Ядерный звездолёт для полета на э-Эридана

S.I.> Зачем заправочные корабли? Межзвёздное пространство отнюдь не пусто..

Лучше б было пусто...

S.I.> Тот же межзвёздный водород использовать не только как рабочее тело, но и как источник энергии в термоядерной реакции для разгона этого рабочего тела.

Как можно заставить нейтральный газ реагировать на магнитное или электрическое поле? Если собирать его собиралкой, сделанной из вещества, то производительность её будет равна нулю.

S.I.> Как идея - это единственный способ достичь околосветовых скоростей.

Это нисколько не способ.
Во-первых, преобразование водорода в дейтерий требует участия слабого взаимодействия, а, значит, происходит КРАЙНЕ МЕДЛЕННО, характерное время - миллисекунды. Допустим, наш звездолёт летит со скоростью 36 000 км/с, это значит, что длина реактора превышает сто километров.
Во-вторых, энерговыход протон-протонной реакции, считая от 4 протонов до 1 ядра гелия, не так уж велик - что-то типа 7 МэВ на нуклон, что даёт эффективную скорость истечения не выше 72 000 км/с. При этом половина энергии уносится термоядерными нейтронами с энергиями порядка 3 МэВ и 14 МэВ, которые будут излучаться изотропно. Даже если их затормозить, мы получим относительно низкопотенциальное тепло, которое не будет годиться для разгона, скажем, 20% из этих 50% можно, используя очень большие радиаторы, преобразовать в электричество и использовать для электростатического разгона, но, в общем, на получение скорости истечения выше 36 000 км/с рассчитывать не приходится.
Наконец, взаимодействие этих атомов водорода с воронкой сборника, из чего бы она ни была - поля или вещества - будет порождать мощное тормозное излучение, которое убьёт и экипаж и электронику и всё прочее в звездолёте. Даже если мощность этого излучения на два порядка меньше, чем мощность двигателя звездолёта, этого хватит. За сто лет полёта-то.

Lamort>> Есть идея несколько проще, - заранее посылать заправочные корабли для разгона основного корабля...
FarEcho> А перед ними - субзаправочные корабли для разгона заправочных.
Совершенно верно, - сперва надо, грубо говоря, отправить один, потом два, один из которых разгонит другой и так в геометрической прогрессии если не хуже.
Но это, по-моему, единственный более-менее реализуемый вариант.

S.I.> Зачем заправочные корабли? Межзвёздное пространство отнюдь не пусто.. Тот же межзвёздный водород использовать не только как рабочее тело, но и как источник энергии в термоядерной реакции для разгона этого рабочего тела.
S.I.> Как идея - это единственный способ достичь околосветовых скоростей.

Если вы говорите именно про межзвёздное пространство, - там один атом в кубическом сантиметре. Может я ошибся, но у меня получилось, что при скорости в 1/3 световой моль на квадратный метре сечения "водородозаборника" вы будете собирать 1000 лет.
Если же вы собрались собирать водород где-то в поясе Койпера, где его "много", то по сути это тот же заправщик, только крайне неудобный и только в одном месте.

S.I.> Зачем заправочные корабли? Межзвёздное пространство отнюдь не пусто.. Тот же межзвёздный водород использовать не только как рабочее тело, но и как источник энергии в термоядерной реакции для разгона этого рабочего тела.

