Двигатель для межзвёздных перелётов

[petrovich1964]

Да хотя бы тот же полет к Проксиме: поскольку разгон на практически реализуемых двигателях крайне медленный, фактически всю дорогу вы сначала разгоняетесь а затем тормозите. Разгонный и тормозной пути - это собственно и есть почти весь путь между двумя звездами, и от времени разгона напрямую зависит общее время полета.

Вы издеваетесь?
Говорите, что от времени разгона зависит общее время полёта, и при этом говорите, что половину пути будем разгоняться.
А не логичнее ли будет очень быстро разогнаться и лететь быстро. Чем медленно разгоняться и лететь тыщи лет потихоньку разгоняясь.

Даже не буду просить представить расчёты такого полёта, когда полпути разгоняются, а потом полпути тормозят.

[sharp]

А не логичнее ли будет очень быстро разогнаться и лететь быстро.

Тут речь же не только о логичности/нелогичности, но и о технической возможности. Хотелось бы за десяток лет разгонаться до 3000 км/с, но в реальности придется сотни лет разогняться до 1500 км/с. Такие дела.

[petrovich1964]

Тут речь же не только о логичности/нелогичности, но и о технической возможности. Хотелось бы за десяток лет разгонаться до 3000 км/с, но в реальности придется сотни лет разогняться до 1500 км/с. Такие дела.

Ээээ!
Давайте расчёты! По которым выбрасывание рабочего тела с максимальной скоростью постоянно будет хуже чем выбрасывание рабочего тела с переменной скоростью, достигающей максимальной только в конце.

[sharp]

Давайте расчёты! По которым выбрасывание рабочего тела с максимальной скоростью постоянно будет хуже чем выбрасывание рабочего тела с переменной скоростью, достигающей максимальной только в конце.

Ок, дам, но вечером. Правда все эти расчеты есть и на форуме. Дам вам лайфхак, если хотите быстренько поискать сами: открываете расширенный поиск и ищете посты пользователя alex_semenov, содержащие слово "радиатор".(не спрашивайте почему) Так вы легко найдете профильные ветки обсуждений.

Но если вкратце: удельный импульс враг тяги. Именно поэтому мы взлетаем в космос на химических ракетах, чей УИ весьма низок.

[petrovich1964]

удельный импульс враг тяги.

Жду объяснений.

Уде́льный и́мпульс — показатель эффективности реактивного двигателя.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B8%D0%BC%D0%BF%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%81

[sharp]

Жду объяснений.

Забавно что вы смотрите на прописные истины и на базовые вещи такими широко раскрытыми глазами. Ну проведем курс молодого бойца...

Под эффективностью подразумевается массовая эффективность - т.е. расход рабочего тела на единицу дельта-ве. Но никто же не гарантировал, что при этом не пострадает скорость разгона.

Объясняю на пальцах: пусть мы за секунду выпустили рабочее тело массой m со скоростью v. Импульс вылетевшего р/т и, соответственно, переданный кораблю = m*v. Кинетическая энергия вылетевшего р/т E = m*v^2/2.

Конечно, эта E не берется из ниоткуда, она определяется мощностью энергоустановки. E=W*t*n (где n - КПД энергопреобразования), то есть эта величина практически постоянная, независимо от того, каким вы решили сделать удельный импульс v.

Предположим вы подняли v в 10 раз. v' = 10*v. Вылетело при этом за секунду m' массы рабочего тела.

E' = m'*v'^2 / 2.

E' =W*t*n = E, следовательно: m' = m / 100

Итого получаем, что за секунду мы передали импульс m'*v' = 1/10*m*v. Итого, приращение импульса за секунду (т.е. тяга) упала в 10 раз.

[petrovich1964]

Под эффективностью подразумевается массовая эффективность - т.е. расход рабочего тела на единицу дельта-ве. Но никто же не гарантировал, что при этом не пострадает скорость разгона

Чо за единеца дельта ве?
Расход рабочего тела служит лишь для достижения скорости. Чем большую скорость можем получить  - тем выгоднее.

Вы что по клавиатуре барабанить ради того чтобы возразить, не поняв оппонента?

[sharp]

Вы что по клавиатуре барабанить ради того чтобы возразить, не поняв оппонента?

Я понял только то что вы не владеете и не понимаете базовую терминологию (а самое плохое - не хотите разобраться и понять), зато общаетесь в свойственном вам агрессивном тоне.

[AlexOrex]

удельный импульс враг тяги.

Жду объяснений.

