Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Если не добавить своего. Тогда выигрыш будет за счет более быстрого вылета из гравиямы.

Гравияма - это ПОТЕНЦИАЛЬНОЕ поле. А это означает что сколько вошло (энергии, импульса) столько и должно выйти. И от путей тут ничего не зависит (как ни изгаляйся). Кстати эффект Оберта опять же сохранением энергии и импульса в гравияме и ПИТАЕТСЯ. В общем гравитация нашему БИЛЬЯРДУ по-идее ничего добавлять НИКАК не может.

[alex_semenov]

А если у нас тройная система: два компонента близких, третий отдаленный. Разгоняемся в двойной, на третьем инвертируем скорость, опять летим к первым двум... И так наворачиваем пока кривые позволяют не порваться и не сгореть. А на последнем маневре просто выбираем направление.

Я уже философствовал по поводу всех подобных идей вместе взятых.
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,82348.msg3148927.html#msg3148927

[alex_semenov]

Cуть идеально УПРУГОГО "соударения" в том что при этом АБСОЛЮТНО точно сохраняется энергия и импулсь для макротел. Нет ДИССИПАЦИИ энергии. А сколько оно там длиться? Это не важно. В законах сохранения импульса и энерии мы рассматриваем события ДО  и события ПОСЛЕ. А сколько и как между ними - это уже фантики.

[alex_semenov]

Кстати,
гранитную плиту по сходной цене не знаете где приобрести ? 

Не уж то решили похоронить основательно сверхсветовые перемещения?

[alex_semenov]

Для ностальгирующих по иным мирам (случайно попалось в сети):

https://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=sA9jXzFUtdY

[alex_semenov]

В ЮТ 7 за 1979 год есть забавное рацпредложение и комментарий к нему:



Вопрос. В формуле на картинке у второго слоaгаемого почему множетель 1/8?
Там нет ошибки?
Насколько я понимаю, там должна быть 1/4.
Или там все верно?
(судя по комментарию специалиста, "высчитавшего все на ЭВМ" множетель верен, 1/8)
Но тогда откуда взялся еще один множетель 1/2 у второго слогаемого?
Помогите понять.

[alex_semenov]

Вопрос. В формуле на картинке у второго слогаемого почему множетель 1/8?

Пересчитал. Во второй части формулы действительно должна быть не 1/8, а 1/4.
Получается она как сумма двух интегралов, один - потока энергии по поверхности  сектора сферы, второй - как потока проекции импульса по поверхности сектора сферы:



Если это проинтегрировать, то получится:

Алекс, вы как всегда - монстр.
Спасибо!

Видимо опечатка

Да нет. Ошибка у консультанта Доброславского. Картинку рисовал художник, видимо с его рукой выписанной формулы. Кроме того, в тексте инженера Доброславского есть такой пассаж:

Она (ЭВМ )  выполнила подсчет, который показал, что при угле раскрытия зеркала в 180 градусов, эффективно используется 62,5% импульсов фотонов...

У меня тоже теперь есть ЭВМ   и я посчитал,  что именно так и есть при коэффициенте в формуле 1/8 мы  получаем названные 62.5%. А вот если бы была 1/4 то получили бы эффективность отражателя при угле 180 гр. - 75%.
То есть, он видимо где-то ошибся при выводе формулы.

[alex_semenov]

Не поддержать это безумное чаепитие разговор (раз нарисовался и получил что хотел) было бы неприлично.

Кстати о птичках
Беспилотный космический корабль, приводимый в движение энергией солнечного ветра, может развить скорость более 1 млн км/ч и достичь ближайшей звезды намного раньше, чем ракеты на химическом топливе.

Спасибо.
Но… Я ведь давно говорю, подражая неподражаемой Алисе из "Алиса в стране чудес", что  книги статьи без разговоров формул и картинок (ну хотя бы какой захудалый график!)  не интересно читать. Что в них толку? (вопрошала Алиса)



Да, по вашей ссылке есть картинки. Их много и они красивые... Чересчур...
Я не против таких картинок. Но во-первых, подозреваю, что их сделал не автор статьи. Он их надергал из сети.  А сам приложить хоть немного фантазии (помимо настучать по Кклаве), а? Нет, я понимаю, надергать и расположить в тексте ярких иллюстраций - это тоже работа. Может по нынешним меркам, уже высокооплачиваемый креатив (массовый дебил и этого не может)… Но надо совершенствоваться же! Нельзя останавливаться на достигнутом!
А тем более СКАТЫВАТЬСЯ до "школьного реферата"...
Для себя же (как говорил Жванецкий)! Для внутреннего употребления!
Не для училки-дуры!
Или я чего-то не понимаю?
Во-вторых, еще раз, я не против красивых картинок, но где чувство прекрасного? Нужна же гармония с "некрасивыми".  Где хоть какой-нибудь график, черт возьми?!  Как по мне красивая картинка имеет право украшать статью (даже можно две, три если так уж хочется) в том случае, если в ней есть хотя бы две-три "некрасивые" типа "график", "чертеж", "принципиальная схема"…
А когда одна красота... Это некрасиво.

Главное. Там совсем нет диалогов формул.
Да, там есть какие-то цифры численные значения (уже прогресс!). Но когда их так много и нет ни одной формулы - это как бы намекает, что человек просто надергал эти цифры где-то как и картинки и не спросил себя ни разу: а откуда они? Не с потолка ли?
То есть, статья по всем признакам (вот просто крутнул скролл, как Алиса заглянула через плече сестре в книгу которая та читала) - НЕ ИНТЕРЕСНАЯ. Уже по самому своему виду.
Типичный компилят.
Знаете сколько я такого "добра" за свою жизнь насмотрелся?

Кроме того. "Цифра" прямо из вашей цитаты. 1 000 000 км/ч это 277 778 м/с. Полет до А. Центавры займет 4 860 лет. Нет, это не 84 000 лет, которые нужны на этот же путь уже запушенным "Пионерам" и "Вояджерам". Да, в 17 раз быстрее.  Да, все верно, они могут эм…

достичь ближайшей звезды намного раньше, чем ракеты на химическом топливе.

Восхитительная формулировка!!!
Еще один ход, бросающийся в глаза и как бы говорящий о многом.
Нет большей лжи чем полуправда. Да, все верно. Да, раньше. Но насколько раньше? Об этом умолчали… Намекнули туманно… Как хочешь так и понимай…
Как писал Илюша Варшавский в "Назидание для писателей-фантастов  всех времен и народов,  от начинающих до маститых включительно"?

 Ни в одном из этих вариантов не следует приводить сюжет к счастливой развязке, так как это лишает автора возможности написать продолжение. Лучше всего намекнуть, что все придет к счастливому концу, когда рак свистнет. Такая формула устраивает всех.
Оптимистов потому, что основной акцент делается на неизбежность хорошего конца, пессимистов же оттого, что они знают цену ракам, знакомы с особенностями их передвижения и даже догадываются, где эти раки зимуют.

Не знаю как писатели-фантасты, но западные научные сотрудники (а других в мире теперь-то, по сути, ведь  и нет, все на грантах! Все "девочка попляши!") совет Варшавского усекли.  И винить их в этом нельзя. Как говорили по поводу деградации всего и вся в СССР? Система виновата?
А почему тут должно быть иначе?

[alex_semenov]

@alex_semenov
Удивлён и ... очарован последним сообщением, спасибо

Тогда продолжим "отвечать на письма наших читателей". Вот, например, "я х… с вас дорогая редация", пишет нам …

Cо скоростью света за год вы улетите от Земли всего на световой год.
А до ближайшей к нам галактики 2.5 миллиона световых лет.
До центра нашей - несколько десятков тысяч
Даже тысячекратная скорость света слишком мала для освоения Вселенной

Если смотреть реально, тему надо закрывать. Изобретение двигателя для межзвездных перелетов невозможно. Т.к.для этого требуется развивать скорость, превышающую световую в сотни и тысячи раз. Но на практике вряд ли получится достичь хотя бы однократную световую скорость, а она не годится для перелетов между звездами.