Не пусто. Но если считать - прослезиться можно.
Прикинем на пальцах. Концентрация вещества в межзвездной среде очень варьируется, а пределы - от 0.1 атома в см³ (в межоблачных промежутках) до 100-1000 в молекулярных облаках. Состав - почти исключительно водород. Доли процента гелия, прочим можно пренебречь. Что отсюда имеем? Чтобы собрать один грамм вещества нам надо охватить
пространство от 6*10²⁴ до 6*10²⁰ см³. Т.е. если у нас есть собирающая воронка эффективной площадью в 1 км² то этот грамм мы соберем на пути в пол миллиона километров в "плотном" молекулярном облаке, или в ~6 миллиардах километров в межоблачном промежутке. Это при 100% сборе.
Далее: прокладывая курс через области богатые веществом, или увеличивая эффективную площадь коллектора (технологических и конструктивных вопросов не касаемся), мы должны будем бороться с ростом импульса, передающегося нашему звездолету от набегающего потока - чем больше собираем тем большее сопротивление вынуждены будем преодолевать.
Далее: водород, сам по себе, в качестве горючего для термоядерного реактора - не ахти. Слишком высокий порог реакции в протон-протонном цикле.
То есть, в принципе, у прямоточного звездолета есть свои плюсы и есть резоны в проработке этого направления, но найти баланс, при котором задача станет решаемой, будет не просто.

Да, кстати, вот грубая карта облачной обстановки в районе ближайшем к Солнечной системе (данные NASA). Эпсилон Эридана на ней не обозначена, но расположена в нижней части схемы примерно по центру. Путь к ней пролегает через бедную веществом область.

Б.г.> Как можно заставить нейтральный газ реагировать на магнитное или электрическое поле?

выход - лететь через ионизированные облака )

FarEcho> То есть, в принципе, у прямоточного звездолета есть свои плюсы и есть резоны в проработке этого направления, но найти баланс, при котором задача станет решаемой, будет не просто.
Ну вот и я того же мнения..

оптимумы просчитываются элементарно на компах.
Пришел к выводу, что радиозащита скорее вредит, чем помогает.
Чтоб задержать частицы сверхвысоких энергий, нужно несколько десятков м воды, и то, мюоны и др частицы пробьют гораздо глубже.
Эти частицы, при попадании в материю образуют целый веер или ливень вторичных частиц, поэтому защита в 5-10 м воды образует ливень, который уничтожит много клеток в организме, когда исходная частица убивает лишь все клетки, которые строго на ее трактории. И убивает клеток существенно меньше, чем ливень, повреждает этих клеток.
Посему выгоднее не делать защиты, как на МКС ее нет, и ничего живут там чуть не годами, хотя у них космических лучей сверхвысокой энергии лишь в двое меньше, чем в открытом пространстве, правда у них нет частиц средних и низких энергий, задерживаемых магнитным полем Земли, А от них можно отгородиться тоже защитным полем на звездолете.
Если активизировать процессы регенерации клеток в тканях, то игольчатые уколы будут несущественны.
Благодаря этому сразу более чем вдвое уменьшается вес корабля, и соответственно уменьшается мощность и расход урана.
Кое кто говорил, якобы в окрестностях Солнца очень малая плотность водорода кажется порядка 0,01 на см куб, эдакий пузырь, если не врали, по любому попутный водород сгрести будет сложно, сам водород тормозной рентген не должен вызывать, это только электроны его вызывают
Заправщики не выгодно гонять, это дополнительные реакторы, и все прочее, проще их на основном корабле нацепить

Sergeef> ...Эти частицы, при попадании в материю образуют целый веер или ливень вторичных частиц, поэтому защита в 5-10 м воды образует ливень, который уничтожит много клеток в организме, когда исходная частица убивает лишь все клетки, которые строго на ее трактории...

Вам не кажется, что ход ваших мыслей несколько нелогичен: при попадении в материю высокоэнергичная частица, стало быть, образует ливень вторичных частиц, а вот при попадании в человеческий организм она же этот неприятный ливень не образует, а действует гораздо мягче, убивая клетки только строго по траектории. Вы предполагаете, что в вашем летаргическом сне вы не только не дышите, не едите и не старитесь, но еще и материальность в значительной степени теряете?

Sergeef> оптимумы просчитываются элементарно на компах.
Почему бы Вам этого не сделать, элементарно?

