Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

При черноте радиатора 0.9 (а почему бы и нет?) при почти том же радиаторе (15,5 км в диаметре) можно иметь 3500 Ватт/м2 (0.88 кг/м2 радиатора)
А это… по моей формуле…

2 751 776 м/с

Надо поделить ее пополам (разгон же и торможение у цели). Итого крейсерская скорость перелета
0,004586293 на 10 св. лет (разгон-торможение 10% времени). То есть вся экспедиция длится примерно 2200 лет.

220 лет двигателе в режиме разгон и торможение.

Я думаю это МАКСИМАЛЬНО возможное для классического ионного звездолета.

[Проходящий Кот]

По мере развития горизонт высших возможностей сужается.
Вот и в галактоходах либо парус , либо ионник, либо термоядерные взрывы.....



На время инерционного полета радиатор придется демонтировать иначе его съест межзвездная среда

[alex_semenov]

По мере развития горизонт высших возможностей сужается.
Вот и в галактоходах либо парус, либо ионник, либо термоядерные взрывы...

Со взрывами проблем очень много. Парусник тяжелым быть не может.

На время инерционного полета радиатор придется демонтировать иначе его съест межзвездная среда

Если это твердотельная конструкция. Радиатором может быть облако капелек теплоносителя, удерживаемое статическим или магнитным полем (например). Ускорение корабля - мизерное.
Еще. Ионная тяга хороша тем, что ее можно (и неизбежно придется) сделать "сотовой". Собрать из множества самостоятельных модулей. Это делает корабль абсолютно надежным. В течении сотни лет работы двигателя, отдельные его "соты" будут выключены на профилактику или даже демонтаж и установку новых переработанных узлов.
В случае взрыволета такое в принципе невозможно. Взрыволету нужна одна камера сгорания. И чем крупнее - тем лучше.

[Проходящий Кот]

По мере развития горизонт высших возможностей сужается.
Вот и в галактоходах либо парус, либо ионник, либо термоядерные взрывы...

Со взрывами проблем очень много. Парусник тяжелым быть не может.

На время инерционного полета радиатор придется демонтировать иначе его съест межзвездная среда

Если это твердотельная конструкция. Радиатором может быть облако капелек теплоносителя, удерживаемое статическим или магнитным полем (например). Ускорение корабля - мизерное.
Еще. Ионная тяга хороша тем, что ее можно (и неизбежно придется) сделать "сотовой". Собрать из множества самостоятельных модулей. Это делает корабль абсолютно надежным. В течении сотни лет работы двигателя, отдельные его "соты" будут выключены на профилактику или даже демонтаж и установку новых переработанных узлов.
....

То есть получается Эскадра Ивана Моисеева..

[alex_semenov]

То есть получается Эскадра Ивана Моисеева..

Не совсем. Все-таки корабль будет иметь механическую целостность. Так удобней. На мой взгляд. Скажем бороться с пажаром в некоторой части корабля.

[alex_semenov]

Расчеты без картинок - слова на ветер!

Подходящей картинки нет.
Но есть близкая по смыслу.



Это корабль-колония землян из мультика "Битва за планету Терру",
Крупней:
http://dreamworlds.ru/uploads/posts/2011-05/1304476090_kinopoisk.ru-battle-for-terra-897236.jpg

Что-то подобное мыслится мною и в случае ионного звездолета.
Но начертить пока не могу…

Я бы во веки веков не стал бы смотреть этот мультик, но так получилось что на моей старенькой видеокарте это первый 3D-фильм который идет без тормозов (и вообще увиденный мной от начала до конца 3D фильм) и я смог насладиться своим новым монитором.
Хотя сюжет детский. Разумеется. Но отмечу то, что мне тут очень сильно понравилось. Люди прилетели к конфликтной планете именно на корабле поколений. И сюжет никапельни не пострадал "от этого". Напротив. Если посудить с позиции писателя-сценариста... Да какая разница какой нынче век от рождества христова? Каждый живет здесь и сейчас! В огромной вселенной. Где есть там и живет.

[alex_semenov]

В случае взрыволета такое в принципе невозможно. Взрыволету нужна одна камера сгорания. И чем крупнее - тем лучше.

