Двигатель для межзвёздных перелётов

[николай теллалов]

Ретрансляторы и фокусировщики перерастают в сферу Дайсона

кто станет доводить дело до абсурда?

[Кремальера]

Он в  начале 90 написал  ОБОБЩАЮЩУЮ статью в ЮТ

Я видел эту картинку-абракадабру в Ю.технике,тогда она она мне этой абракадаброй и показалась.Не знал что Чернобров ее написал.,стало быть он к "зеленым" пришел с солидным тех.бэкграундом по тематике МП.Тем более странно это всё.Жаль что теперь он ничего не сможет пояснить.

С КПД  близким к 1

Ну движок на антиматерии будет иметь КПД выше 50%.

[николай теллалов]

Мы - челвечество?

пока еще НЕТ, ибо абстракция

обобщение "человечество" - чисто теоретическое
на практике "мы" субъективно и объективно делимся на "наших", "ваших", "ихних" и "черт-те-кто-хних"

И все это - на раскаленной бомбе?

все равно изящнее химии

да и "бомба" не под задницей буквально, а в другом конце "шасси" корабля. Начнет ерничать - отстыковал к бениной матери, лишая несколько рассказов о навигаторе Пирксе правдивости и не забыв извиниться перед памятью пана Станислава

да и сказал же - парусники изящнее атомоходов

[николай теллалов]

Пришельцы со звёзд — продукт биоинженерии

тогда мы - их потомки

всамделе уходим от темы

[alex_semenov]

Ретрансляторы и фокусировщики перерастают в сферу Дайсона

кто станет доводить дело до абсурда?

Со сферой Дайсона любой дурак долетит куда угодно. Это как у Бурдакова 800 тонн антижелеза! 

После того как я более-менее свел концы с концами в "гравицапе Семенова" (там масса вопросов, но они - мелкие) мне как-то стало не интересно заниматься мега-проектами.
То есть мощными дорогими способами полета к звездам в духе излучателей Форварда или станции Кларка...
Захотелось что-нибудь покомпактней.
Почему я цепляюсь за межзвездный взрыволёт? Потому что даже очень перспективный двигатель на потоке материи (на тех капсулах о которых выше говорил Дайсон) потребует достаточно мощной инфраструктуры на Луне (как минимум). Да, это не астроинженерия там по ОНейлу и Дайсону и не моя гравицапа (переделать планетоид 200 км в генератор излучения 2000 км в диаметре), но это колонизация Луны в полный рост. Как минимум. А хочется иметь еще более компактное решение.
Взрыволет чем хорош? Его может запустить и планетарная цивилизация которая так и не вышла по-взрослому в космос. То есть находящаяся на поверхности планеты. Да, лучше бы подальше в космосе стартовать. Но если один раз - то можно и с поверхности. Ничего страшного не случится. И это действительно очень заманчиво. Скажем, запустить 500 000 тонн с какого-нибудь арктического острова (или из Тихого океана) и разогнать в итоге 1000 тонный зонд до 0.3с... Круто? Энергетика это не противоречит закону сохранения, если придумать хитрую вторую ступень к взрыволету, который мы можем раскочегарит только до 0.033с в лучшем случае. Но зато масса разогнанной взрыволётом второй ступени может быть в 100 000 тонн... (тут чем выше масса полезной нагрузки, тем лучше для взрыволетной схемы).



Но это - мои хотелки.
Что с наиболее ортодоксальным походом к звездоплаванию? У нас на Луне - "пушка", стреляющая частичками материи вслед улетающему небольшому зонду. Как надо стрелять, чтобы энергия максимольно эффективно переходила от доганяющих "шариков" к кораблю, о ктороый те стукаются?
Сам процесс "стуканья", разгона "шариков", направления их строго на звездолет - пока в стороне (тут масса проблем, но надо знать в каком порядке все это решать).  Это все проблемы двиГателя.  Прежде чем решать их, надо решить проблемы двиЖителя. Столкновения массы с кораблем считает идеально упругим пока. Можно ли сделать такой идеализированный "пушечный" двиЖитель чтобы  как и у идеальной ракеты у вас КПД именно процесса удара догоняющих шариков был сколь угодно близким к 1?
Решение ведь очень похожее!
 