Б.г.> Во-вторых, энерговыход протон-протонной реакции, считая от 4 протонов до 1 ядра гелия, не так уж велик - что-то типа 7 МэВ на нуклон, что даёт эффективную скорость истечения не выше 72 000 км/с.
Это не совсем верно, дело в том, что можно вообще не использовать внешнюю среду как источник энергии, её можно использовать как рабочее тело. Я, правда, не говорю, что знаю как это сделать, но это принципиально возможно.

Представьте, допустим, что мимо корабля летит некий "кусок железа", он имеет относительно корабля скорость корабля. У нас есть какая-то штуковина вроде бегущей магнитной волны, которая во время пролёта этого "куска железа" ускоряет его ещё, при этом мы вообще с ним не взаимодействуем помимо отталкивания его назад.

Б.г.>> Во-вторых, энерговыход протон-протонной реакции, считая от 4 протонов до 1 ядра гелия, не так уж велик - что-то типа 7 МэВ на нуклон, что даёт эффективную скорость истечения не выше 72 000 км/с.
Lamort> Это не совсем верно, дело в том, что можно вообще не использовать внешнюю среду как источник энергии, её можно использовать как рабочее тело. Я, правда, не говорю, что знаю как это сделать, но это принципиально возможно.

Никто ж не говорит про "принципиально". Только технически не получится.

Lamort> Представьте, допустим, что мимо корабля летит некий "кусок железа", он имеет относительно корабля скорость корабля. У нас есть какая-то штуковина вроде бегущей магнитной волны, которая во время пролёта этого "куска железа" ускоряет его ещё, при этом мы вообще с ним не взаимодействуем помимо отталкивания его назад.

Поздравляю, вы только что построили фотонный звездолёт со всеми вытекающими достоинствами и недостатками. Достоинство - удельный импульс, тождественно равный скорости света. Недостаток - очень плохое соотношение между тягой и мощностью. Если мы можем ускоряться о бегущую электромагнитную волну, кусок железа нам, в принципе, необязателен.

Если мы разогнали звездолёт до скорости нуклонов термоядерной плазмы, то налетающие на нас атомы нейтрального водорода имеют, с точки зрения звездолёта, температуру термоядерной плазмы. Если мы пытаемся ускорить их в системе отсчёта, связанной со звездолётом, это будет передачей тепла от холодного тела к горячему.

Электричеством, отчасти, можно этот запрет обойти, но мешают низкий термодинамический к.п.д. и невыгодное соотношение между импульсом и энергией.

А.С.> Поздравляю, вы только что построили фотонный звездолёт со всеми вытекающими достоинствами и недостатками. Достоинство - удельный импульс, тождественно равный скорости света. Недостаток - очень плохое соотношение между тягой и мощностью. Если мы можем ускоряться о бегущую электромагнитную волну, кусок железа нам, в принципе, необязателен.
Фотонным звездолетом здесь и не пахло, обычный прямоточник непонятно какого принципа работы.

Sergeef>> ...Эти частицы, при попадании в материю образуют целый веер или ливень вторичных частиц, поэтому защита в 5-10 м воды образует ливень, который уничтожит много клеток в организме, когда исходная частица убивает лишь все клетки, которые строго на ее трактории...
FarEcho> Вам не кажется, что ход ваших мыслей несколько нелогичен: при попадении в материю высокоэнергичная частица, стало быть, образует ливень вторичных частиц, а вот при попадании в человеческий организм она же этот неприятный ливень не образует, а действует гораздо мягче, убивая клетки только строго по траектории. Вы предполагаете, что в вашем летаргическом сне вы не только не дышите, не едите и не старитесь, но еще и материальность в значительной степени теряете?
Образуют ливень, но далеко не всегда, для ливня частица должна попасть точно в ядро, а это путь порядка метра в материи, потом ливень в начальной точке очень очень узкий, по сути не отличается от иглы, и не так страшен, как на расстояниях 5-10 м в веществе от начала.
Старение есть, но это все можно компенсировать методами медицины, подпитка организма тоже будет, но она нужна небольшая, в отличие от состояния бодствования

Sergeef>> оптимумы просчитываются элементарно на компах.
S.I.> Почему бы Вам этого не сделать, элементарно?

