного прямоточного двигателя Бассарда, лазерного паруса и ионного двигателя

Такой гибрид вряд ли сумеет совместить преимущества трех типов двигателей. Зато недостатков отгребет ото всех трех по полной Такая вот несправедливость...

 Интересно, были ли попытки расчитать движки на сверх проводниках? Там же можно поля на несколько порядков сильнее создавать чем на медных катушках))

 И еще мысля одна, давнишняя. Всем известно, что один из ограничивающих факторов - температура, которая разрушает стенки двигателей. Но напрямую влияет на скорость истечения вещества. Максимум теоретически возможно до 10 км/с вродь сделать двиг на водороде.
 Но ведь в природе полно холодной материи, летающей со скоростью  к примеру 75 км/с. Это кометы.

Т е что если рабочее вещество разгонять в чем-то типа линейного ускорителя, и не надо никаких высоких температур. Опять же это тот же самый ионник получается по сути. 

[Андрей Курилов]

О, "специалист" пришёл...

Sent from my SM-G920F using Tapatalk

[Vavanzer]

О, "специалист" пришёл...

  Я ищу "лазейки" в нынешних техпроцессах, которыми владеем. И не люблю усложнять и без того сложную проблему всякими новомодными наворотами))))  По любому чтото еще осталось вне полезрения...

[Mercury127]

Доброго времени суток всем!
Интересная тема прочитал всю, еще прошлым летом. Честно-честно, я всю одолел! Вывод сделал унылый: хоть что-то более-менее массивное, типа человеческой тушки с СЖО, быстрее чем до 1-3 тыс км/с не разогнать никак. Т.е. 1% от с. А значит, время полета с учетом немгновенного разгона [и, возможно, торможения] - минимум тысяча лет.
Это много не только для отдельной человеческой особи, но и для цивилизации. Ибо та машинная цивилизация, что мы знаем, существует каких-то 200 лет, и экстраполировать ее развитие и тем более устойчивость на тысячи лет - грубая ошибка.
Но лететь надо. Хоть тушкой, хоть чучелом киборгом. Ибо углеводороды и уран/торий человечество, раз уж добралось до них (единственный вид на планете, который смог), все равно сожрет, а значит, следующим гипотетическим разумным видам запасов на рывок к звездам не будет. Придется им сразу изобретать телепатию мысленную телепортацию, без ядерного реактора.
Так что, гомосапиенсы, коль скоро назвались разумными, полезайте в кузов и ждите крепкого пендаля...
=====
Шутки в сторону. Перечитал вот последние страницы, и возник вопрос...

По сути потребуется лишь хороший абляционный щит с некоторым дополнительным охлаждением для торможения в верхних слоях атмосферы звезды.

Щит защищает только от набегающего газа и излучения ударной волны перед собой, которое он своим телом загораживает. А чем предлагается защищать нагрузку от излучения самой звезды? Там ведь даже от Солнца, насколько помню из этой же темы, поток 6 МВт/м², а у более горячих звезд и сотни. Минимум полчаса это будет жариться. Причем, это так будет светить полнеба, а если с заглублением в фотосферу (газ плотнее, торможение лучше) - то все 4 пи. И щит от этого излучения сзади, сбоку, сверху (и даже спереди, тк сам щит с тыла с поверхности тоже моментально прогреется до равновесной со звездой температуры, вместе с радиаторами, которыми вы хотите это все охлаждать...) никак не защитит. Это вам не холодная и прозрачная атмосфера планеты...
Если что то не так понял - прошу пояснить.

[Проходящий Кот]

Список неувязок ---- в студию.....

[Андрей Курилов]

Там ведь даже от Солнца, насколько помню из этой же темы, поток 6 МВт/м2, а у более горячих звезд и сотни. Минимум полчаса это будет жариться. Причем, это так будет светить полнеба, а если с заглублением в фотосферу (газ плотнее, торможение лучше) - то все 4 пи. И щит от этого излучения сзади, сбоку, сверху (и даже спереди, тк сам щит с тыла с поверхности тоже моментально прогреется до равновесной со звездой температуры, вместе с радиаторами, которыми вы хотите это все охлаждать...) никак не защитит. Это вам не холодная и прозрачная атмосфера планеты...
Если что то не так понял - прошу пояснить.

Спасибо человеку, честно читавшему всю тему. Это заметно.
Вопрос хороший. Зная мощность излучения звезды можно прикинуть, сколько массы в секунду квадратный метр поверхности корабля должен аблировать. Можно попробовать считать жидкий водород или углерод (из которого обычно делается абляционная защита). Чуть позже вернусь и попробую посчитать.

[Андрей Курилов]

Для водородного льда, получается, что в фотосфере корабль должен испарять 12 кг с каждого кв. м. в секунду.

Для углерода - всего 0,1 кг с кв. м. в секунду. Т.е. за полчаса каждый кв. м. должен будет испарить всего 180 кг углеродной защиты или слой толщиной всего 12 см (!). Если использовать пористые углеродные аэрогели, то толщина будет больше, но тепловая защита в целом лучше благодаря меньшей теплопроводности.

[Андрей Курилов]

Просто забей на ляпы и неувязочки тутошних Королевых и фон Браунов как они забили на твои полчаса торможения типа человеческой тушки с СЖО со скорости 1-3 тыс км/с ( перегрузки в сто или триста же - мелочь какая... )

Не читал, но осуждает. Ну бывает.
2-я космическая для Солнца - 617 км/с. Т.е. если затормозиться до скорости чуточку меньше, то, считай удалось выйти на замкнутую орбиту вокруг звезды такого типа. Теперь допустим корабль подлетает на скорости 1000 км/с. Т.е. погасить, благодаря эффекту Оберта нужно всего 400 км/с. За полчаса это равно средней перегрузке 20g. Вполне переносимо при погружении тушки в жидкость (как тут предлагали).
Сотни g - это называется сам себе придумал и сам над собой посмеялся. Молодец. Учи матчасть.

[Андрей Курилов]

На самом деле не 6 МВт/квм, а 70 при Т=6000К. Посему слой углерода при плотности 2 будет уже метра полтора. А пористый на 50% - 3 метра. И по курсу излучение от ударной волны будет иметь мощность, эквивалентную значительно более высокой Т, чем 6000К, т.е. спереди абляция будет происходить быстрее. Насколько - вопрос.