Еще одно важное достоинство ионной тяги - ПЛАВНОСТЬ ХОДА.
У взрыволета с амортизацией - целая гора проблем и рисков.
Прочность конструкции - отдельная морока.
Колония на ионной тяге может быть крайне хрупким сооружением. Можно прикинуть ускорение за 200 лет… Но думаю и так ясно что на уровне неощутимого будет.

[Okub62]

Почему-то думается, что надо делать так, чтобы ускорение по-любому выходило 1g (9,8 м/с²). Чтобы людям внутри для здоровья меньше вреда от полёта приключалось).

[vsevolodson]

Так, я вижу в моё отсутствие в теме про взрыволёты уже сделали из ионника панацею 
Ну чтож, сейчас исправим 

Александр здесь сказал, что у "последней надежды взрыволёта" - орионоподобного, что толкается не столько плазмой в магнитном сопле, а абляцией щита, будет скорость выхлопа меньше, чем у стационарного ЯРД с водородным рабочим телом. Так то оно так. Я сегодня рассчитал кое-что орионское, из этого следует ряд выводов:

- чем меньше проникающая способность излучения т/я-вспышки, тем лучше, более тонкий слой щита аблирует и в него закачивается больше энергии (т.е. больше скорость истечения "паров");
- чем жёстче излученье т/я-вспышки, тем больше проникающая способность, т.е. излучение надо бы помягче, что достигается уменьшением коэффициента выгорания т/я-топлива (разумно 5..25 %);
- обыкновенная скальная порода является достаточно дешёвым и эффективным абляционным щитом, откуда следует, что в качестве щита, а заодно и рабочего тела мы можем использовать обычный астероид;
- скорость истечения для скальной породы получается всего 6 км/с, что, действительно меньше 12км/с у ЯРД с водородным рабочим телом;
- водород дорог и в свободном виде лежит в гравиямах, торий/уран для него - ещё во много раз дороже;

Соотношение массы астероида-щита-рабочеготела и полезной нагрузки составляет около 1000 (1Гт испаряемой скалы супротив 1Мт конечной массы). По формуле Циолковского получаем дельта-ве: 41 км/с. И это всё равно чуть меньше пекулярных скоростей звёзд в окрестностях Солнца, несмотря на то, что в каждый килограмм скалы мы запихали много ватт...

Итого, для взрыволёта ничего не остаётся, как отапливать вселенную живительным рентгеном 

_________________________________________________ _________________________________________________ __________________

Александр, а теперь о ваших ионниках. В ваших оценках нет важнейшей детали - реактора, т.е. собственно тепловой машины, что питает ионник. Вы оставили вопрос добычи энергии за скобками и получили неплохой такой даже движок. Ну что же, неудивительно. Только вот радиаторы реактора будут больше, чем радиаторы запитываемого реактором ионника...

[Кремальера]

Я себя не стану уважать, если мне расскажут как надо летать между звездами. Вслед за Борис Натанычем я не жду и не хочу получать подсказок с неба!!! Нафик такие звезды мне нужны?!!! Я хочу сам сделать свои крылья и сам полететь на свой страх и риск!

В вас я как раз то и не сомневаюсь.Сам на свой страх и риск?Уже наверное,нет-ваши(и не только) корабли-достояние всех сетевых звездоплавателей. :DВы УЖЕ построили звездолет-можно венчурный фонд даже не созывать и не копить,как я предлагал,идеи и технологии десятилетиями передавая их от поколения к поколению..В этой связи,мне просто интересно: кому лет через сто достанутся архивы с серверов этого форума-люди ведь могут просто ахнуть? ???Ведь от многих тем тут пахнет качественной хорошо проработанной леонардовщиной.У меня есть опасения другого рода-простой обыватель(вроде меня)может попросту и не дождаться когда человечество своими мозгами дойдет до полного понимания межзвездного перелета.Многие просто ленятся,а кто-то связан бытом настолько , :-[что не в состоянии поднять голову к звездам.Скатимся как кто-то говорил выше в викторианскую стим-эру(в лучшем случае)а то и еще чего похуже.А звезды реально могут отвлечь(как и в лучшую так и в худшую сторону )человека от обыденности.А по поводу радиатора в виде облака из взвеси жидкого металла:нельзя ли для звездовоза,разогретые газы под давлением(не обязательно металл)пускать в виде капель по длинным каналам вытянутым по поверхности самого тора("бублик" то не маленький)-возможно успеет охладится-и собирать в ловушки?
Что-же касается 22 веков в экспедиции-это все равно будет тяжело переносится поколениями экипажа которые никогда так и не увидят цели.Чтобы их сплотить придется придумать какой-нибудь жестокий культ по типу космического вуду или же демонтировать из памяти все раздражающее "блоки".Но лучше всего -это конечно анабиоз, о котором мы опять таки мало что знаем-придется учится у евражек.