Элементарно в принципе, а вообще это основательная работа для конструкторов вместе с математиками, и на шару естественно не делается

А.С.> Поздравляю, вы только что построили фотонный звездолёт со всеми вытекающими достоинствами и недостатками. Достоинство - удельный импульс, тождественно равный скорости света. Недостаток - очень плохое соотношение между тягой и мощностью. Если мы можем ускоряться о бегущую электромагнитную волну, кусок железа нам, в принципе, необязателен.
Это не простой вопрос, что это будет "фотонный звездолёт или нет" и будет ли от такой затеи какой-то толк в смысле экономии энергии на разгон.
Пример "прямо противоположный", - когда вы ходите, вы тоже отталкиваетесь от Земли в конечном итоге с помощью электромагнитного взаимодействия, однако КПД при это отнюдь не как у фотонного звездолёта.

Хотя я не могу даже придумать способ такого ускорения, а также обосновать то, что КПД в этом случае будет выше, но "интуитивно" кажется именно так.
Но "копья ломать за это" не стану.

Lamort> Это не простой вопрос, что это будет "фотонный звездолёт или нет" и будет ли от такой затеи какой-то толк в смысле экономии энергии на разгон.

Фотонный звездолёт, безусловно, будет. Железяка будет играть роль зеркала, подставленного под выхлоп фотонного звездолёта. Если мы сможем отразить это обратно и оно толкнёт звездолёт ещё раз, мы выиграем в два раза по тяге. Но это "два раза" работает, только пока дифракция не начинает мешать. Если у нас классический аннигиляционный звездолёт, то там 511, кажется, кэВ, минимальная энергия гамма-квантов, и это крайне тяжело отражать Если у нас радиоволна, то дифракция портит всю малину уже на межпланетных дальностях.

Lamort> Пример "прямо противоположный", - когда вы ходите, вы тоже отталкиваетесь от Земли в конечном итоге с помощью электромагнитного взаимодействия, однако КПД при это отнюдь не как у фотонного звездолёта.

ну фиг с ним, с к.п.д., но про термоядерную температуру я ж не просто так упомянул. Чтобы передать энергию этому "мимопролетающему рабочему телу", её надо как-то очень сильно сконцентрировать...

В связи с чем меня интересует ещё вот какой вопрос - генератор ван де Граафа на двадцать мегавольт построить можно, тем более, в космосе, а вот можно ли построить такой ионный двигатель, из которого будут вылетать протоны с энергией, большей, чем энергия термоядерных протонов в дейтерий-гелий-3-реакции?

Разогнать до такой же скорости электроны никакой проблемы не составит, для нейтрализации этого потока, чтоб он не расходился и на корпус корабля не налипал...

Но гораздо более реалистичной выглядит подпитка ловушки с плазмой антипротонами, это позволяет дешевле увеличить эффективную скорость истечения т/я двигателя, правда, тоже ценой немалого усложнения...

Sergeef> Образут ливень, но далеко не всегда, для ливня частица должна попасть точно в ядро, а это путь порядка метра в материи, потом ливень в начальной точке очень очень узкий, по сути не отличается от иглы, и не так страшен, как на расстояниях 5-10 м в веществе от начала.

Sergeef, ей-богу, нельзя быть настолько девственным в вопросах, о которых беретесь судить. И не только судить, но и осчастливить человечество эпохальными проектами. Ладно, научные статьи и учебники по физике элементарных частиц - это не для вас. Но попробуйте почитать хотя бы популярную литератуту по теме космических лучей; в google, что-ли, поищите. Темы для поиска: "состав космических лучей", "распределение космических лучей по энергиям", "воздействие радиации разных типов на организм".
А то ведь несете бред, очевидный 99% читающих форум, но сами счастливо ухитряетесь оставаться в оставшемся проценте.
И по поводу летаргического сна почитайте. Или хотя бы поделитесь ссылкой на источник ваших сведений о тех физиологических особенностях летаргического сна, что привели вас к мысли о использовавании его в межзвездном полете.