Уважаемый Стар Линк.
Этот ваш крик души просто просится в качестве цитаты в подходящем месте. Он (крик) гениально емко выражает ГЛАВНУЮ СКОРБЬ данной темы. Саму суть глубокой печали в сердцах "всех наших читателей" …
Кстати.
Если кто-то может эту же скорбь выразить еще емче, короче, но глубже (дабы отлить ту "в бронзу", "выбить на граните") - милости прошу.
Объявляю конкурс!


Много лет назад, начиная  проект "Горизонт возможного"  я написал  вступительную статью, мол зачем все это надо.
Подозреваю, что из тех, кому она адресовалась (в основном) мало кто дочитал ее до конца. Ибо начинается она без лукавой политкорректности с очень неприятного. С "наезда" на сверхсветовые перемещения. И если вам больно такое читать (а всякому юноше, мечтающему о звездах должно быть больно) вы, разумеется, прервете эту боль на первом же абзаце. И если вы не в силах это терпеть и сейчас,  я советую пропустить первые две части и прочесть только последнюю, третью. Она содержит мысль, в которой я только укрепился за последние годы и которую я хочу развернуть коротенько (в десяти-двадцати страничном эссе…) здесь.
И так.
Базовая мысль.
На самом деле это не моя мысль. Говорят, так мыслил Будда (хотя и до него она приходила в головы умных людей ни раз):

Если нельзя изменить мир - измени свое отношение к нему.
Измени хоть что-то!
Не сдавайся!

В приложении к теме "завоевания мирового пространства со световым барьером скорости" что  значит "изменить свое отношение к миру"?

Есть целых два варианта это сделать.  Поступить как эзопова лиса, понявшая что виноград ей не достать. Именно о таком "решении" и вопит ваша душа, Стар Линк: " Если смотреть реально, тему надо закрывать!". Да, давайте закроем. И больше никогда не будем смотреть на эти кислые гроздья винограда звезды…
Но тогда, придется закрыть и форум. Чтобы даже не напоминал, что над нами есть какие-то звездные миры. Отныне их нет! Забудем. Сосредоточимся на "духовном законе внутри нас"!

Второй вариант - не сдаваться и добиваться цели не мытьем так катаньем. То есть быть готовым НА ЛЮБЫЕ ЖЕРТВЫ РАДИ ЭТОГО! В случае лисы - научиться лазить по деревьям. То есть все-таки изменить себя (стать ежиками, как советовал кроликам мудрая сова). Смешно? Грешно смеяться? Да.  А что вы хотели? Жизнь трагична до смешного.

Если вы не можете научиться индивидуально жить вечно (а это решило бы ваш конфликт со скоростью света  и позволило бы вам персонально  долететь "до края вселенной", Стар Линк, согласны?) то остается только одно: научитесь "жить вечно" как часть социума.
В этом нет ничего фантастичного, это давно известно.
Это - сама суть того что мы назваем "цивилизация".
Нужно понять, осознать, прочувствовать, что счастье "прикосновения к звездам" не только и не столько в личном присутствии в кабине космолета или персональном удовольствии стать ногой на диковинной экзопланете. Это все - аттракцион. Как ни крути. В принципе, виртуальная реальность однажды каждому подобные ощущение даст в объеме не отличимом от реальности. Даже больше. В формате реальность плюс…
А если это все доступно- оно не вожделенно, … а что остается?
Остается, пардон за "политику" счастье коллективого труда над некой общей сложной но реальной проблемой.



И радость ОБШЕЙ победы.



Всякий настоящий процесс всегда настолько сложен, что никогда не бывает ПЕРСОНАЛИЗИРОВАН (любая голливудская сказка о персональном подвиге творца - сказка в рамках доминирующей идеологии крайнего индивидуализма).  В этом суть, дыхание реальности (в отличии от красочной виртуальности)- общественная сущность любой реальной "победы над природой". Любой великий путь  состоит из миллионов  ма-а-а-а-леньких шажков. Даже 108 минут "вокруг шарика" потребовал миллионов причастных "к великому шагу" по чуть-чуть. И тысяч и тысяч - причастных по самоме немогу! Даже Главный Конструктор - это 1% успеха, не более (см. закон Парето)!
Что бы какая-то чудесная штука случилась В ОБЪЕКТИВНОЙ РЕАЛЬНОСТИ и нас удивила, тысячи и тысячи потратят  свою жизнь, здоровее, душевную энергию только ради ПРИБЛИЖЕНИЯ этого к реальности.
Тут даже речь не о Королеве. Хотя и о нем, о его сломанной челюсти тоже. Тут больше речь о малоизвестном малозаметном инженере из Днепропетровска, который сорвался из отпуска, чтобы добраться на  ту злополучную площадку с Р-16 и там сгореть в 1960-м.
Очень многие люди готовы положить всю жизнь ради маленького шажка к великой цели. И романтики, драмы, напряжения в этом часто оказывалось  куда больше чем в ином фильме "про звезды". Не знаю, может ли это понять молодой человек?
Но реальность именно этим и отличается от "кинЫ".
В любом случае (не важно донес я мысль или нет), шаг к звездам - несомненно потребует огромных коллективных усилий. Но почему тогда (следите за мыслью? "много букв" перед глазами не плывут? Мы достигли катарсиса, сосредоточьтесь! ) на вершине этих усилий должна находиться чья-то единственная, ПЕРСОНАЛЬНАЯ жизнь, жизнь некого героя?
Иначе говоря.
Почему путь к звездам надо измерять жизнью единственного человека?
Причем она тут вообще?
Если цель стоит того - к ней в любом случае моно и нужно лететь идти и тысячу лет, поколение за поколением. Складывая усилия многих и многих людей, даже поколений. В том числе и поколениями тех, кто на вершине проекта - космонавтов.
Почему нет?
Как это может быть иначе?

Каприз мерить саму вселенную  длиной своей пиписьки  жизни - это именно что КАПРИЗ. Детский, наивный, невоспитанный. Это истерика  ребенка в магазине игрушек что бы ему  купили "звездолетик" "вжик-вжик" как у Люка Скай Уокера! И ничего другого! И я, кстати, сильно бы (и даже неприятно) удивился, если бы мама-вселенная нам уступила и "купила" выскандаленную игрушку. Я уверен - на пользу "ребенку" это не пошло бы. Напротив.
Конечно, как я уже говорил ни раз, возможно вселенная - мамлеевская Крыса. Исключить нельзя. Но я до сих пор верю (вслед за Эйнштейном) что она хоть и коварна, но не злонамеренна. Она не порождает зла ради зла (зла в ней много но все оно - вынужденное). Во всяком случае до сих пор она нас уберегала от воплощения наших капризов типа философского камня, вечного двигателя… Думаю убережет и от сверхствета. Любое такое воплощенное в реальность вожделение нас (как разумных существ) прикончило бы, замкнуло бы накоротко как крысу с электродом в центре удовольствия. Не зря говорят, что когда бог хочет наказать человека, он исполняет его самое сильное вожделение. Думаю, и от сверхсвета вселенная нас таки убережет. Убережет, в результате чего мы в очередной раз … повзрослеем, изменим себя. Потому что Путь Разума (способ его существования) и есть череда, лестница, "Голгофа" взрослений.
Я открою вам страшную тайну.
Видимая нам вселенная только ма-а-а-а-а-леньикм мальчикма КАЖЕТСЯ огромной. Но она на самом деле НИЧТОЖНО МАЛА против нашей коллективной общечеловеческой "пиписьки".
Что такое "пиписька"?
Вот кто-то  "процитировал" меня, раннего:



Я тут закладывал скорость экспансии 0.05-01с
Но даже если мы будем распространяться по Галактике со скоростью 0.01 с (3 000 км/с, световой год за 100 лет) мы ее заселим примерно через 8 миллионов лет.
Что такое для вселенной 8 миллионов лет?
Что такое 8 миллионов для биосферы Земли?
Это - один миг.  И за один миг мы можем захватить всю галактику (попробуйте оценить объем информации об открытых мирах, который заполнит галактическую сеть! Даже скорость света не сильно затормозит эту лавину информации!). Задолго до окончания этого процесса, мы могли бы начать межгалактическую экспансию.
Почему?
Потому что мы ЖИЗНЬ. Вот в чем сила нашей "пиписьки". Мы- упорядоченная материя. Мы не материя. Мы - информация.  Поэтому мы можем захватывать пространство-время по закону экспоненты, если для этого есть питательная среда. То есть вопрос не в расстояниях, а в том, пригодна ли среда космоса для разума как среда РАЗМНОЖЕНИЯ?
Понимаете?
Нас ограничивают не световые годы. Куда сильней нас ограничивает "несъедобность" Луны и астероидов. То есть проблема "выхода из колыбели" - вот главное препятствие на прути к звездам. Да, я понимаю что  многим понять осознать охватить эту проблему ума не хватает. Световые годы поделить на годы жизни - куда проще. Но поверьте.
Проблема световых лет и рядом не лежала с проблемой создания  самостоятельной, самообеспеченной цивилизации, скажем, на Марсе.
Если она решается, решается и вопрос о доступности звезд.
И тогда тут возникает единственное  объективное возражение. Может случится так, что бессмертный коллективный разум не сможет пережить 1000 лет перелета в пустоте от одной звезды к другой (полет на 10 св. лет на 0.01с ~ 1000 лет). Хватит ли "зародышу разума" запасов прочности, надежности, социальной стабильности?
Это открытый вопрос.
Но даже если и не хватит, на это есть (кстати, тут коллективно найденный!) запасной вариант. Называется это - "пекулярная экспансия".
Сами звезды нам могут буквально "пойти на встречу".
Раз в 50 миллионов лет какая-нибудь звезда приближается к Солнцу на 10 000 а.е. Это расстояние уж точно можно "перескочить" за столетие.
Что тут самое интересное? Даже при таком длительном ожидании между "актами"  размножения наша "пиписька" может заполонить собой всю галактику за какой-то несчастный миллиард лет. А ведь только эпоха звезд   будет длиться 1 триллион лет. Когда бог создал время он создал его достаточно.

[alex_semenov]

Зря я поднял эту тему. Да еще и нафилософствовал в ней.

Попробую поправить.
Кто-нибудь задавался вопросом, почему мне понадобилась формула эффективности зеркала такой мертвой идеи как фотонная ракета?



Суть в том что тут два члена. Первый член  - это импульс отраженного потока фотонов (вернее отраженных частиц от зеркала, фотоны - частный случай). Но это - импульс только половины всей излученной мощности. Вторая половина (которая не попала на зеркало и не отразилась, а сферически разлетелась) тоже участвует в создании импульса.
На первый взгляд, как?
"А вот это - правильный вопрос, инспектор!" (с)
Подумайте…
Она участвует через начальный импульс отраженной половины фотонов.
Включили свое воображение?

Задачка про импульс зеркала фотонной ракеты сама по себе очень интересная. В том смысле, что дает ответов больше, чем ставилось в условии.
Особенно интересен второй член формулы.
Например. При угле 180 градусов (полусфера) он становится 0.25. То есть 1/4 от P. Проще говоря. Если бы это было не зеркало, а параболический (или сферический, не суть важно) черный поглощающий экран, то первый член пропал бы. Экран  поглощает импульс неупруго. То есть В ТАКОМ СЛУЧАЕ остается только второй член формулы. И тяга такого экрана была бы не 0.75 (зеркало) а 0.25.
И кстатИ не важно что является носителем импульса. Фотоны или частицы. Для частиц поглощение означает неупругое соударение.
Вот почему Дайсон в "Межзвездный транспорт" когда оценивал скорость истечения для консервативного варианта звездолета (медную полусферу в 20 км диаметром, которая поглощала импульс сфрерически разлетающейся плазмы от 1 мегатонной бомбы) оценивал эффективность такого "зеркала" как 1/4.
(и вот почему я заподозрил неладное в формуле из "ЮТ")
Далее.
Берем плоское зеркало, на которое перпендикулярно падает параллельный луч света с импульсом P. То есть идеальный лазерный парус. Чему равно изменение импульса фотонов? В идеале 2P. Падающий импульс P+, Отраженный -(-P). В сумме удвоенный импульс.
Если это идеальный черный экран, то отраженного члена нет:  P-0=P.
Все остальные более реальные варианты (прозрачность r, поглощение f) вытекает из всего этого.

Px =(1-r)*P- (- (1-r)*(1-f)*P)=P*(1-r)*(2-f)

Это все и без фотонного зеркала ясно.
А вот, еще случай (близкий выше описанному но здесь наша формула зеркала пригодится).
А если идеальный парус (r=0, f=0) отражает свет не зеркально а  ДИФФУЗНО?
Из формулы выше легко догадаться:

Px =P+1/4*P=1,25*P

Почему? А подумайте.

Еще один случай. Плоский односторонний излучатель. Нагретая с одной стороны поверхность. Скажем, раскаленный до красна радиатор. Пускай он по Стефану-Больцману излучает тепловую мощность W. Каков импульс на его поверхность?
Если бы эта мощность излучалась направлено (скажем, лазером) то импульс и был бы:



А диффузно излучающая поверхность радиатора?
Легко догадаться (глядя на нашу задачу) что  1/4 от идеала (модуля).

Отсюда же легко рассчитать и импульс, скажем ИЗОТОПНОГО ПАРУСА и всех подобных систем (антипротонный парус), где носители импульса (альфа-частицы или осколки деления) улетают с поверхности со скоростью v под какими угодно углами (диффуно рассеиваются с поверхности).



Пускай мы определили секундный расход (улетающих с поверхности изотопного паруса площадью S) частиц как dm. Тогда импульс, получаемый парусом:

P = dmv/4

Кстати, о подобных системах.
Попалась тут случайно, буквально вчера:


Fission Thrust sail as booster for high Δv fusion based propulsion



Кто что скажет?

[alex_semenov]

P.S. Ионный двигатель это объективный технический предел в качестве маршевого. Совершеннее невозможно себе представить. А он в теории выдаёт не больше полусотни км/с, а на практике намного меньше.

Меня удивляет стойкость отдельных стереотипов.
Ладно это сказал кто-нибудь иной.
Но вы Боб!!!

Ну причем тут удельный импульс (скорость истечения)?
Ионный двигатель ЛЕГКО мог бы выдать и 1000 км/с и 5000 км/с (дальше уже будет сложей но тоже, видимо можно и до 30 000 догнать).
Ионный двигатель куда проще создать, скажем на 100 или 500 км/с чем на 50 км/с (при той же тяге, например!). Потому что для межпланетных перелетов достаточно и 50 км/с.
500 км/с погоды в экономии РАБОЧЕЙ МАССЫ не сделают. И при 50 она более чем приемлимая. А вот энергии ионник с УИ 500 км/с сожрет в 100 раз больше чем тот что выдает 50 км/с (при той же тяге). Но уменьшать для ионника УИ c сохронением тяги означает пропорционально увеличивать  секундрый расход рабочей массы в нем. А это значит прокачивать через сетку за единицу времени в 10 раз больший ЗАРЯД, который сам себя экранирует (закон 2/3). Тут на пути получения необходимой нам тяги возникают непреодолимые проблемы и подвиг мысли по выходу из него (использование, например эффекта Холла).
Понимаете?
Разработчики передовых ионных двигателей борются не за увеличение УИ а именно за его уменьшение!
Ибо высокий УИ жрет на межпланетных трассах энергию сверх всякой разумной меры.
Но при полете к звездам этой проблемы НЕТ.
Напротив. Там нужен именно высокий УИ.