[MenFrame]

А точнее тому, что нашу солнечную систему за ~3 миллиарда лет (ещё до появления развитой жизни у нас) не колонизировали, а значит "прыгать к любой звезде" невозможно.

Это по сути тот же самый парадокс Ферми. А невозможность перелетов всего лишь одно из его решений.

[Проходящий Кот]

.....
Сам процесс "стуканья", разгона "шариков", направления их строго на звездолет - пока в стороне (тут масса проблем, но надо знать в каком порядке все это решать).  Это все проблемы двиГателя.  Прежде чем решать их, надо решить проблемы двиЖителя. Столкновения массы с кораблем считает идеально упругим пока. Можно ли сделать такой идеализированный "пушечный" двиЖитель чтобы  как и у идеальной ракеты у вас КПД именно процесса удара догоняющих шариков был сколь угодно близким к 1?
Решение ведь очень похожее!
 

Ловить в СТАКАН с газом или жидкостью внутри.

[viesis]

Как бы коэффицинет передачи ракетного двигателя на старте равен 0, далее растет, только в моменте проходя через 1, достигая в зависимости от типа несколких единиц.

[vasanov]

Как надо стрелять, чтобы энергия максимольно эффективно переходила от доганяющих "шариков" к кораблю, о ктороый те стукаются?

Надеюсь, шарики из ,типа, бертолетовой соли. При ударе взрываются и ввиде газов создают дополнительный импульс. Конечно этого совершенно не нужно, достаточно скорости соударения с экраном- зеркалом звездолёта не выше его механической прочности. А если шарики просто из водяного льда, то они при ударе просто испарятся. Не пойму, а что за сложность с попаданием в звездолёт? Пушку либо вообще поддерживать неподвижно относительно линии центр масс Солнца-центр масс звезды маневровыми двигателями и просто тупо стрелять в сторону звезды, постепенно увеличивая скорость снарядов( по мере разгона звездолёта), либо пушку распологать на дальней солнечной орбите, чтоб её орбитальная скорость была мизерной и тоже стрелять в сторону звезды. А звездолёт сам маневрируя будет ловить шарики снаряды. Но пушку, полюбому, нужно будет поддерживать двигателями, ведь половина импульса снарядов всёравно передастся пушке и это нужно компенсировать.
 Мне идея, стрелять шариками, больше понравилась, чем светить лазером в парус. С шариками размеры звездолёта будут гораздо компактнее. А если стрелять ледяными шариками, то вполне можно ипользовать ледяные кометы, всеравно они только, без дела, зря шныряют возле Солнца. Потом пушку можно использовать и для забрасывания льда комет на Венеру,Марс, да и ту же Луну.

[crazy_terraformer]

Инфраструктура разгона шариков будет очень-на длинной, большой и тяжёлой. Надо собрать немаленькую энергию, вкачать энергию(так чтобы шарик не испарился в процессе) и рассеять энергию(дабы не перегреть пусковое устройство).

[дерево]

Сейчас в теме остаются Иван Моисеев, я и вот Борис Штерн (Мильнера не берем - он просто миллионер). Это по-сути ничто. По сравнению с Западом - это прям какое-то выжженное поле. Сам факт, что такой любитель-дилетант как я может стать в один рост со Штерном (и даже указывать на школьные ошибки в его проекте, как он указывает Мильнеру) - говорит сам за себя. Что-то тут неправильно.

Во-первых у них финансируют всё подряд. Во-вторых у нас было лучше образование, а точнее больший объём знаний в математике и физике, которые необходимы, чтобы много думающие могли проверять свои идеи, а не нести их массы. Вы же сами много лет назад тут показывали графики с мощностью, из-за ограничения которой разгон до большой скорости слишком долгий.

Не ракета.
И в связи с этим возникает вопрос, возможен ли такой вот идеальный урод?
С КПД  близким к 1?
Должен быть.
Не может не быть!
Но каковы условия для него?
Есть идеи?