Lamort>> Представьте, допустим, что мимо корабля летит некий "кусок железа", он имеет относительно корабля скорость корабля. У нас есть какая-то штуковина вроде бегущей .....
А.С.> Поздравляю, вы только что построили фотонный звездолёт со всеми вытекающими достоинствами и недостатками.

Остап вытер свой благородный лоб. Ему хотелось есть до такой степени, что он охотно съел бы зажаренного шахматного коня.
....
На третьем ходу выяснилось, что гроссмейстер играет восемнадцать испанских партий. В остальных двенадцати черные применили хотя и устаревшую, но довольно верную защиту Филидора. Если б Остап узнал, что он играет такие мудреные партии и сталкивается с такой испытанной защитой, он крайне бы удивился. Дело в том, что великий комбинатор играл в шахматы второй раз в жизни.

 

Sergeef>> Образут ливень, но далеко не всегда, для ливня частица должна попасть точно в ядро, а это путь порядка метра в материи, потом ливень в начальной точке очень очень узкий, по сути не отличается от иглы, и не так страшен, как на расстояниях 5-10 м в веществе от начала.
FarEcho> Sergeef, ей-богу, нельзя быть настолько девственным в вопросах, о которых беретесь судить.
FarEcho> И по поводу летаргического сна почитайте. Или хотя бы поделитесь ссылкой на источник ваших сведений о тех физиологических особенностях летаргического сна, что привели вас к мысли о использовавании его в межзвездном полете.
Не надо много ля ля, говорите конкретно, что вас не устраивает, А то понять абс не возможно!
Что касается летаргического сна, он приведен лишь как пример, реально не известно как его вызвать и как из него выводить. Более реально можно осуществить нечто типа замней спячки, если разобраться в микробиологии ее процессов.

Можно попробовать вызвать глубокий сон просто большой длительности, с помощью снотворных, искусственного электрического альфа-ритма, плюс снижение температуры, ну и некоторых других факторов.

Sergeef> Посему выгоднее не делать защиты, как на МКС ее нет, и ничего живут там чуть не годами, хотя у них космических лучей сверхвысокой энергии лишь в двое меньше, чем в открытом пространстве, правда у них нет частиц средних и низких энергий, задерживаемых магнитным полем Земли, А от них можно отгородиться тоже защитным полем на звездолете.

Ой как все запущено! Экипажи Аполлонов за десятисуточный полет получали дозы 0.5 - 1 рентген. Уровень радиации за радиационными поясами Земли - 1 милирентген в час. Многовато чтобы находиться там без радиозащиты длительное время. Космическая радиация - одна из.основных проблем препятствующих полету на Марс. Без мер защиты космонавты либо умрут, либо вернутся из полета на Марс инвалидами.

Даже на МКС, которая находится под радиационными поясами Земли и избавлена от большей части космического излучения, радиация является существенной проблемой и часть времени космонавтам приходится проводить в спускаемом аппарате исполняющему роль радиационного убежища.