Что НА САМОМ деле ограничивает ионные двигатели (как межзвездную тяговую систему)? Удельная мощность ВСЕЙ УСТАНОВКИ.
Ионный двигатель это не только сам двигатель но и генератор тока, реактор, преобразователи, радиаторы. Если все это вместе собрать то получается что имея возможность выдать какой угодно УИ (да хоть 10 000 км/с!) вы не можете выкрутить удельную мощность для своего корабля сильно больше 100 Вт/кг при всем желании.
Мы тут обсуждали рекордный проект в 4000 Вт/кг с изотопным источником (который для звезд не подходит).
Это скорей всего действительно предел.
Если у вас нет проблем с выбором УИ (а у ионника ее нет) то только удельная мощность НАПРЯМУЮ и ограничивает ваш звездолет по времени перелета к звезде-цели.
Еще раз показываю рожденную тут AlexAV оценку-икону (перелет с постоянно включенным двигателем):



Смотрите. Видите? W - та самая удельная мощность (притом полезная, мощность собственно реактивной струи). Тут везде есть минимум (оптимум). Подбором УИ ионника его можно добиться. Тех самых км/с "которых в теории выдают не более полусотни"
Да сколько надо столько и выдадут!
Легко выдадут!
Это полусотню им тяжело. А сотню и тысячу - не сложно!
Откуда этот бред что ионникам тяжело наращивать УИ? Из каких ИНТЕРНЕТОВ?
"Дурака растим!Дурака лелеим!!!!" (с)
Вот вам теория из далеких уже незамутненных маразмом современности веков, 60-х. От  Романа Перельмана (1962-й "Двигатели галактических кораблей").



Рис. 14. Зависимость скорости истечения рабочего тела от величины ускоряющего напряжения и массы частиц (пунктиром очерчена область целесообразного применении ионных двигателей)
1 — водород (μ=1); 2 — натрий (μ = 23); 3 — свинец (μ = 207); 4 — цезий (μ = 133); 5 — ртуть (μ = 200); 6 — уран (μ = 238)

Проблема ионника не в МИФИЧЕСКОМ ПРЕДЕЛЕ скорости истечения.
Проблема в удельной мощности двигателя (вернее пустого звездолета). Если вы получите для всего звездолета инженерно НЕМЫСЛИМУЮ удельную мощность в 10 000 вт/кг то доберетесь до  А-Центавры за 400 лет. Долго? Увеличьте энерговооруженность системы до 100 000. Доберетесь в два раза быстрее. Сможете? Будете победителем!
Но скорость истечения тут ни причем!
Еще и еще ра.
Не надо повторять общепризнанный бред!

Для ионного двигателя лимитирующим фактором является не скорость истечения рабочего тела, а удельная мощность звездолета.

А вот где действительно скорость истечения нас сильно ограничивает - так это в бомболете.



Тут горе как раз совсем противоположное. То о котором говорите вы. Нельзя выжать оптимальную скорость истечения (для каждого срока перелета есть ОПТИМАЛЬНАЯ скорость истечения. Идея что чем выше скорость, тем лучше - еще одна бредятина кочующая в головах неофитов уже 50 лет!!!). Для бомболета (это его конек!) удельную мощность можно получить какую угодно (ну почти!). А вот скорость истечения (и вытекающие из ф. Циолковского массовое число) нас в скорости перелета ограничивает сильно раньше чем нам хотелось бы.
И получается по-сути мистика. Что РЕАЛИСТИЧНЫЙ бомболет что РЕАЛИСТИЧНЫЙ ионник в самом лучшем случае доберутся до А-Центавры за примерно 1000 лет (с хвостиком).
Каждая система ограничена по-своему. Но результат - один. Что как бы намекает.

Хотя теоретически добиться вожделенной 0.1с можно на ядерной и термоядерной энергии как бы легко. Чисто энергетически тут нет ограничений. Скорость разлета тех же осколков деления U-235  почти идеальна для корабля со скоростью перелета в 0.05с-0.1с. Нашелся бы способ напрямую эту скорость использовать! Разумеется при этом нужно не забывать, что бы СПОСОБ позволял дбится И невиданной для известных систем удельной мощности. И поэтому я время от времени и бросаюсь на всякого рода "паруса". Они (в силу своей раскатанности в пространстве) как раз дают надежду добиться огромных удельных мощностей.

Поэтому я и вбросил статью про очередной "парус" на растерзание. Чем черт не шутит?

[alex_semenov]

Не-а. Не понимаю. УИ это в том числе показатель экономичности. Чем выше УИ, тем выше и к.п.д. Тем меньше тратится рабочего тела на достижение необходимой скорости.

Смотрите.
У вас есть корабль-автомат сухой массой  Мк =1000 кг (например) и ваша задача разогнать его до дельта-вэ (это ускорение, корректировка, торможение, возможно опять ускорение, корректировка… в общем полная сумма всех приращений скоростей) dv =20 км/с.

Пускай на нем стоит "устаревший" ионный двигатель, который отбрасывает массу со скоростью "всего" u=50 км/с.
Считаем для него массу топлива

Мт = Мк* [exp(dv/u) -1] = 1000*0,4918 =492 кг цезия.

Теперь посчитаем полную энергию ракетной струи (которую двигатель сообщит за все время работы).

Е = Мт*u^2/2 = 492* (50 000)^2/2 =6,15E+11 Дж.

Это только  полезная энерия собственно ракетной массы. Реально добытая в бортовой установке энергия будет в два раза больше как минимум. 
Кстати можно посчитать эффективность ДВИЖИТЕЛЯ.
Полезная энергия совершенная ионным двигателем будет Eк = Mк* dv^2/2  =2E+11 Дж

Делим это на энергию отброшенной массы получаем 0,325.  То есть 32%.
Если КПД двигательной установки порядка 40% то в итоге получаем что  13%  всей тепловой энергии реактора превратились в движение нашего зонда.

Теперь "улучшим" наш корабль.
"Оптимизируем" его!
Поставим на него  "более эффективный" ионный двигатель со скоростью истечения в 500 км/с.
Масса, скорость перелета прежние.
Пересчитываем все.
Масса топлива уменьшилась до 41 кг.  В 10 раз! Экономия. Стартовая масса уменьшилась почти в полтора раза! Прогресс!
А что с энергией, потраченной на разгон этих несчастных 41 кг? 

Е= 5,10E+12 Дж

Это в 8,3 больше, чем мы потратили на отбрасывания почти 500 кг топлива в предыдущей версии двигателя!
А эффективность привода (отношение полезной работы по разгону 1000 тонн до 20 км/с к энергии отброшенной массы)? 0,039, То есть только 3.9% энергии струи ушло на разгон корабля. Остальное - на нагрев вселенной!
А если учесть КПД  двигательной установки (0.4) то и того меньше, 1.5 %!!! Все остальное ушло неизвестно куда.
И ради чего?
Ради того, чтобы уменьшить запас цезия на борту с 500 кг до 40?
Ради этого вы подняли мощность энергоустановки в 8.3 раза?
(или уменьшили ускорение системы во столько же при сохранении той же мощности реактора)

СТОИТ ЛИ ОВЧИНКА ВЫДЕЛКИ?

Если вы оптимизируете (вернее минимизируете) массу топлива (ракетную массу) это не значит что вы оптимизируете энергозатраты и cуммарный КПД движителя (ракетного).
Если скорость истечения меньше дельта-вэ (u<dv),  увеличение скорости истечения ведет и к улучшению массового числа и улучшению эффективности (энергетической) привода. Так и происходит с химическими ракетами, которые стартуют на орбиту ибо там dv =8 км/с  а  u~ 3-4 км/с. Если вы поднимите u до 5-6  у вас все улучшится.

ОТСЮДА И РАСТУТ НОГИ ВАШЕЙ ЛЕГЕНДЫ (выделено красным).

Но правда в том что энергетическая эффективность ракетного привода оптимальна когда u ~ dv
Улавливаете?
Массовое число при этом 3-4.