Идеи идеальной пушки давно известны.
1. Электромагнитный ускоритель, который при ограничении 10g и размере сквозь всю Луну сможет разогнать лишь до скорости 0,0001c. То есть для межзвёздных перелётов не пригоден.
2. "Разобранный" лазер, в котором полностью прозрачный выход без полупрозрачного зеркала, вместо которого на корабле стоит плоское зеркало и отражает обратно свет в лазер. То есть резонатором является система лазер-корабль. В итоге усиливается (разумеется за счёт внешней накачки) только лучи света идущие точно на корабль. Соответственно не нужна многотысечекилометровая длина лазера для фокусировки. После отражения от движущегося корабля импульс фотонов уменьшается, смещается спектр, поэтому лазер должен быть широкополосным. КПД лазера хоть и далёк от 1, но энергия почти бесплатная, если накачка лазера солнечным светом. Однако у такой системы большие проблемы. Максимум сотни кВт/м² (чтобы не испарилось зеркало) при толщине минимум ~0,1 г/м² (чтобы отражало, а не пропускало) дадут ускорение не больше 1g. А значит огромное расстояние для точной фокусировки луча: 4,5 млн.км для 0,001c (которые можно получить более дешёвым разгоном у Солнца свето-тепловым двигателем + солнечный парус), а для 0,01c уже надо минимум 450 млн.км. Значит точность направления лазера и плоскости зеркала корабля, каждый из которых движется по своей орбите, должна быть угловые микросекунды при диаметре километры.

[alex_semenov]

Ловить в СТАКАН с газом или жидкостью внутри.

Вы имеете в виду неупругое соударение? Нет это плохая идея. Во-первых если догоняющий плиту шарик бьет в нее неупруго (как свет поглащается экраном) то мы получаем одинарный импульс P=mu (масса шарика на его скорость относительно плиты). А если он упруго отскакивает то импульс получатся в два раза больше 2P. Двойной импульс уже сам по себе стоит упругого отскока. Но главное. Если вы неупруго приняли шарик в плиту, то там выделится вся энергия шарика и вам надо ее слить из плиты, ибо она будет паразиткой, которая сильно снизит энерговооруженность вашего привода (кстати именно из расчета такой паразитки у Дайсона и рассчитан консервативный звездолет так медленно и тяжело разгоняющийся. Он ловит импульс бомбы неупруго отсюда и 0.25 коэффициент колимации изотропного взрыва).

Как бы коэффицинет передачи ракетного двигателя на старте равен 0, далее растет, только в моменте проходя через 1, достигая в зависимости от типа несколких единиц.

Я не понял пассажа. Разъясните что имели в виду? Коэффициент передачи, это что?

Надеюсь, шарики из ,типа, бертолетовой соли. При ударе взрываются и ввиде газов создают дополнительный импульс. Конечно этого совершенно не нужно, достаточно скорости соударения с экраном- зеркалом звездолёта не выше его механической прочности.

Вы вот тут зацепили важный контринтуитивный момент. Всем кажется, что бросаться в цель лучше не просто какими-то там шариками, а бомбочками. Мол, лучше будет.
Если речь идет о малых скоростях (300 км/с или даже 3000 км/с), то может быть. Но мы говорим о скоростях полета в 0.1-0.5 с. И тут срабатывает старый добрый принцип бронебойного сердечника. Бессмысленно наполнять бронебойный сердечник дополнительной взрывчаткой. Сама кинетическая энергия - уже взрывчатка. На скорости в 0.1с каждый грамм материи несет куда больше энергии чем грамм урана. Зачем же мучаться с зарядом? Лично я, когда впервые задумался над данной концепцией, моя мысль бросаться вслед звездолету магнитными (сверхпроводниковыми) кольцами. В такое кольцо бомбу не запихнешь. Ну разве что ток в кольце будет своего рода "зарядом", который при потере сверхпроводимости испарит кольцо пред тем как оно влетит в магнитное зеркало звездолета. Очень удобно. Но эта энергия нужна не для увеличения импульса, а только для организации упругого соударения с зеркалом корабля.