На защиту звездолета магнитным поясом аналогичным земному вам просто не хватит энергетике. Для нынешних источников энергии потребный для создания таких поясов выход энергии неподъемен

Sergeef> Образуют ливень, но далеко не всегда,

Ну действительно, почитайте чего-нибудь про радиационную медицину и физику частиц, а то такое несете. Протонное излучение является одним из самых хреновых для радиационной медицины вариантов. Коэффициент биологической активности у этого излучения очень высок. И это же излучение как раз является основным компонентом космического излучения. И характерные длины пробега у высокоэнергетичных протонов как раз укладываются в толщину человеческого тела, благодаря чему протонное излучение используется при радиотерапии раковых больных

Речь идет о частицах сверхвысоких энергий! Эти частицы крайне редки, но при подании в вещество образуют крайне массивные ливни, средний пробег при образовани ливня - 100 г на см кв.
На МКС прячутся от рентгена солнечных вспышек, вот только сомнительно, что спускаемый аппарат может защитить от него, тонкая общивка, одно название, что защита.
На Луне да космические лучи низких энергий весьма опасны, но тут можно использовать магнитное поле для защиты, энергии будет навалом от ЯРД, но можно и сверхпроводящие катушки поставить.
Вот ЯРД будет крайне опасен, защититься от него нечем! Единственно большое расстояние спасет, но никакая ферма тут не поможет, очень большое расстояние нужно, порядка 10 км, поэтому лучший вариант, это ЯРД висит сзади на длинном тросе 10 км, но не исключен вариант, что при неработающем двигателе ЯРД может приближаться к кораблю, поэтому понадобятся спец- корректирующие двигатели.

Sergeef> Речь идет о частицах сверхвысоких энергий! Эти частицы крайне редки, но при подании в вещество образуют крайне массивные ливни, средний пробег при образовани ливня - 100 г на см кв.

Прекрасно, Ватсон, прекрасно!
Но, любезный друг, вы не учли самого главного. Каскады вторичных частиц у вас будут всегда. Средний пробег до образования ливня - это именно средний. Процесс носит вероятностный характер и бОльший урожай соберет именно начальный слой защиты (а поскольку вы хотите от нее отказаться, то собственно тела путешественников). Вот только защита, при ее наличии, поглотила бы менее энергичные частицы каскада (или ослабила бы), а так все достанется вам. Но на деле и это не принципиально, так как материя вблизи экипажа (для взаимодействия с частицей сверхвысоких энергий) найдется в любом случае. Корпус, аппаратура, реактор, топливо, запасы пищи, воздуха и пр. - ведь космические лучи облучают звездолет со всех направлений, а не только спереди. Кроме того, распределение частиц по энергиям в космических лучах носит степенной характер. Сверхвысокие энергии (тут границы условны, но это уровень 10¹⁸эВ) редки, но опустись по энергиям на 6 порядков - и таких частиц встретишь в миллионы раз чаще. Суммарный вред от них не меньше, но максимумы вторичных частиц от них будут укладываться в более тонком слое защиты. И далее в периоде. Так что не торопитесь объявлять радиационную защиту ненужной прихотью.
Ее для межзвездного полета много не бывает!
Ее бывает только мало или очень мало.

В миллион раз больше? Вы уверены? А я очень не уверен! Суммарная космическая радиация, как известно не очень велика, на Земле есть места с не меньшей радиационной обстановкой, и люди там прекрасно живут, и даже раком не болеют, просто у них нормально работает система репарации повреждений ДНК.
Что касается ливней, в начальной точке они как игла, и частиц в них не так много, поэтому воздействие не столь существенно, пообследуйте тех, кто летал на МКС... Поэтому массивные предметы надо будет обязательно убрать от космонавтов подальше, кстати говоря кабель от ЯР будет крайне мощный, посему реактор придется цеплять вместе с ионниками впереди, а не сзади. Корабль будет слегка болтаться на тросе, что затруднит борьбу с космической пылью, она кстати гораздо опасней космических излучений.
А наиболее опасное низкоэнергетическое излучение можно задержать достаточно объемным магнитным полем, подобное кстати желательно и для полетов на Марс

Sergeef> В миллион раз больше? Вы уверены? А я очень не уверен!..

"уверены... не уверен..." - разговор детский. При чем тут вера, если есть точная информация? Вот вам график распределения космических частиц по энергиям (уж эти данные за десятилетия изучения космических лучей известны досконально):