[vsevolodson]

Ещё раз. Вернёмся дружно к взрыволётам и перестанем оффтопить
Энергия у нас используется ядерная в импульсном режиме. Почему не получится. Тория/урана - слишком мало. Термоядерные взрывы тоже не прокатывают. Корень зла - ~3/4 энергии уйдёт в излучение. Парус надувать не получится, теряем импульс. Абляция тоже не подходит, так как Циолковский не одобряет. Всё, приехали опять.

Проблема сродни проблеме вывода спутников на земную орбиту. Приходится строить громоздкие ракеты, с очень уж большим соотношением массы к полезной нагрузки. Ничего лучше не предвидится. Также и в случае с "выводом" за пределы Солнечной Системы. Любые скорости истечения будут заведомо на порядок меньше "3й космической".

Остаются фрические безумия, вроде космического лифта, межгалактического гипердрайва, парусов, межзвёздных ионников и чернодырных приводов, в которых непонятно на что крепить эту самую чёрную дыру За пределами пояса Койпера - дороги больше нет. Обрыв.

[alex_semenov]

Почему-то думается, что надо делать так, чтобы ускорение по-любому выходило 1g (9,8 м/с²). Чтобы людям внутри для здоровья меньше вреда от полёта приключалось).

Давайте посчитаем ваше пожелание!
Масса корабля?
Не важно. Мы будем считать удельные ватты на кг.
Скорость, конечная?
v- ?
Для примера берем v=0.005c (очень скромно).
Значит, скрасть истечения u~v (это еще Циолковский говорил, Дайсон повторил а я уточнил до 0.62. Сам для себя, разумеется)

u ~0.005с =1 500 000 м/с

Удельная тяга? F=a*m  m =1 (на килограмм пустого корабля) a =9,8 м/с
Теперь самая главная и простая формула.
Для тех кто не знал - откровение.

Мощность ракетного двигателя W равна произведению тяги F на скорость истечения u

W= F*u=a*m*u  (можно проверить по размерности входящих величин)

В нашем случае все приведено к килограмму то есть мы считаем удельную мощность. На один кг.

W/m = 1 500 000 *9,8 = 14 700 000 Ватт/кг

Удельная мощность вашей пустой ракеты должна быть 14.7 МВт/кг
При этом. В начале ракета тяжелее в 5 раз (На 1 кг пустой ракеты оптимально иметь 4 кг рабочей массы).
Это значит что 1g вы будете иметь только в конце разгона. А в начале будете иметь 1/5 от комфортной. Комфорта все равно не будет.
Еще. Это только разгон.
Но если предусмотреть и торможение, то удельная мощность получается еще в 2 раза больше.

Под 30 МВт/кг

Вы можете привести хоть какое-то устройство с такой удельной энерговооруженностью (постоянной)?
С десятой от нее?
С сотой?
Для того, чтобы эта цифра обрела какой-то зримый смысл, рекордные 300-500 Квт/кг имеют ракеты на ЖРД . Это в 100 раз меньше необходимой по нашему расчету.

Все настолько просто что даже обидно.

[alex_semenov]

Ещё раз. Вернёмся дружно к взрыволётам и перестанем оффтопить
Энергия у нас используется ядерная в импульсном режиме. Почему не получится. Тория/урана - слишком мало. Термоядерные взрывы тоже не прокатывают. Корень зла - ~3/4 энергии уйдёт в излучение. Парус надувать не получится, теряем импульс. Абляция тоже не подходит, так как Циолковский не одобряет. Всё, приехали опять.