А если шарики просто из водяного льда, то они при ударе просто испарятся. Не пойму, а что за сложность с попаданием в звездолёт? Пушку либо вообще поддерживать неподвижно относительно линии центр масс Солнца-центр масс звезды маневровыми двигателями и просто тупо стрелять в сторону звезды, постепенно увеличивая скорость снарядов( по мере разгона звездолёта), либо пушку располагать на дальней солнечной орбите, чтоб её орбитальная скорость была мизерной и тоже стрелять в сторону звезды. А звездолёт сам маневрируя будет ловить шарики снаряды. Но пушку, по любому, нужно будет поддерживать двигателями, ведь половина импульса снарядов всё равно передастся пушке и это нужно компенсировать.

Ну точно вы никогда не прицелитесь, но это вопрос вторичный. Для лазерного луча эта проблема решается тем, что не пушка целится в луч, а сам парусник маневрирует, стараясь удержаться на луче. Но в нашем случае задача решается именно тем, что сами снаряды слегка маневрируют. Решения тут могут быть разные. Так для моих колец (они же несут не только массу но и магнитное поле) как раз проблема маневра - проблема ориентации кольца в пространстве и хитрой схемы обтекания межпланетным водородом их. Вопрос тонкий и спорный, но идея именно в том что бы тратить очень незначительную часть энергии снаряда (буквально 0.1% или меньше) на маневрирование, прицеливание. Звездолет подает сигнал (как авианосец) и снаряды видя его, что уходят с линии - подправляют свою траекторию. Лучшая аналогия не авианосец а бабочки на свет. Это много раз обсуждалось уже в западной печати.

****

Все беспокоятся проблемами двиГателя. Но я считаю что вы лезете поперед батька в пЭкло!
Мы пока не касаемся таких деталей, как прицелится, как догнать...
Заданный мной вопрос - тоньше и абстрактней.
Мы рассматриваем очень абстрактную, "бильярдную" модель идеального парусника. Ему вслед идет луч энергии (из потока материи).
Как добиться того, что бы вся эта энергия переходила в кинетическую энергию парусника, а на нагрев космоса ничего не оставалось?
При этом мы предполагаем идеальный отскок шариков от мишени.
В принципе у нас та же ситуация что и с идеальной ракетой.



Но теперь у нас на борту нет никакого запас реактивной массы. Она вся к нам прилетает с поверхности массивной планеты (за пределом рисунка). Там она приобретает импульс (слегка разгоняя эту планету) и теперь несется вслед нашему кораблю и ударяется в корму.
Как физически это сделать? Сейчас не важно.
Мы рассматриваем абстрактную "бильярдную" модель, что бы уловить тонкую суть именно такого парусного двиЖетеля.
По аналогии идея вот в чем. По окончанию разгона должна повториться ситуация как с идеальной ракетой. ВСЯ брошенная вслед парусу масса должна ОСТАНОВИТЬСЯ после удара о корабль. Тогда она передала всю свою энергию кораблю. По окончанию разгона такого активного корабля мы должны иметь ту же картину что и для идеальной ракеты с переменной скоростью истечения. Наш корабль несется вперед со скоростью v, а все брошенные вслед ему "шарики" покоятся за его кормой, выстроившись в ряд (условно конечно) в системе отсчета старта (планеты, с которой шарики запускались). Логично?
Тепловое движение там, это уже другой вопрос. Главное что шарики (вернее их масса) не имеет импульса ни по направлению движения паруса ни от него. Такой импульс и означает что часть посланной пушкой энергии не была передана парусу а осталась у шариков (или того что от них осталось).
Но если шарики вслед за кораблем висять облачками испарившейся, скажем, материии (а лучше пусть остаются целыми) тогда вся энергия шариков будет строго точно перекачана в энергию звездолета. Без всякой платы энтропии со стороны двиЖителя (о двиГателе, мы договорились - отдельный разговор, там отдельный счет).