Вякну с задней парты:
В основном, наши современные ракеты оптимизированы по массе. Но межзвездник, скорее всего, будет строиться с опорой на ресурсы хотя бы Луны и астероидов (или не будет строиться вообще) - проблема вывода массы рабочего тела окажется несколько смягченной. А вот экономия актиноидов топлива или особенно мощности двигателя у двигателя со скоростью истечения 1000 км/с уже может быть определяющей. УИ 1000 км/с у корабля, мучительно набирающего сравнимую скорость - это уже тяжелые реакторы и гигантские радиаторы при мизерной тяге в течение сотен лет. Особенно если двигатель ионный или другой с преобразованием энергии.
Всяких гипотетических термоядерных движков тоже касается - теоретический УИ допускает набор скорости в проценты от световой, но её просто не успеваем набрать на дистанции до Проксимы без превращения корабля в облако плазмы.
Поэтому Семенов тут много раз график энерговооруженности приводил - чем больше ватт на килограмм корабля можно выжать, тем быстрее можно долететь, при этом максимальный УИ не обязательно реализуем.

[MenFrame]

Расход рабочего тела служит лишь для достижения скорости. Чем большую скорость можем получить  - тем выгоднее.

И в чем же выгода от того что вы уйму энергии тратите на нагрев вселенной?

[sharp]

И в чем же выгода от того что вы уйму энергии тратите на нагрев вселенной?

Тепловую смерть Вселенной оттянуть))

[Андрей Астрофизический]

Чо за единеца дельта ве?
Расход рабочего тела служит лишь для достижения скорости. Чем большую скорость можем получить  - тем выгоднее.

Господи, сколько феерической неосведомленности слилось в этих двух строчках 

[Polnoch Ксю]

Но если вкратце: удельный импульс враг тяги. Именно поэтому мы взлетаем в космос на химических ракетах, чей УИ весьма низок.

Не всегда А как же газофазные ЯРД ? Ну и "Орион" (не тот, который на SLS полетит, а который взрыволёт)?

А ещё есть VASIMR: может когда нужно (например, манёвр оберта, и нужно быстро выложится в точке переапсиса) выдаст по-больше тягу, а в остальное время УИ.

[petrovich1964]

И в чем же выгода от того что вы уйму энергии тратите на нагрев вселенной?

\[ m1v1=m2v2 \]
Чем больше скорость истечения тем большую скорость ракеты получаем на кг топлива.

[sharp]

Чем больше скорость истечения тем большую скорость ракеты получаем на кг топлива.

весь вопрос: ЧТО мы идеализируем (оптимизируем)?
Традиционно (во всех букварях про ракеты) оптимизируется масса. Ракетная масса. Ее стремятся уменьшить всеми средствами. И поэтому считается, что оптимальная ракета - ракета с минимальным массовым числом (массовым совершенством).
НО!
Суть в чем? Стремясь к минимальному массовому совершенству мы совершенно НЕ ИНТЕРЕСУЕМСЯ энергетическим совершенством.
Пока мы стартуем из гравитационной ямы или летим к недалеко - к планетам своей системы, нас действительно мало волнует энергетическое совершенство (какая часть из добытой энергии превратилась в кинетическую энергию ракеты). Но когда мы переходим к дальним полетам, к звездам - ситуация меняется.
Тут выясняется, что дабы разогнать 1 кг полезной нагрузки (и потом затормозить!) до заметной части света, скажем 0.01с (3 000 км/с) оказывается,  требует много энергии!
Ну посчитайте сами. Мы прикинули что каждый человек на борту звездолета  это примерно 30 т массы (плюс еще 60 все остальное железо самого звездолета). Прикиньте энергию, которую надо затратить на разгон  массы в 90 тонн ходя бы до 3 000 км/с
Сколько?
4,05E+17 Джоулей. Это только чистая энергия (при 100% кпд привода)! Калорийность урана - 8,37E+13 Дж/кг. То есть, если у вас некий идеальный привод (кпд двигателя и движителя =1) то вам для разгона "одного космонавта" нужно 4 840 кг, почти 5 тонн. Торможение еще 5 тонн. Сколько стоит 10 тонн оружейного плутония или урана?
И это какие то вшивые 0.01с! (световой год за 100 лет!). И это при чудесном приводе!!!
То есть нам потребуется не меньше 10 тонн на человека.
А если кпд привода будет 10%? Потребуется 100 тонн.
А ески кпд привода будет 1%? Потребуется 1000 тонн на человека!
Вывод?
На таких трассах ЧТО надо оптимизировать?
Вшивое массовое совершенство?
Нафига?
Кому оно нафик упало?
Такой корабль-ракет скорей всего стартует из космоса и ее массовое число в этом случае В ПРИНЦИПЕ может быть каким угодно большим (бороться с силой тяжести его приводну не надо, надо бороться только с силой инерции). Оно может быть хоть 100 хоть 1000!
Почему? Потому что  рабочая масса стоит дешево (а она наверняка стоит очень дешево) и добыть ее наверняка можно где-то там, в космосе. Скажем на Луне или на Церере. Верх кретинизма - тараканить  ее из глубокой гравитационной ямы Земли!
И какой смысл в этом случае экономить именно массу?
Масса баков? А они понадобятся?
А вот энергия (энергоноситель) всегда будет КРАЙНЕ дорог. Запредельно дорог. И экономить надо именно его.
Неужели это не понятно?
Значит? Значит межзвездный корабль должен оптимизироваться ТОЛЬКО энергетически. А значит,  для него надо максимизировать суммарный КПД привода.
Все! Вердикт! Обжалованию не подлежит!
Других мнений быть и не может!