Если у вас u> dv, то дальнейшее увеличение u конечно продолжит минимизацию массы топлива, но за счет падения энергоэффективности привода, то есть за счет СНИЖЕНИЯ КПД.
Вы снижаете массу топлива за счет ПЕРЕРАСХОДА энергии.

Именно такова ситуация с ионными двигателями (u>dv).
И именно по этому первые экспериментальные ионные двигатели в 60-х давали 100-200 км/с истечения.
Но более совершенные нашего времени начали выдавать 50-70 км/с
С чего бы это?

[alex_semenov]

Но более совершенные нашего времени начали выдавать 50-70 км/с

А реально нужен 20км/с

Вот очень толковая, концептуально полная статья из "Наука и жизнь" 1972-го года.

ЯДЕРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ В КОСМОСЕ

Тогда в СССР реальная разработка ЯРД только начиналась (А американцы свою начали сворачивать) и наша научно-популярная пресса  готовила "самый читающий народ в мире" к очередному научному прорыву в СССР (обратите на СТИЛЬ статьи, глубину содержания и лаконичность оформления! Это ярчайший пример идеально сбалансированной популярной статьи. На широкий круг но не на идиота. Все что проще и красочней - "дурака растим!". В свое время эта статья для меня "закрыла" тему межпланетных перелетов. Будучи еще пионЭром-школьником я понял из нее, что концептуально проблема привода в межпланетном космосе уже решена. Остались "инженерные мелочи". А вот межзвездный привод...).  Там есть рис 3. Как раз на нем видно, что полет к Юпитеру и Меркурию требует прироста скорости примерно 35 км/с.
В этом смысле идеальным двигателем для солнечной системы был бы газофазный ЯРД (скажем "ядерная лампа") со скоростью истечения ~ 25 км/с.



Отношение u/dv ~ 0,7.
Можно сказать "то что доктор прописал"!
Лучше ничего и не надо.
Лучшее будет врагом хорошего.

[alex_semenov]

А почему этот двигатель невозможен?

Он возможен. Концептуально во всяком случае. Но он идеален только для межпланетных перелетов.
Для полета между планетами общего прироста скорости достаточно ~ 30 км/с
Но для полета к звездам нужно НЕ МЕНЕЕ 300 км/с (0.001с, 1 св. год за 1000 лет). Разрыв по dv минимум на порядок. На самом деле на 3 порядка (если считать идеалом 0.1с). И главная проблема тут в том что удельная мощность (которая зависит кубически от скорости) должна быть на ... 3*3 =9 порядков больше чем ДОСТАТОЧНО для межпланетного перелета.
В МИЛЛИАРД РАЗ!
И даже если согласиться на 1000 лет за световой год, то все равно это тысячекратный рост удельной мощности.
Вот инженерный барьер, который отделяет нас от звезд.
Из всех известных нам технологий только бомболет может выдать миллиардынй прирост удельной мощности.

Кстати. В приведенной  выше статье есть и "пару строк" о бомболете.
В частности, там сказано, что на бомбах можно получить удельный импульс в 200 000 сек (ядерные заряды) и 400 000 сек (термоядерные).
Если перевести это в м/с (домножить на 9.8 м/с2) то получаем 1 960 000 м/с (0,007с) - 3 920 000 м/с (0,013с)
Кстати, это очень сильно похоже на правду. Если принять это как реальный предел (реальность этого надо исследовать детально) то посчитаем массовое число для бомболета, который мы пытаемся разогнать до 0.1с (1 св. год за 10 лет):

Z = exp(0.1/ 0,013) -1 = 2106

Масса топлива (бомб) в 2106 раз больше массы пустого бомболета! Как бы комментарии излишни...

[alex_semenov]

Спасибо, напомнили. Аж прослезился.

Пожалуйста! Вообще у Хлынина на сайте много что можно откопать.
И самое главное - он продолжает его пополнять.
Я время от времени роюсь и даже кое-что нахожу такое, что и не ожидал найти. Например недавно откопал вот это… Я просто в шоке! Что называется, "недостающее звено"  в ряде интересных исторических вопросов по теме "красные звездолеты".
У него даже есть список книг, которых у него нет но он хотел бы получить.
Например, у него нет вот этого.



Перельман Роман Григорьевич
Цели и пути покорения космоса
Москва. «Наука» 1967 г. 212 стр. Тираж 30 000
Автор не мелочиться — первая же глава называется "Астронавтика" и речь сразу пошла именно в этом смысле — о межзвёздных полётах.

Я бы ну очень хотелось бы сей труд полистать (для полноты картины истории "красных звездолетов")!

А почему этот двигатель невозможен?

Возможен, но недолго.
Его же даже делали :
http://www.youtube.com/watch?v=35jLkIaA5WQ

Обратите внимание. Это ТВЕРДОФАЗНЫЙ ЯРД.  Смотрите в приведенной мной статье таблицу № 1. Там все виды определены. У трвердофазного ЯРД удельный импульс до 900 сек, то есть 9 км/с.
То есть это был только первый шаг к совершенству.
А "ядерная лампа" - это по сути вершина, пик. Предел совершенства технологии ЯРД. 25 км/с. Газофазный реактор. Он существует только в расчетах, прикидках. И появиться "в металле" он имел бы шанс только на пике "завоевания солнечной системы".
Но к звездолетам он - никаким боком.

[alex_semenov]

Все газофазные и жидкофазные двигатели с прокачкой рабочего тела через активную зону - это летучие чернобыли.

Не все. "Лампа" изолирует активную зону от водорода прозрачной стенкой.



Поэтому я ее и предложил в виде "туманного идеала". Ибо вариант наиболее чистый (чище чем даже твердотельный ЯРД).

Масса топлива (бомб) в 2106 раз больше массы пустого бомболета! Как бы комментарии излишни...

Это возможно только в случае, минимальных потерь на абляцию толкательной плиты(что невозможно) Реально при взрыве каждой тонны бомбы, будет уноситься десятки тон абляционной плиты. Потому основной вес корабля, будет определяться весом толкательной плиты. А скорость истечения будет ограничена скоростью с которой вещество плиты будет аблировать с поверхности под действием мягкого рентгена.

Гм… Вы уверены что ТАК МНОГО?
Слой половинного ослабления рентгена ядерного взрыва в металле 0,06 мм (если не ошибаюсь). Ориентировочно столько и успеет испариться. Возможно даже меньше. Но вряд ли больше. Ведь вспышка в космосе длиться миллисекунды.
Давайте допустим что столько.
Берем плиту, скажем, диаметром 50 м.
Площадь ее поверхности 1 257 м2. Тогда объем испаряющейся стали 0,118 м3 при плотности 7800 кг/м3 получаем… 931 кг… Да… уже много (сопоставимо с массой бомбы).
А кстати, если это слой жидкости (типа вода 1 т/м3) то получается "всего" 118 кг на взрыв. Это уже порядка 1/10 рабочей массы (считая бомбу в 1 т). Можно было бы считать такой расход приемлимым.
Почему речь идет о жидкости?
Насколько я помню, одним из ноу-хау проекта "Орион" была идея смачивать отражающую поверхность тонким слоем масла или каких иных жидких углеводородов. Мол, выдавленная через множество мелких капеляров за секунду до подрыва жидкость с хорошими капелярными свойствами в вакууме растекается по металлу то-о-онким слоем и только этот слой и будет испаряться и иноизировать под ударом рентгена и плазы. А сама пластина нисколько не аблирует. Если не изменяет память, то поводом для такого решения был даже не расчет а испытания на ядерном полегоне в 50-х. Кто-то заинтересовался тем, что оказавшаяся непосредственно в зоне взрыва металлическая поверхность, мол, совсем не пострадала.
Это качественная картина.
Коилчественно - нужен анализ.