В случае ракеты, условием неподвижности "ракетного хвоста" является отбрасывание каждой порции ракетной массы в каждый момент времени разгона строго со мгновенной скоростью ракеты. То есть

u' =v'

Мгновенная скорость истечения равна мгновенной скорости ракеты. Так как ракета ускоряется то и скорость истечения u должна расти.
В нашем случае (активного паруса) надо, видимо делать то же самое. В начале, пока скорость нашего "парусника" небольшая, скорость бросаемой ему вслед материи u будет небольшой. Но по мере ускорения, скорость бросания должна расти синхронно со скоростью корабля. Но каково соотноение мгновенных скоростей бросаемого шарика u и мгновенной скорости парусника v в этом случае?
Если  как у ракеты  u' =v' то наши шарики никогда не догонят наш корабль.
Тут наверняка все чуть по другому. Но не сильно.
Так с какой мгновенной скорость надо бросать вслед шарики?
Ну?
 
(блин, я на постановку задачи трачу больше времени, чем она красиво решается!)
Братцы, абстрагируйтесь!
Вы как Пёрышкина не читали?
 

[Инопланетянин]

Всего лишь звезда с парой планет

и откуда уверенность, что для высокоразвитой цивилизации именно планеты земной группы являютса наижеланнейшим сокровищем?

стимпанковский подход какой-то
https://i.pinimg.com/originals/cc/d5/ef/ccd5ef8508dd29cfff9fee35a9834041.jpg

А вот тут я бы поспорил. Не доказано, что жить в космосе принципиально возможно. После рассказов Раттуса, что макросаморепликаторы проигрывают биологическим даже в богатой среде Земли я считаю сомнительным, что они вообще смогут реплицироваться в бедной внеземной.
Спутники и зонды не доказывают возможность внеземной саморепликации. Ведь ещё ни разу не удалось добыть в космосе какие-либо полезные ресурсы.
Так что не стоит хоронить планеты. Вполне может оказаться, что распространяться по космосу можно будет только короткими перебежками между обитаемыми планетами. Если они ещё есть, конечно

Если ракета в любой момент времени отбрасывает ракетную массу с той скоростью, с какой она в данный момент движется (в системе отсчета старта) то вся отброшенная ракетная масса  в системе отсчета старта будет покоится. Ее энергия =0. А значит, по отсечке (топливо кончилось, двигатель встал) вся энергия привода пошла исключительно на разгон пустой ракеты. Энергия отброшенной массы =0. Никаких потерь в двиЖителе нет.

Давно хотел сказать, что надо бы ещё учесть гравитационное поле. Пусть идеальная ракета разгоняется по направлению от Солнца с расстояния земной орбиты, пусть отбрасываемая масса не движется в СО старта. Только эта масса висит в г-поле Солнца выше, чем эта самая Земля СО старта. А значит эта масса прикарманила довольно много потенциальной энергии. И не такой уж эффективный движитель получается.

[viesis]

Как бы коэффицинет передачи ракетного двигателя на старте равен 0, далее растет, только в моменте проходя через 1, достигая в зависимости от типа несколких единиц.

Я не понял пассажа. Разъясните что имели в виду? Коэффициент передачи, это что?

У вас это КПД движителя, меня этот термин немного смущает, путается с КПД двигателя.

[николай теллалов]

хочется иметь еще более компактное решение.

"Кон-Тики" не сможет летать к звездам

потребует достаточно мощной инфраструктуры на Луне (как минимум)

так это же хорошо

[дерево]

ВСЯ брошенная вслед парусу масса должна ОСТАНОВИТЬСЯ после удара о корабль. Тогда она передала всю свою энергию кораблю. По окончанию разгона такого активного корабля мы должны иметь ту же картину что и для идеальной ракеты с переменной скоростью истечения. Наш корабль несется вперед со скоростью v, а все брошенные вслед ему "шарики" покоятся за его кормой, выстроившись в ряд (условно конечно) в системе отсчета старта (планеты, с которой шарики запускались).