[petrovich1964]

Начальная скорость v0=1м/с.
Масса ракеты 5, масса рабочего тела 5.
v0=1
m0=5+5
Пусть у нас на ракете есть батарейка, энергией которой мы выкидываем гирьки массой в 1. Гирьки и будут рабочим телом. Выкидываем первую гирьку со скоростью равной скорости ракеты v1
v1=m2v2/m1
m1=9
v2=1
E=mv^2/2
затратили энергии на выбрасывание первой гирьки Е1
E1=05
прирост скорости ракеты dV
dV1=0,11111111111111111111111111111111
Итак скорость ракеты стала
v1=1,1111111111111111111111111111111
m1=8
снова выбрасываем гирьку со скоростью равной скорости ракеты
v2=1,1111111111111111111111111111111
расход энергии возрастает на выбрасывание второй гирьки
E2=0,61728395061728395061728395061716
Суммарно мы уже потратили
S=1,1172839506172839506172839506172
dv1=0,13888888888888888888888888888889
v1=1,25
m1=7
v2=1,25
E3= 0,78125
S= 1,898533950617283950617283950617
dv1=0,17857142857142857142857142857143
v1=1,4285714285714285714285714285714
m1=6
v2=1,4285714285714285714285714285714
E4=1,0204081632653061224489795918361
S=2,9189421138825900730662635424531
dv1=0,23809523809523809523809523809524
v1=1,6666666666666666666666666666667
m1=5
v2=1,6666666666666666666666666666667
E5=1,3888888888888888888888888888878
S=4,3078310027714789619551524313409
dv1=0,33333333333333333333333333333333
v1=2
Итого окончательная скорость ракеты 2м/с, израсходовали энергии 4,3078310027714789619551524313409

Теперь при тех же условиях тратим энергию на то чтобы сразу все гирьки кинуть с максимально возможной скоростью.
v0=1
M0=5+5
На какую скорость истечения у нас хватит той же энергии?
v^2=E*2/m
V2^2=1,7231324011085915847820609725364
dV1=v2 = 1,3126813783658971311498944193723

 И мы имеем окончательную скорость V1=2,3126813783658971311498944193723  м/с.

[sharp]

Пусть у нас на ракете есть батарейка, энергией которой мы выкидываем гирьки массой в 1.

Слушайте а давайте без гирек. Если вы не в курсе существования формулы Циолковского, идите изучайте.

Теперь при тех же условиях тратим энергию на то чтобы сразу все гирьки кинуть с максимально возможной скоростью.

А это вообще бессмысленный пример, поскольку для реальной ракеты сие неосуществимо, мощности не хватит.

[Андрей Астрофизический]

гирьки

И расписывание никому нафиг не упершихся 100500 знаков после запятой в изначально не к месту затеянных рассуждениях, не помогут вам опровергнуть существующие законы физики.
Идите читать Циолковского, он все это посчитал лучше вас.

[petrovich1964]

Где I это удельный импульс.

Чем больше удельный импульс, тем меньше топлива надо потратить, чтобы получить определённое количество движения. Теоретически удельный импульс равен скорости истечения продуктов сгорания,
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B8%D0%BC%D0%BF%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%81

То есть чем выше скорость истечения тем большую скорость получит ракета от одного и той же массы топлива.
Отсюда следует, что разговоры про "идеальную ракету" у которой скорость истечения равна скорости ракеты - не имеют смысла. Так как в начале скорость ракеты мала и у нас будет маленький удельный импульс.

[sharp]

То есть чем выше скорость истечения тем большую скорость получит ракета от одного и той же массы топлива.
Отсюда следует, что разговоры про "идеальную ракету" у которой скорость истечения равна скорости ракеты - не имеют смысла.

Вам же раз 15 объяснили, что имеют значение не только расход массы, но и энергозатраты, которые зачастую равносильны затратам времени. При реалистичной мощности реактора и двигателя, на скорости истечения 1000 км/с вы сможете ежесекундно выкидывать слишком маленькую массу рабочего тела, ввиду чего тяга будет низкой и разгон будет крайне медленным.

Поэтому нужно оптимизировать - находить компромисс между начальной массой и временем на разгон.