Годится ли ионный двигатель для звездолетов?

[EvilShurik]

Зачем такие извращения? Корабль поколений весом миллионы тонн, сотни тысяч тонн урана, невменяемые радиаторы? Ясен пень, что с такими ТТХ звездолёт никогда не будет создан, бо концепция глупа.
Есть солнечный парус, который можно подсвечивать лазером. И обеспечить отличную динамику звездолёта. Для колонизационной капсулы - самое то. Капсула несёт в себе запись генкода нескольких сотен человеческих существ на надёжном, не боящемся сильной радиации носителе. А также фаб по синтезу оплодотворённой человеческой яйцеклетки и набор роботов для строительства колонии и ухода за младенцами до совершеннолетнего возраста. Вот такие колонизационные капсулы вполне могут освоить планетные системы у ближайших звёзд в течении текущей тысячелетки. Причём уже сейчас есть телескопические системы, позволяющие посылать капсулы ПРИЦЕЛЬНО, к планетным системам, где есть пригодные для колонизации планеты. В недалёком будущем, после реализации проектов по наблюдению атмосфер внесолнечных планет будет гораздо более высокая определённость с планетами, пригодными для колонизации.

[alex_semenov]

AlexOrex!
У меня получалось нечто похожее (плюс-минус).
То есть. Ионный корабль поколений таких вот параметров в первом приближении можно считать ВПОЛНЕ реалистичным. Если вы научитесь сжигать "сырой уран", что  не так уж и невозможно (существует целое направление исследований в энергетике "подкритические реакторы").

По поводу объемного заряда между электродами ионного двигателя. Мы  еще на НК выяснили что у высокоимпульсного ионного двигателя даже объемный заряд получается меньше чем у высокоточного (с малым уи в 50-70 км/с). Ведь каждый ион В ЗАЗОРЕ ускоряется до скоростей на несколько порядков больших. Скажем на 2 порядка. Значит он находится в промежутке между анодом и катодом во столько же раз меньше времени. В 100 раз. То есть за то же время (1с например) в зазоре успевает побывать на порядок больше частиц.
Улавливаете лафу?

Кроме того. Наш корабль разгоняется столетиями. Надо прикинуть тягу. Она получается очень даже небольшой (на килограмм массы). Где-то у Перельмана читал оценку плотности тока на кв сантиметр камеры сгорания. Это 1961-й год! То есть самые что ни наесть простейшие ионники…
Сейчас найду…
Вот тут… http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/perelman-r/02.html

Утверждается что можно снимать 1 г тяги с см2 сечения иного двигателя (лучше бы знать ток…). Можно попробовать сходу уменьшить это в 10 раз (для надежности) и предварительно высчитав необходимую нашей колонии тягу посчитать площадь выхлопной поверхности ионника.
Я не считал.
Но есть уверенность, что общие площади сечения всех двигателей колонии останутся очень скромными (по сравнению с радиатором).

[Проходящий Кот]

Зачем такие извращения? Корабль поколений весом миллионы тонн, сотни тысяч тонн урана, невменяемые радиаторы? Ясен пень, что с такими ТТХ звездолёт никогда не будет создан, бо концепция глупа.
Есть солнечный парус, который можно подсвечивать лазером. И обеспечить отличную динамику звездолёта. Для колонизационной капсулы - самое то. Капсула несёт в себе запись генкода нескольких сотен человеческих существ на надёжном, не боящемся сильной радиации носителе. А также фаб по синтезу оплодотворённой человеческой яйцеклетки и набор роботов для строительства колонии и ухода за младенцами до совершеннолетнего возраста. Вот такие колонизационные капсулы вполне могут освоить планетные системы у ближайших звёзд в течении текущей тысячелетки. Причём уже сейчас есть телескопические системы, позволяющие посылать капсулы ПРИЦЕЛЬНО, к планетным системам, где есть пригодные для колонизации планеты. В недалёком будущем, после реализации проектов по наблюдению атмосфер внесолнечных планет будет гораздо более высокая определённость с планетами, пригодными для колонизации.

Проект звездолета "Феникс", конкурирующая фирма. Вопрос, как их затормозить...
И как основать колонию......

[alex_semenov]

Кстати. А как насчет пересмотра вот этой идеи:

http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/tm/1958/6/kosm-prost.html



Энергию придется взять с собой. А вот реактивную массу. В любом случае это версия ионного двигателя.
 

[AlexOrex]

Зачем такие извращения?