Вообще говоря в случае именно БОМБ "британские ученые" предлагают помучаться…
Но результаты мучений пока у них слегка засекречены. Как не вполне обоснованный бред…

Остаются фрические безумия, вроде космического лифта, межгалактического гипердрайва, парусов, межзвёздных ионников и чернодырных приводов, в которых непонятно на что крепить эту самую чёрную дыру За пределами пояса Койпера - дороги больше нет. Обрыв.

Чернодырочный привод - это для красоты. Для массовки! Забудет о нем здесь!
Ионник с бортовым генераором мы уже, считай научились разгонять до 0.005с!
Но если вам неймется запустить что то побыстрей то можно  же идею и развить. Ионник +  внешний источник энергии!
Кстати.
Когда-то в голу 2001-м в Сети я встречал английский сайт где эта идея считалась именно для тяжеленной КОЛОНИИ на много тысяч человек.
Суть в чем?
Все системы передачи энергии по лучу отличаются абсолютной невозможностью масштабироваться.
Если у вас маленькая цель (пятно фокусировки) то вам нужно иметь колоссальную линзу.
А вот если у вас цель ОГРОМНА, то линза получается не столь страшная.
То есть для таких систем огромадный корабль даже лучше.
(вспомните дайсоншип!)
В случае если вы запускаете гигантский звездолет с гигантской приемной антенной, то передающая может быть соизмеримого размера (тогда вопли мол, нужны астросооружения как бы отпадают. Нужно сооружение сопостовимых с кораблем размеров всего лишь!). При этом, в случае кораблей особо крупных размеров вы можете пользоваться даже  микроволнами.
Это значит, что ваш канал связи может иметь очень высокую эффективность передачи энергии.
Особенно приемник. Это так называемая ректена. Антенна с полупроводниковыми элементами в узлах сетки. Легко получается 80% и при усердии можно получить до 90% (при этом не все 10% поглощаются. Большая часть отражается назад, рассеивается!)

Идея автора была в том чтобы построить на низкой орбите у Солнца гигантскую электростанцию, которая выработает кошмарное количество энергии, которое превратится в микроволновый луч, который гигантской антенной направится на гигантскую ректену корабля-колонии, которая примет эту энергию, превратит ее в ток и пустит на ионные двигатели.
Вообще говоря источником энергии не обязана быть Солнце. Любой удобный источник.

Так как генератор, тепловые процессы и прочая фигня у вас исключена из m звездолета, то вы получаете очень даже приличную удельную мощность в итое. Ну и разумеется конечную скорость, считай по желанию. Не помню сколько хотел автор? Но не меньше 0.1с - точно.
Проблема торможения тоже решалась тем же способом почти что и у Форворда. Но изящней. У антенной системы (в отлии от светового паруса) не важно откуда идет луч. Вы поворачиваете двигатели у цели на 180 градусов и продолжая ловить луч от Солнца  - тормозите.

В общем. Есть прекрасное решение для тех кто сильно торопится:

Если вы уберете самую вредную часть энергосистемы с борта корабля, вы можете разгоняться и разгоняться!

[Okub62]

...

Вы можете привести хоть какое-то устройство с такой удельной энерговооруженностью (постоянной)?
С десятой от нее?
С сотой?
Для того, чтобы эта цифра обрела какой-то зримый смысл, рекордные 300-500 Квт/кг имеют ракеты на ЖРД . Это в 100 раз меньше необходимой по нашему расчету.

Все настолько просто что даже обидно.

1) При полёте практически в невесомости организмы космонавтов за годы полёта деградируют, и они все вымрут, так, что искать надо моторы, дающие нужную мощу.
2) С учётом того, что двигателей для "корабля поколений" не существует вообще никаких, кроме фантастических, всё не так уж и страшно.
3) Тем не менее при взлёте на современных ЖРД космонавты могут испытать 4g (на "Союза"), недолго правда.
?

P.S. В принципе, я не спорю, так, пришло в голову.

