Двигатель для межзвёздных перелётов

[sharp]

И вот это парадоксальное противоречие сделает космические полёты, по крайней мере реактивные, на традиционных, ракетных двигателях, весьма затруднительным делом...

Жаль, что всего того, к чему нас приучила фантастика, что пшшшш - и корабль пошёл туда, пшшшш - развернулся и пошёл обратно, за 5 минут он слетал и вернулся - такого не будет. Того, чего вытворяют в атмосфере наши современные реактивные самолёты - в космосе не будет...

Так и есть, да. Хорошо бы это выжечь где-нибудь красными буквами. Потому как народ в своей массе, например, воротит нос от ЭРД - "слишком малая тяга", говорят. И приходится постоянно объяснять, что малая тяга - это и есть плата за высокий УИ! Ионник или плазменный двигатель сам по себе выдает практически максимум физически возможного (КПД около 80 % ) . Мечтать о высоком УИ при высокой тяге и при этом умеренной мощности - это эквивалентно мечтаниям о КПД много больше 100%, то есть о вечном двигателе.

То есть, остается только один вопрос: до какого предела можно повысить W - исходную мощность, потребляемую двигателем? Причем разумеется, по факту интересна именно мощность на единицу массы корабля. Предлагаю вам поразмышлять об этой проблеме (мог бы конечно дать ссылки, но сразу давать правильный ответ неинтересно)).

[Андрей Курилов]

Переоткрытие некоторых из основных тезисов по 10-му кругу

[bob]

Мечтать о высоком УИ при высокой тяге и при этом умеренной мощности - это эквивалентно мечтаниям о КПД много больше 100%, то есть о вечном двигателе.

А зачем умеренная мощность? Важен коэффициент преобразования электрической энергии в механическую. Для большинства задач просто нужен ЭРД большой тяги, даже если он будет не очень эффективен. У двигателей малой тяги есть два минуса: невозможность старта с планет и невозможность применения эффекта Оберта вблизи планет. Потому, что они слишком медленно газуют и требуют хорошего вакуума. Нужен ЭРД большой тяги, причём не плазменный, который работал бы при высоком давлении и в атмосферах. Говоря в терминах Ивана Антоновича - нужен анамезонный двигатель. Не солнечные паруса, не антивещество и не гипердрайвы. Нам опять не хватает анамезона для взлёта.

[sharp]

Переоткрытие некоторых из основных тезисов по 10-му кругу

Как видим, повторение никогда не бывает лишним, раз даже такой старожил как bob, задает, можно сказать, базовые вопросы
У меня была мысль расписать FAQ по мотивам ваших с Семеновым обсуждений в разных темах. Но потом энтузиазма не хватило

А зачем умеренная мощность?

Затем, что другой в космическом корабле у вас и не будет. Чем больше мощность - тем больше тепла требуется отводить - растет масса радиаторов и следовательно общая масса корабля.
Легко запустить в космос реактор мощностью хоть 1 ГВт. Однако тяжело будет сделать, чтобы корабль, который на нем полетит, весил меньше 1000 тонн.

Для большинства задач просто нужен ЭРД большой тяги

Большой-малый - понятия относительные. Килоньютон - это большая тяга для зонда вроде "горизонтов", но для колонизаторского корабля массой 100 тыс.тонн она уже выглядит достаточно малой. Поэтому логично говорить об удельной тяге - Н/кг сухой массы корабля.
Далее повторяем еще простую как пробка раз формулу (чтобы было понятней, указал скорость истечения буквой I как удельный импульс).
F = 2*W/ I

И из нее следует, что при известном I, удельная тяга жестко привязана к удельной мощности.
Допустим, I = 100 км/с, а W = 1000 Вт. Тогда F = 2000 /100000 = 0,02 Н!

Это не значит, что тяга всего двигателя 0,02 Н. Тяга может быть и 20 кН, однако на каждый килограмм корабля будет приходиться всего 0,02 Н, и ускорение будет соответствующим.
Так что не гоняйтесь за анамезонными движками, все что вам нужно - это повышение W при неизменной массе корабля.

[crazy_terraformer]

"Ложную слепоту" начал читать, так там они рабочее тело для двигателя собирают с помощью магнитного поля, а энергию получают от лазерного массива в короне Солнца вместе с квантовыми спецификациями частиц, правда несколько непонятно пока для чего, то ли для конверсии материи в антиматерию, а потом для аннигиляции её в двигателе, то ли для калибровки магнитного поля для отлова только античастиц и определённых изотопов. Шаманизм какой-то.