Я сам в глубине души надеюсь на генетику и репликаторы - но тут мы пытаемся выпихнуть к звездам именно человека "как есть" на технологиях "как есть, если очень долго мучиться". Понятно, что у каждого своя версия будущего - так пусть для каждого будущего будет свой звездолет. "Всё возможно, пока не сделан выбор" ((С), "Господин Никто")
Понятно, что наши эскизы звездолетов, скорее всего, будут походить на реальные (если они полетят) не больше, чем "Из пушки на Луну" Жюля Верна - на программу "Аполлон".

[вячеслав27]

Тема еще жива

[Инопланетянин]

для ионника примем 30 000 м/с
М1 - начальная масса летательного аппарата (полезная нагрузка + конструкция аппарата + топливо)
М2 - конечная масса летательного аппарата (полезная нагрузка + конструкция);

Итого имеем условие :

160 000 = 30 000 *ln (М1/М2)

ln (М1/М2) = 160 000/30 000

ln (М1/М2) = 5.333

 (М1/М2) = 207.05

Округлённо будем считать, что 210.  Это значит, чтобы наш одноступенчатый корабль смог достигнуть скорости в 160 км/с, надо чтобы на 1 тонну полезного груза и конструкций было 210 тонн топлива. Это весьма опупенское соотношение. Корабль должен быть сверхлёгким и по сути дела - один сплошной летающий бак с двигателями.

Отсюда вывод - скорость истечения должна быть выше скорости аппарата. Иначе это чудовищно нерационально.

[AlexOrex]

для ионника примем 30 000 м/с
 

Отсюда вывод - скорость истечения должна быть выше скорости аппарата. Иначе это чудовищно нерационально.

Уже есть прототипы ионников с 210 км/с.
Для торможения было бы очень желательно применить магнитный парашют Зубрина. Правда, на скоростях 1000-2000 км/с тормозить он будет меееедленно, но нам и сотни лет на торможение не жалко. Дотормозить ионниками, а последние пару сотен километров в секунду скинуть о звездный ветер.

[dan bv]

Даже плазменный не годится(разве только для корабля поколений)
Удельный импульс VASIMR = 300000м/с.
Пусть масса топлива в 1000 раз превышает массу груза.
V = 300000 * ln(1000) = 2072000 м/ с
А ведь это соотношение надо возвести в квадрат т.к. нам же ещё тормозить нужно.
Итого: брать в миллион раз больше топлива, чем нагрузки - и лететь 600 лет до ближайшей звезды? А смысл?

В принципе, плазменные/ионные хороши для межпланетных полетов. Для межзвездной колонизации на потребуется термоядерно-микровзрывной, или двигатель Буссарда. Из нынешних технологий адекватнее всего ядерный взрыволёт. у него удельный импульс ЕМНИП под 10 млн.

[armadillo]

Попытками рассчитать ионный звездолет мы увлеклись еще в теме про взрыволеты. Попробую еще раз прикинуть.

скорость надо считать 0.1с +-
кораблик (разумеется беспилотный, никаких поколений) формируется из вещества скажем ганимеда, поднимаемого на орбиту рельсой.
рабочее тело - водород, содержащийся в шарах-капсулах из какого-нибудь варианта льда, вещество которых тоже идет в рабочее тело. то есть никаких 5%, и количество ступеней БОЛЬШОЕ.
такие вытянутые длинные бусы с броней на лбу.

[AlexOrex]

0,1с на ионниках? А энергию откуда взять? Если от реактора, то у нас топливо будет весить больше рабочего тела (и им же являться), о радиаторах умолчу. 0,1с ИМХО - это уже нормальный звездолет на продуктах термоядерной реакции: взрыволет (у которого свои проблемы), инерционник или пробкотронник (которые еще не факт, что возможны) или лазерный-солнечный парусник.

[armadillo]

радиатор - тоже рабочее тело.
но согласен, что на ионнике выжать непросто.

[Емельян]

Даже плазменный не годится(разве только для корабля поколений)
Удельный импульс VASIMR = 300000м/с.
Пусть масса топлива в 1000 раз превышает массу груза.
V = 300000 * ln(1000) = 2072000 м/ с
А ведь это соотношение надо возвести в квадрат т.к. нам же ещё тормозить нужно.
Итого: брать в миллион раз больше топлива, чем нагрузки - и лететь 600 лет до ближайшей звезды? А смысл?

В принципе, плазменные/ионные хороши для межпланетных полетов. Для межзвездной колонизации на потребуется термоядерно-микровзрывной, или двигатель Буссарда. Из нынешних технологий адекватнее всего ядерный взрыволёт. у него удельный импульс ЕМНИП под 10 млн.