Да, еще.
Использовать импульс аблировавшего материала - глупость несусветная!
"Гениальная" идея использовать абляцию для  создания импульса это по-сути  возврат к первоначальной идея "Гелиос" - нагревать воду ядерным взрывом в огромной полой сфере и выкидывать нагретый пар через отверстие в ее дне.



Идея быстро сдохла.
А вот идея направленного взрыва+абеляция вселяла огромные надежды. При этом абляция с самого начала рассматривалась только как панацея от "большой медной полусферы" которую Дайсон рассчитывал как крайний вариант. У такого варианта поверхность принимающая импульс настолько огромна, настолько удалена от точки подрыва, что вполне выдержит всю энергию (не важно что, рентген, плазму). Поэтому и получил в консервативном варианте своего ковчега полусферу 20 км диаметром (для бомбы в 1 мт мощностью). Но такой вариант он изначально считал слишком примитивным. Мол, есть более продвинутое решение для которого главное ограничение - амортизатор.

Кстати. Скользяций щит Шпагина… (кто помнит былую эпопею тут?)



Это как раз вариант "большой медной сферы" Дайсона.

Вся энергия рентгена принимается и рассеивается за время хода амортизатора. Точно так же как в консервативном варианте Дайсона.
Я понмю что  мы тогда балансировали на грани. Мол, если в рентген уходит 90% энергии то ничего путнего не выходит. А вот если только 20% хотя бы, то защитить бублик даже таким вот примитивным способом уже получалось (энергия плазмы вообще у нас не касалась бублика, так как она отражалась полностью магнитным зеркалом)…

[alex_semenov]

То есть даже нормальную межпланетную скорость мы лазером парусу не сделаем.

Хотя я неоднократно встречал подобный бред у "британских ученых" но это действительно бред.
Лазерный парус на межпланетных трассах - сон разума.
КПД лазерного парусника (конечная кинетическая энергия паруса/ вся энергия луча вложенная в разгон) < (меньше! )  dv/c

dv - приращение скорости
с - скорость света.

То есть, если вы разгоняете межпланетный парусник ВСЕГО до 30 км/с, то МЕНЬШЕ чем 0,0001-я доля всей излученной лазером энергии преобразуется в движение паруса. Поэтому парусник имеет смысл ТОЛЬКО при dv > 0.1c  ( меньше чем 10%  эффективность привода). Лучший вариант 0.5с
А что вы хотите от КВАНТОВОГО ЗВЕЗДОЛЕТА?
Точно такая же петрушка и с МЕЖПЛАНЕТНЫМ фотонным космолетом "Хиусом" Стругацких. Братья несли полный, абсолютный, неисправимый бред и глазом не моргнув!



Возможно именно в память о них вы так упорно не хотите признавать очевидное?

Именно в "Страна багровых туч" нас великие сказочники убедили что чем выше скорость истечения, тем эффективней привод. И значит фотонный звездолет - верх эффективности (во всем!!!). Даже для межпланетных перелетов. Круче только гипердрайв (на который Братцы вскоре и пересели навсегда).
 
Кстати. Аналогичный ляп и у Роберта Ибатуллина в его "Черьв и Роза". Он разгонял снаряды навстречу вражеской эскадре именно батареей лазеров. Оставим в покое саму батарею (там есть ряд неувязок тоже). Но главная неувязка - если вы разгоняете некие снаряды до несчастных 3000 км/с (0.01с, а по сюжету  не было больше) вы перерасходуете энергию ибо превращаете в энергию снарядов не более чем 1% излученной лазерной мощности.
До таких скоростей снаряды надо разгонять чем угодно, потоком материи, частиц… но только не фотонами!
Я не успел в свое время "схватить за руку" Роберта (я был допущен к предварительному обсуждению романа, тем более что многие идеи там с этого форума, но я слишком поздно подключился). Он эту фигню так плотно вплел в сюжет, что было бесполезно требовать ее заменить. Это как с тараном на "Наутилусе". Помните? Жуль Верн пытался выхватить свой роман и переписать технический ляп, когда узнал в день его выхода об успешном применении торпед. Но было уже поздно. Роман уже пошел по рукам и "Наутилус" оказался вооружен тараном.



Это к тому, что хороший роман большим техническим ляпом не испортишь.

А с этим я и не спорю. Мы с ув. alex_semenov пилимся вокруг того, что он считает, что главное - УИ занизить.

Нет. УИ надо ОПТИМИЗИРОВАТЬ.
Оптимальный УИ при u  примерно равным dv
Массовое число Z (отношение массы топлива к массе пустой ракеты) в этом случае 3-4
(все зависит от траектории. Если разгон-торможение то 3, если только разгон то примерно 4).   Большая разница (в любую сторону) - перерасход энергии.
Об этом не только я (оказывается! кто бы мог подумать?! ) говорю.
Тот же Дайсон в "Межзвездный транспорт" этому вопросу целую заумную врезку посвятил (хотя как по мне он там явно перемудрил, все вычисляется гораздо проще).



Тут использована формула Циолковского. Опять же сплошная классическая механика (кстати, с релятивистской мудрил Маркс "отец лазерного паруса по эту сторону Железного Занавеса". Его рассуждения есть в материалах Бюроканского симпозиума по CETI 1971-го года. И там я нашел у него для классической механики этот "мой" вывод. Релятивистский - куда сложней. Маркс выводил для всех видов приводов, кстати. Даже для прямоточки. Прямоточка у  него гладко не вышла. Но графики для всех систем там есть).
Формулу можно упростить приняв v за 1.



(блин, какая сволочь переиминовывает темы в форуме? Хрен найдешь старые записи!!!)
Кстати там же:



Это почему лазерный парус бессмысленно гонять на межпланетных траекториях.
Вообще говоря о парусе тут много говорено.
Давайте ее закрывать.
Ничего нового там никто уже предложить не сможет.
Идея если и осуществимая, то не такой цивилизацией как мы. Что называется не в этой жизни. Только после технологической сингулярности. Да и то - бабушка надвое сказала.
Все. Проехали.

Я тут ещё предлагал к реактору пушку гаусса или ещё какой-нибудь магнитный рэйлган присобачить и создавать тягу металлической дробью.

Есть такая идеия коллоидный двигатель. Но все это - межпланетные технологии.

[alex_semenov]

Если принять это как реальный предел (реальность этого надо исследовать детально) то посчитаем массовое число для бомболета, который мы пытаемся разогнать до 0.1с (1 св. год за 10 лет):
Z = exp(0.1/ 0,013) -1 = 2106
Масса топлива (бомб) в 2106 раз больше массы пустого бомболета! Как бы комментарии излишни...

Я так понимаю без торможения у цели.

Да. Без торможения.
Когда делается расчет в духе: "посмотрите какой бред получатся!", то такие вещи не учитываются.
С торможением получается:

Z = exp(0.2/ 0,013) -1 = 4 802 346

Это ещё в квадрате. Более 4 млн......

Да, вроде должно быть и так. Посмотрим: 

(2190+1)^2 =4 802 347

У меня Z было  2106 но это без округления u до 0.013. Если точно округлить, то Z(0.1c)= 2 190

О торможении.
Есть надежда, что тормозить можно магнитным парашютом. Хотя бы с 0.1c до 0.01с (3 000 км/с). Тогда:

Z=EXP(0,11/ 0,013) -1 =4 728

Но в любом случае что 4 728, что 2106 (не говоря уже о 4 802 346) - это все за гранью добра и зла.
Считается что для одноступенчатой химической ракеты (летающего бака с жидкостью) максимальное Z = 8-10 (у обычного оцинкованного ведра отношение массы воды в нем к массе ведра 10).
Можно ли для одноступенчатого взрыволета принять это как предел Z?
Хорошо бы.
Тогда:

0.013*Ln(8+1)= 0,0285с   (на АЦентавра через 156 лет)
0.013*Ln(10+1)= 0,0285с  (на АЦентавра через 144 года)

Но!