[alex_semenov]

Александр, а теперь о ваших ионниках. В ваших оценках нет важнейшей детали - реактора, т.е. собственно тепловой машины, что питает ионник. Вы оставили вопрос добычи энергии за скобками и получили неплохой такой даже движок. Ну что же, неудивительно. Только вот радиаторы реактора будут больше, чем радиаторы запитываемого реактором ионника...

Нет нет! Я как раз и считал именно радиаторы реактора!!!
Потому что сам реактор - это действительно не проблема.
Посмотрите любой проект ионного корабля.
Реактор очень компактен. В нем основная масса - масса радиационной защиты. И кстати, чем массивней у вас корабль, тем ПЛЕВЕЕ становится доля этой массы в энергоустановке. Закон соотношения квадратов поверхности к кубам объема.
Поэтому я вопрос о реакторах для колонии и не поднимал.
Главный ограничитель удельной мощности ядерного ионника - радиатор. И радиатор у меня получился на самом деле очень огромный Диск в 15 км в диаметре. И очень напряженный по массе. Менее 1 кг на м2.
Это по сути фантастика.

[L_Pt]

Сделал прикидку.
Смотрите.
Пускай температура в реакторе 1100 С. Пускай температура радиатора 350 С

Температуру как реактора так и радиатора можно существенно увеличить.

[Проходящий Кот]

Сделал прикидку.
Смотрите.
Пускай температура в реакторе 1100 С. Пускай температура радиатора 350 С

Температуру как реактора так и радиатора можно существенно увеличить.

Нейтрид не предлагать.....

[gans2]

Температуру как реактора так и радиатора можно существенно увеличить.

Охлаждение условно не показано. Вещество условно не превращается в плазму ни при какой температуре....
ЧТо они здесь делают?

[L_Pt]

Нейтрид не предлагать.....

Не знаю что такое нейтрид. Но реакторы на солевых расплавах вполне могут поддерживать температуру вые 2000К. А термоэмиссионные источника тока температуру холодильника ~ 1400 К.

[alex_semenov]

1) При полёте практически в невесомости организмы космонавтов за годы полёта деградируют, и они все вымрут, так, что искать надо моторы, дающие нужную мощу.

Ну вообще то есть куда  лучшее решение этой проблемы. Центробежная сила. Если  радиус вращения более 200 метров (а лучше 1 км) то кориолисовы эффекты можно сказать незаметны. Хотя, я думаю, люди очень скоро к ним привыкнут и попав в нормальную гравитацию будут воспринимать отсутствие кориолисового ускорения как досадный недостаток.

Кстати тяжесть - это проблема номер 2. Проблема номер 1 - радиация.

2) С учётом того, что двигателей для "корабля поколений" не существует вообще никаких, кроме фантастических, всё не так уж и страшно.

Нет нет! Двигатели существуют! Вы верите в множественность обитаемых миров? Есть же цивилизации которые нас обогнали на тысячи и миллионы лет! Они уже все построили!
Надо просто научиться отличать то что можно построить от того что нельзя.
И все!

3) Тем не менее при взлёте на современных ЖРД космонавты могут испытать 4g (на "Союза"), недолго правда.

Еще раз.

W=F*u  Мощность = тяга(по сути ускорение) на скорость истечения.
При фиксированной мощности вы можете обменивать тягу (ускорение) за счет снижения скорости истечения. Понимаете? У ЖРД очень небольшая скорость истечения. Можно сказать вся мощность уходит на тягу. Но ЖРД прожорлив. Именно за счет того что маленькое u (жрет много массы) у него получается очень большое F (тяга).
Уловили?
Увеличить и тягу и снизить прожорливость - увеличивать удельную мощность. А ее некуда увеличивать. У ЖРД радиатором служит отбрасываемая масса - красивый выхлопной хвост.
Звездолет такое позволить себе не может.
Он экономит отбрасываемую массу и имеет весь набор проблем с тягой.

P.S. В принципе, я не спорю, так, пришло в голову.

И это хорошо что пришло.
Многим давно ничего не приходит. И они, падлы, все равно живут!

Я пытаюсь воспользоваться ситуацией "прихода", и закрепить этот успех!