Если не обращать внимания, что эти шарики будут мешать, то их скорость в СО корабля должна быть равна скорости корабля в СО пушки, то есть в СО пушки их скорость равна удвоенной скорости корабля. С точки зрения энергии, конечно, будет самое выгодное, но есть расход вещества шариков \[m=M\cdot ln \frac{V}{V_{нач}}\]

[николай теллалов]

После рассказов Раттуса, что макросаморепликаторы проигрывают биологическим даже в богатой среде Земли

это всего лишь мнение Ратуса

[Кремальера]

"Кон-Тики" не сможет летать к звездам

"Водонапорная башня" ведь взлетела.

это всего лишь мнение Ратуса

Все время завидовал людям с верхним образованием,но с годами выяснилось что не только богатство портит людей.Как говорится: " а еще шляпу надел.."(с)
По двигателю и движителю.Не думаю чтобы пилотируемый звездолет был парусником.Причем парусником чей ветродуй остался на берегу.

[alex_semenov]

Если не обращать внимания, что эти шарики будут мешать, то их скорость в СО корабля должна быть равна скорости корабля в СО пушки

Да, это очевидно с самого начала.

, то есть в СО пушки их скорость равна удвоенной скорости корабля.

Конечно!
 

u' =2 v'

Это и есть условие идеальной пушки (активного привода), зеркального идеальной ракете.
Мгновенная скорость шарика при столкновении с парусом должна быть в два раза выше мгновенной скорости паруса.

С точки зрения энергии, конечно, будет самое выгодное, но есть расход вещества шариков \[m=M\cdot ln \frac{V}{V_{нач}}\]

Вот этого я не понял. А зачем оптимизировать массу шариков? Они даже не ракетная масса, которую мы несем с собой?
Хотя, возможно вы имеете в виду что увеличивая скорость шариков, надо уменьшать их массу?
Это логично. Но почему такой закон? Логарифм? Можете объяснить?
И еще.

Если не обращать внимания, что эти шарики будут мешать

Это по-началу для меня было самой сложной для воображения задача.
Действительно, если мы бросаем вслед кораблю шарики со все большей и большей скоростью (пропорционально ускорению корабля), то не обгонять ли более поздние шарики более ранних? Если так, то вся идея идеальной пушки - пропала.
Тут нужно учитывать все. В том числе и расстояние.
В общем задача проста только на первый взгляд.
 
Но что меня обнадеживает.
Если идеальная ракета возможна (мыслима) то должна быть возможна и идеальная пушка!
Я верю в гармонию сфер! А вы?
 

Давно хотел сказать, что надо бы ещё учесть гравитационное поле. Пусть идеальная ракета разгоняется по направлению от Солнца с расстояния земной орбиты, пусть отбрасываемая масса не движется в СО старта. Только эта масса висит в г-поле Солнца выше, чем эта самая Земля СО старта. А значит эта масса прикарманила довольно много потенциальной энергии. И не такой уж эффективный движитель получается.

Да, разумеется, в реальности придется учесть много что. Но я не думаю что гравитационное поле при больших скоростях бросания (выше 300 км/с) будет иметь сколько-нибудь значимое влияние на баланс (на логику наших рассуждений). Хотя, если дело дойдет до реализации проекта, то да, наверное будут учитывать и это. Но в нашей прикидке это несущественно пока. Наша модель - идеальный конь в вакууме, то есть без всякой гравитации.

[vasanov]

Так с какой мгновенной скорость надо бросать вслед шарики?

Скорость шариков нужно постоянно увеличивать, по мере разгона звездолёта, чтоб, относительно звездолёта, скорость шарика не превысила, допустим, 1 км/с, чтоб не спалить экран-зеркало звездолёта. Поэтому скорость шариков предварительно рассчитываем, и потом просто придерживаемся программы разгона, как на пушке, так и на звездолёте, потому, что корректировать изменение скорости с расстояния 0.1-1-2 светового года будет уже невозможно. И не стоит сохранять всю массу этих шариков за собой, лучше пусть они испарятся и рассеются по большому объёму. Ведь вся эта масса будет тянуть звездолёт назад, а масса будет огромная, порядка триллионов тонн, хоть и размазанная по длине, пусть лучша она рассеивается ввиде водяного пара.