Во-первых. Насколько взятая нами оценка скорости истечения из журнала "Наука и жизнь" в 0.013 (3 900 км/с) верна? Не завышена ли? Наверняка окажется (после тщательных разборок) что это очень оптимистичная оценка.

Во-вторых. У взрыволета есть неприятная особенность. Он разгоняется импульсами. А значит (читаем работу Дайсона) есть определенное ограничение по соотношению массы толкающей пластины и массы корабля (притом еще заправленного, не пустого!). А так как масса амортизатора - это тоже часть пустого корабля, в итоге это ведет к ограничению Z. Поэтому Дайсон во всех проектах закладывает Z не выше 3-4 (много  меньше 8-10 да и соответствует энергетическому оптимуму). А в этом случае:

0.013*Ln(3+1)= 0,0180с   (на АЦентавра через 247 лет)
0.013*Ln(10+1)= 0,020с  (на АЦентавра через 215 лет)

Тоже не плохо (учитывая, что мы давно закатали губу и прицениваемся от тоски даже к 1000-летнему полету). Но вот можно ли получить для взрыволета u = 3 900 км/с? Вот в чем главный вопрос…
Дайсон обещал, что продвинутый взрыволет (именно при Z=3!) можно раскочегарить до 10 000 км/с (0.033с). Но как? Инструкций он не оставил, гад! Только намекнул что, мол, они (разработчики проекта "Орион") знают как…

[alex_semenov]

Мол, если в рентген уходит 90% энергии то ничего путнего не выходит.

Просто напрашивается идея греть этим рентгеном рабочее тело. Т.е. бомба только сердцевина здоровенного кома из воды или жидкого водорода, который поглощает рентген и становится горячей плазмой.

И какая u (скорость истечения) у вас получится в итоге?
Бомба может дать калорийность  3-6 кт/кг.
Пускай масса бомбы 1/100 (или если огромный ком, то 1/1000) от массы кома.
Тогда калорийность вашего топлива падает в 100 -1000 раз, то есть до 0.03-0.06 кт/кг или даже 0.003-0.006 кт/кг.   И куда вы собираетесь с такой калорийностью горючего лететь?
Нет. Это с самого начала для звездолетчиков  не интересно.

Гм… Вы уверены что ТАК МНОГО?

Если у вас 80% взрыва уходит в рентген, а рентген как мы знаем практически не отражается. Получается что аблирующий слой воспринимает основную энегию взрыва. И если у нас, взрывом уносится малая часть плиты, значит энергетика этого уноса должна быть колосальной и вносить существеный вклад в УИ.

Не факт. Скорей всего 80% от 80% рентгена будет переизлучено в космос. Рентген не отражается от плиты, но тонкий слой плазмы возникший на плите сам становится излучателем рентгена. Если бомба рассеяла 80% совей энергии через рентген, то (допустим) разогретый этим рентгеном слой до той же температуры сделает то же самое!
И как не получается  в бомбе перекатать энергию взрыва в плазму (80% растеряли через рентген) так и абляционный слой потеряет пойманную световую энергию через переизлучение рентгена в космос.

Мои сомнения по поводу такого варианта начались после того как я увидел скорость абляции тампера в термоядерной бомбе..По памяти там было что то около двух сотен километров в секунду.

Там атомная масса очень большая. На два порядка больше чем, скажем, у водорода (аблятом на пластине можно сделать любую жидкость). Поэтому, думаю, проблема не в этом. Проблема в том, что рентген (в отличие от плазмы) вряд ли можно НАПРАВИТЬ на плиту. Он скорей всего будет разлетаться сферически и доля энергии для "утилизации" окажется мизерная. А в случае как-то направленного заряда, как раз кумулятивная струя плазмы (чудится мне, видится мне) вообще создаст для рентгена тень в сторону плиты (что, собственно было бы просто прекрасно!).

Слой половинного ослабления рентгена ядерного взрыва в металле 0,06 мм (если не ошибаюсь).

Тут есть важный момент. Это уровень поглощения в холодном металле, а не в горячей плазме. А плазма поглащает ренген значительно хуже, и чем она горячей тем больше она прозрачна для ренгена. Насколько я понимаю это связано с энергией электронов. Горячие электроны хуже поглощают ренген. Потому ренген не может сконцентрировать свою энергию в тонком поверхносном слое. Как только первый слой разогревается он становиться прозрачным для остального ренгена.

Вы учитываете ВРЕМЯ протекания всех процессов? Это максимум 10^-3 c! А скорей 10^-6c! Успеет ли плазма на поверхности так глубоко ПРОГОРЕТЬ поверхостный слой?
Не начнется ли раньше процесс переизлучения вторичного рентгена в открытый космос?
Все это - КАЧЕСТВЕННЫЕ рассуждения, основанные на нашей очень неверной интуиции. Например, голая качественная интуиция не может объяснить как работает схема Улама-Теллора (интуиция противится верить что все так работает при первом знакомстве с ней). Только цепочка: расчет-интуиция-расчет-интуиция-расчет…

Насколько я помню, одним из ноу-хау проекта "Орион" была идея смачивать отражающую поверхность тонким слоем масла или каких иных жидких углеводородов.

Нет, углеводороды для ренгена прозрачны. Не даром полость между второй ступенью термоядерной бомбы и оболочкой заполняют каким то вспененым полимером.

Да, полистирол. Световод. Но не потому что он прозрачен.  Он не  столько пропускает рентген через себя, сколько поглощает его, тут же переизлучая дальше вокруг себя (поправляйте если я ошибаюсь). Поэтому излучение от триггера и охватывает, скажем, сферу толкателя со всех сторон, даже с противоположной стороны от источника рентгена - триггера (если конфигурация второй ступени - сфера).



Если бы вопрос был только в  пропускании рентгена, то полость вообще стоило оставить пустой, ничем не заполняя (лучше пустоты ничто не пропускает через себя излучение) и за передачу рентгена к толкателю (верней за фокусировку его на толкателе) тогда отвечали бы стенки заряда (которые на самом деле никак в процессе не участвуют) которым следовало бы всегда придавать соответствующе эллиптическую форму (как это делается в некоторых конструкциях лазеров с накачкой от лампы-вспышки).
Но мы знаем, что все не так. Пространство заполнено полистиролом и внешняя форма заряда тут вообще может быть какой угодно. Цилиндр, конус, эллипсоид… Вот тут на схеме даже как бы намекается, что стенки заряда в процессе и не участвуют:

[alex_semenov]

Там ещё можно дополнительно выиграть на том, что рентген падает на щит под острым углом (поэтому край щита должен быть клиновидного сечения, угол становится вдвое меньше, а не как у вас), так как при совсем острых углах появляются шансы отражения некоторой доли рентгена (см. также многослойный отражатель рентгена - идея взята из рентгеновских телескопов).

Да, я видел ваши построения (не могу найти на вскидку). Где получались такой красивый ежик из кривуль? Гм… может быть. Можете нарисовать? Я не совсем понял, как в данном случае это работает. Но все эти щиты в общем-то идея эд хос (для данного конкретного случая), которые забракованы по другим поводам.
Хотя чем черт не шутит?
Часто старые (и уже отброшенные) идеи иногда оживают в самых неожиданных формах.
Но давайте к новым.

Насколько я помню, одним из ноу-хау проекта "Орион" была идея смачивать отражающую поверхность тонким слоем масла или каких иных жидких углеводородов. Мол, выдавленная через множество мелких капилляров за секунду до подрыва жидкость с хорошими капиллярными свойствами в вакууме растекается по металлу то-о-онким слоем и только этот слой и будет испаряться и ионизировать под ударом рентгена и плазы. А сама пластина нисколько не аблирует. Если не изменяет память, то поводом для такого решения был даже не расчет, а испытания на ядерном полигоне в 50-х. Кто-то заинтересовался тем, что оказавшаяся непосредственно в зоне взрыва металлическая

Да, в одном из испытаний многомегатонной водородной бомбы оказалась стальная сфера в 9м от эпицентра взрыва. Сфера после взрыва была найдена "похудевшей" на пару мм, причём на ней был выпуклый отпечаток ладони человека. Оказалось, что сфера была "запачкана" микроскопическим кол-вом пота и жира, когда её трогали руками. Этот микрослой жира многократно уменьшил абляцию по причине высокой удельной теплоты испарения углерода. Собственно поэтому углеродные плитки и используют в качестве теплозащиты при входе в атмосферу из космоса. Сталь в орионской плите вообще не нужна.https://en.m.wikipedia.org/wiki/Reinforced_carbon-carbon

Ага. Спасибо!
Я слышал звон да не знал где он!