Ядерному взрыволёту нужна та же плазменная подушка чтобы взрыволёт не расплавило взрывом и от радиации спасла экипаж.

[вячеслав27]

Почему надо обязательно создавать звездолет именно на ионнике, а не допустим на более мощном магнитоплазмодинамическом двигателе?

[alex_semenov]

Почему надо обязательно создавать звездолет именно на ионнике, а не допустим на более мощном магнитоплазмодинамическом двигателе?

Что вы понимаете под термином "мощный"?

[LonelyWanderer]

Интересно, почему до сих пор не попробовали использовать космический парус, если это так технологически просто? Развернул пленку, снабдил какой-нибудь телеметрией и запустил, да наблюдай за её  поведением и скоростью. По-крайней мере будет практический опыт. А то одни гадания.

[alex_semenov]

Я вижу что народу хочется поговорить об этой вроде как интересной теме, но не сильно углубляясь в технические детали.
Я  же считаю, что мы здесь за пару последних лет потихоньку, играючись (ненароком) продвинулись настолько глубоко в понимании подобных тем, что  разговор об этом, не используя хотя бы школьную физику - уже БЕСПРЕДМЕТНЫ.
Ликбезом интересно заниматься ну раз, ну два, но не постоянно.
Что такое МОЩНОСТЬ W (ватты, Дж/с) любого ракетного двигателя? Тут ничего не надо знать кроме элементарной школьной физики:



Это секундный расход рабочей массы mt (кг/с) на квадрат скорости истечения u (м/с) пополам (красным цветом) или тяга (сила, Н, отсюда можно считать ускорение!) на скорость истечения пополам (синим цветом). Медитируйте. Здесь ответ на все каверзные вопросы про мощность, тягу, энерговооруженность, время полета. И почему, собственно ионный двигатель?
И вот еще из школьного учебника:



U - разность потенциалов на сетках ионника (Вольты), q - заряд иона (кулоны), m - масса иона (килограммы).

Опираясь на это попробуйте ДЛЯ СЕБЯ четко и ясно понять чем отличается электроракетный двигатель, дающий скорость истечения 20-50 км/с (такие обычно в NASA и строят, ибо такие нужны для полетов в пределах солнечной системы, ибо в идеале  u~dv, скорость истечения примерно равна суммарному приращению скорости корабля) и двигатель дающий скорость истечения в 2000-5000 км/с (а именно такие нужны для полетов к звездам).

Поймите. Форум будет интересен тогда и только тогда когда на нем будут ВСТРЕЧАТЬСЯ интересные, глубоко мыслящие участники. А так как участники форума это мы с вами (других тут нет!), то каждый должен стараться быть интересен и глубоким, тогда есть шанс что таким окажется и ваш собеседник. Иногда глубокую мысль можно заменить неординарной.  Иногда!
Но как можно быть не то что глубоким, но даже неординарным  читая только новостные ленты? Их ведь читают ВСЕ! Какая тут хотя бы неординарность?  Да и пишут эти ленты в основном совершенно ординарные профаны и дураки, передирающие глупости друг у друга.

[вячеслав27]

Что вы понимаете под термином "мощный"?

тяга больше

[SY]

Сухая масса - 1 млн т (легонький такой корабль поколений).

Такие сооружения не для нашей цивилизации в обозримом будущем.
А нам можно расчитывать на автоматический зонд массой до 1 т, ну, максимум - 10т, если строить всем миром втечении 10-20 лет

[Андрей Курилов]

о боги, сколько бреда в теме...

1) выбросьте сетки с электродами, они не выдержат и нескольких месяцев постоянной работы;
2) МПД аблирует неслабо;
3) из п.1 и п.2 следует, что для МП применим пока что только Васимр;
4) проблема №1 для МП на электроракете - необходимость генерации электроэнергии прямо на борту, из чего следуют некислые радиаторы и необходимость поддерживать термодинамический цикл долгое время (изнашивающаяся механика вроде турбин и насосов);
5) проблема №1 для МП на электроракете - низкая удельная мощность (Вт/кг) системы, так как в массу надо запихать кроме собственно двигателя и рабочего тела ещё и реакторы, актиноиды,, радиаторы, всяческие насосы и турбины.

В одной из смежных тем было убедительно показано ув. Alex AV что с помощью электроракеты практически невозможно достичь скорости C/100. Для скорости до C/1000 проблем особых нет, но здесь есть куда более простые и дешёвые способы разгона "скребя о звезду".