[snickers]

Вот что действительно проблема так это ограниченный ресурс любого реактора.

Думаю проблема в мощности реактора... Вот взял тут  формулу - E = mv2 / 2-- если ее покрутить то мы можем рассчитать необходимую мощность для  разгона необходимой массы на определенную скорость.. а теперь возьмем реактор.. ну ВВЭР 1000 )) брать смысла нет ибо он не для космоса.. возьмем что то попроще.. типа реактора с авианосца Gerald R. Ford  реактор A1B - 700 МВт из которых электрической только 300 остальное тепловая..
А сам папелац с таким реактором пусть весит ну .. 100 тонн.. Срок работы на заправке около 40 лет. .. вот имеем 100 тонн и 300МВт на 40 лет...Упростим задачу и уберем рабочее тело.. возьмем EmDrive.. представим что он работает).  Че там в ВиКми по нему есть --  1,2 ± 0,1 мН/кВт в вакууме.. вот и посчитайте сколько EmDrive даст тяги при 300МВт ...а если точнее при 250МВт максимум.. ибо КПД реактора да и потери а еще самому КА надо... и на сколько это раскочегарит наш папелац...
PS А ничего совершеннее у нас нет... все эти термоядреные штуки только фантастика.. Я привел реактор A1B потому, что у него наверно один их лучших коэфициентов масса/энерговыделение.

[sharp]

возьмем EmDrive.. представим что он работает

Учитывая что новостей по нему нет 100 лет в обед - тему решили по-тихому слить, чтобы никого в неловкое положение не ставить

Че там в ВиКми по нему есть --  1,2 ± 0,1 мН/кВт в вакууме.. вот и посчитайте сколько EmDrive даст тяги при 300МВт ...а если точнее при 250МВт максимум..

При 250 МВт будет 250 Н.
Масса корабля 100000 кг, то есть ускорение 250/100000 = 0,0025 м/с.
Время разгона 40 лет. 0,0025*86400*365*40 = 3163600 м/с = 3163 км/с (!)
Кинетическая энергия = mv^2/2 = 100000/2 * 3163000^2 = 5E17 Дж.

При этом реактор за 40 лет выработал 250 МВт * 86400*365*40 = 3,2E17 Дж.

КПД = 5 / 3,2 = 156% (!!).

Что может означать КПД > 100%? только то, что эта штука не работает.

[snickers]

Время разгона 40 лет. 0,0025*86400*365*40 = 3163600 м/с = 3163 км/с (!)

Ну и какой это звездолет с такой скоростью??
300 000 км/сек / 3163 км/с = 94,8  то есть имеем 1св.год за 98 лет до системы Центавра 4+ св/лет * 98 = 400+ лет пилить надо...
Пилотируемый полет невозможен ..а автоматический корабль не представляет интереса ввиду очень долгого ожидания результатов..
Но основная мысль моя не в этом, а в том, что у нас просто нет источников энергии для межзвездного полета... не про двигатель, а про источник энергии думать тут надо..

[MenFrame]

.а автоматический корабль не представляет интереса ввиду очень долгого ожидания результатов..

Школьники как всегда против, это только старцы сажают дерево с которого не когда не попробуют плодов.

[snickers]

только старцы сажают дерево

Старость вещь такая ,  придет гарантированно, но не обязательно с мудростью... звездолет отправленный позже, но с более мощной энергоустановкой прилетит быстрее..

[sharp]

Но основная мысль моя не в этом, а в том, что у нас просто нет источников энергии для межзвездного полета... не про двигатель, а про источник энергии думать тут надо..

Именно. Эта мысль - прямо-таки первая заповедь Семенова

Как упаковать больше мощности в меньшую массу - вот в чем один из главных вопросов. Но это только пол-проблемы. Допустим, вы сумели сделать супер-реактор, который весит 1 тонну, и дает 1 ГВт тепловой мощности. Решает ли это проблему? Нет - потому что даже при самом лучшем КПД вам придется сбрасывать 200-300 МВт паразитного тепла в космос. Сбрасывать можно только излучением, мощность сброса зависит от температуры и площади радиатора - то есть по факту нужна масса. И согласно подсчетам которые здесь делались ранее, предел возможностей радиаторов - 5 кВт / кг... Следовательно, в самом идеальном случае радиаторная система будет весить 50 тонн (радиаторы+контур охлаждения).

Следовательно, в целом удельная мощность энергоустановки с контуром охлаждения - лишь 20 кВт/кг, что в любом случае выльется в сотни лет до ближайшей звезды.

Пилотируемый полет невозможен

Корабли поколений?