Отпечаток ладони? Гм… Очень красивая легенда! Даже если было все не совсем так (скажем отпечаталась не ладонь, а бесформенная промаслянная тряпка, или кто-то наступил промаслянным башмаком) то легенду стоило бы подправить под ладонь.

История настолько интересная, что я вчера прочитав это ваше сообщение, тут же попытался поискать в сети детали. Но сходу мало что нашел. Вернее нашел тот самый "звон" неясный откуда.
Думаю на этой легенде надо особо сосредоточиться. Он нас может вывести на верный ответ. И так, операция "След".



Прежде всего. Что говорится на этот счет в этих ваших/наших интернетах?

Статья по-русски  на Вики о проекте "Орион" гласит следующее:

Также для исследования прочности тяговой плиты проведены испытания на атолле Эниветок. Во время ядерных испытаний на этом атолле покрытые графитом стальные сферы размещены в 9 м от эпицентра взрыва. Сферы после взрыва найдены неповрежденными, тонкий слой графита испарился (аблировал) с их поверхностей

Видите? Все совсем не так как в нашей (я ее принял от вас, полюбил и значит она уже наша) легенде. Согласно этой версии эксперимент проводился специально. И это все запутывает. Если бы это был случайный отпечаток, то ясно что слой был очень тонкий (можно даже оценить его толщину, скажем в 1 микрон, не более). А если это было специальное покрытие, то какой толщины? При этом не слой пота и жира (и не машинного масла, что я думаю куда более верная версия), а именно графита! Согласитесь, разные совсем легенды! Может речь идет о разных испытаниях? Но не уже ли, и там, и там удаление шаров от эпицентра сохранилась в 9 м?

Что я узнал из этой ссылки, так это то что испытания были на  атолле Эниветок. Я поискал. Оказывается на этом атолле была масса испытаний в 50-х. О каком речь? В общем, что бы найти по этому следу, нужно перелопатить все что известно о всех этих испытаниях. Может там где-то  либо сферы покрытые графитом либо отпечаток на сфере и всплывет. Но я туда не пошел.

Я открыл английскую версию статьи об Орионе на Вики и нашел там следующее:

Exposure to repeated nuclear blasts raises the problem of ablation (erosion) of the pusher plate. Calculations and experiments indicated that a steel pusher plate would ablate less than 1 mm, if unprotected. If sprayed with an oil it would not ablate at all (this was discovered by accident; a test plate had oily fingerprints on it and the fingerprints suffered no ablation).
Моя версия перевода:

Воздействие повторяющихся ядерных взрывов поднимает проблему абляции (эрозии) толкающей плиты. Расчеты и эксперимент показали, что абляция стальной плиты будет менее 1 мм, если та ничем не защищена.  Если же распылить масло (oil!) она не будет абелировать совсем (это обнаружилось случайно, на тестовой поверхности остались масляные отпечатки пальцев и эти участки не испытали абляции)

То есть это уже практически ваша версия. Даже можно говорить о глубине абляции. Действительно порядка 1 мм. И пальчики должны были бы хорошо прорисоваться на поверхности (чего? Некой сферы? Тут о сферах ничего нет). Но обратите внимание. Не пот и жир, а именно масло. Oil. Скорей всего МАШИННОЕ МАСЛО.
Никакой не углерод!
Почему оно?
"А вот это инспектор - праильный вопрос." (с)
 
Если бы глубина абляции зависела от глубины полупоглощения  рентгена, то никакое бы масло, никакой бы углерод погоды бы не сделал. Все мы проходим флюрографию и знаем что всякие крестики надо снимать.



Вода, полиэтилен поглощают  на порядок слабее чем металлы. Поэтому рентген через них проходит со свистом и,  по идее, никакие жирные пальцы не могли возвыситься на целый мм над поверхностью аблировавшего образца (сфера там или еще что-то не важно).

Кстати, какой толщины мог быть масляный отпечаток на металле? Какой-нибудь шофер, возился в моторе и … Сколько же там было машинного масла? Если предположить что пленка была подобная масляной пленке на воде, то легко предположить что порядка 1 мкм (порядка длины волны видимого света ибо радужные разводья от пленки как раз результат оптического эффекта связанного с тем, что толщина пленки на воде сопоставима с длиной волны видимого света ~0.5 мкм).

Но все-таки. Главный вопрос. Почему машинное масло (оно так и осталось в базовом проекте в качестве аблянта именно oil)? С одной стороны ясно - отличные капиллярные свойства (способнось растекаться тонким-тонким равномерным слоем). Но вряд ли только это. Что еще его выделяет.
Я кажется вчера нашел ответ (критикуйте если я не прав). В этом - интрига (и повод для споров).
На что похож наш случай удара рентгеном по плите?
На выстрел по мишени рентгеновским лазером.
Я полез к себе на полку за раритетным изданием (как же редко я последнее время беру в руку бумажную книгу!):



Вот вам оно в doc-файле в сети.

Космическое орудие: дилемма безопасности.

По данной ссылке читаем на странице 9 (вордовской странице):

Процесс взаимодействия лазерного излучения с поверхностью довольно сложен, поэтому ограничимся схематическим описанием этого процесса. Поглощение лазерного излучения происходит в тонком приповерхностном слое вещества. Для процесса поглощения важны длительность лазерного импульса и температуропроводность материала. Если температуропроводность материала велика, то даже за небольшое время длительности действия лазерного импульса успевает прогреться значительная толщина приповерхностного слоя. В случае низкой температуропроводности материала вся энергия лазерного излучения выделяется в виде тепла только в том слое, где произошло поглощение излучения – этот слой может успеть расплавиться, испариться и даже ионизироваться, а весь остальной материал останется даже холодным. Характер поведения материала стенки определяется его коэффициентом температуропроводности х, имеющим размерность см 2/с. С помощью этого коэффициента можно определить, за кое время сможет прогреться слой вещества толщиной

(1.1)   

Можно решить и обратную задачу – на какую глубину проникает тепло при импульсном нагреве поверхности с длительностью импульса т.

(1.2)   

Значения коэффициента температуропроводности для применяемых в ракетной технике материалов приведены в табл. 1.3. Величина х определяется плотностью p, теплоемкостью и теплопроводностью материала:

Далее приводится таблица.
Обратите внимание.  Медь 1.15 см2/с. Алюминий 0.83. Все около 1. Даже углерод (которым якобы покрывались экспериментальные сферы)  0.625. Не сильно отличается в по температуропроводности от металлов.
Зато  фенолоформальдегидные смолы 0.0012, углепластики 0,001. На три порядка меньше.
Так как глубина испарения кси под корнем то корень из 1000 ~ 32 раз. В 30 раз подходящий теплоизолятор будет меньшей толщины, чем металл.
Интересно, а что же с попавшим на испытательный образец машинным маслом?
Ищем коэффициент: "температуропроводность  масло".
Гугл далеко не посылает.

Моторное масло 7.38 × 10−8 м2/с

Квадратный метр это 100 на 100 см, то есть  7.38 × 10^-4 см2/с

0,000738 см2/с!!!

Вот они МАСЛЯННЫЕ ПАЛЬЧИКИ ВОДИТЕЛЯ-ОБОЛТУСА, который поковырялся в дигателе а потом болтался на полигоне и лапал что ему не положено своими маслянными руками!