[MenFrame]

.. звездолет отправленный позже, но с более мощной энергоустановкой прилетит быстрее..

Это если законы физики, техники позволяют.

[Андрей Курилов]

Именно. Эта мысль - прямо-таки первая заповедь Семенова 

Мне кажется вы ему приписываете лишнего. Плотности упаковки энергии достаточные для междузвёздных перелётов даже у некоторых радиоактивных изотопов. Ну сделаем мы корабль из плутония, будет у него удельная мощность огого. Дальше то что? И заповеди нужно искать не у Семёнова, а в термодинамике. Одной только плотности энергии недостаточно, если выделять вы её собираетесь в тепловом (хаотичном) виде. Вам нужно её ещё направить в полезное русло, сопло, нужную сторону и т.п. И вот здесь уже начинаются термодинамические проблемы.

Следовательно, в целом удельная мощность энергоустановки с контуром охлаждения - лишь 20 кВт/кг, что в любом случае выльется в сотни лет до ближайшей звезды.

Вы слишком оптимистичны

[Андрей Курилов]

.. звездолет отправленный позже, но с более мощной энергоустановкой прилетит быстрее..

Это если законы физики, техники позволяют.

Да, эта мантра, повторённая более 9к раз в этой теме, по сути является упованием на будущее (которое может оказаться внезапно не таким, как ожидалось) и перекладыванием ответственности на будущие поколения для успокоения и усыпления собственного разума, который иногда устраивает лёгкий дискомфорт из-за отсутствия настоящей работы. Этому жадному разуму, который хочет решить самые фундаментальные и страшные проблемы тысячалетий, нужно иногда скармливать пилюлю (потом придумают чо побыстрее, нет смысла заморачиваться сейчас) и если разум не слишком силён, то он таки успокоится на время.

[sharp]

Одной только плотности энергии недостаточно, если выделять вы её собираетесь в тепловом (хаотичном) виде. Вам нужно её ещё направить в полезное русло, сопло, нужную сторону и т.п. И вот здесь уже начинаются термодинамические проблемы.

В принципе, именно об этом я и написал далее в посте, только упрощенно.

Вы слишком оптимистичны

Да, это намеренный оптимизм, с допущением что техника будущего шагнет вперед по сравнению с нынешней - в физически реалистичных пределах.

[snickers]

Это если законы физики, техники позволяют.

Даже заменив ядерный реактор на термоядерный уже получим прирост при массе в те же 100 тонн имея энергию не 250МВт как с реактора ядерного а 750 к примеру прилетим в два+  раза быстрее.. не 400+ а 200+ лет.. так что лет 100 на разработку термоядерного реактора имеем))  ... что тут "позволять"... ну а дальше да тупик... хз там с антиматерией реактором.. это пока научная фантастика.. может что то в энергоплане нароют в темной материи.. эта штука вроде как может аннигилировать тоже...

Корабли поколений?

400+ лет в 100 тонном папелаце.. поколения??

Вам нужно её ещё направить в полезное русло, сопло, нужную сторону и т.п.

Вояджеры.. изменение траектории из за теплового излучения РИТЭГ-а КА. Тепловое излучение можно использовать как бонус к ускорению... в теории..))

[snickers]

А как насчет такой идей - эффекте Мейснера.. это выталкивание магнитного поля из сверхпроводника..  магнитное поле в СС есть и как самого собственно Солнца так и планет   Земли например  или Юпитера и пр... что если корабль сделать.. хотя бы корпус из сверхпроводника??
 Ну даже не весь а какие то части... по идее их должно начать выталкивать из магнитного поля планеты/звезды/галактики...?

[sharp]

Даже заменив ядерный реактор на термоядерный уже получим прирост при массе в те же 100 тонн имея энергию не 250МВт как с реактора ядерного а 750 к примеру прилетим в два+  раза быстрее..

Ошибочка вышла. На самом деле чтобы прилететь в 2 раза быстрее, нужно энерговооруженность нарастить в 10 раз. Такой вот парадокс ракетных перелетов.

400+ лет в 100 тонном папелаце.. поколения??

Берите 100000 тонн, и энергию, к примеру, тоже на 3 порядка бОльшую.

[MenFrame]

Даже заменив ядерный реактор на термоядерный уже получим прирост при массе

Прирост в массе конечно получим. Гигаватный атомный реактор конечно значительно легче, такого же термоядерного реактора.

[Инопланетянин]

по идее их должно начать выталкивать из магнитного поля планеты/звезды/галактики...?

Но только очень слабо. Имхо, даже у ионника тяга больше будет.