Звездолет комбинированной схемы работы

Б.г.>> А у кого будет больше стартовая масса?
m-dva> О трёх ступенях, при массовом совершенстве 7.66, с десятью тоннами ПН уложится в 1000 тонн стартовой.

Стартовой? Это на низкой околоземной орбите! А стартовая будет ещё в 25 раз больше!

m-dva> 14 лет разгона до 3% от скорости света.
m-dva> Финишную ленту разорвет на расстоянии в 0.2 световых года от Земли.

Ну и что? До ближайшей звезды всё равно 4 с лишним световых года. Нужно повысить конечную скорость всего на несколько процентов, чтобы к концу пути догнать. А, если лететь хотя бы на 20 световых лет, более высокоимпульсный двигатель всё равно выиграет.

m-dva> Б.г.> А стартовая цена?
m-dva> А по какому курсу?

А какая разница? Аппарат с меньшей стартовой массой будет дешевле.

Б.г.>> Не улетит.
m-dva> Да куда он денется, и что ему помешает?
Экономические причины.

Б.г.> Это оно конечно, но, давайте, всё же, будем помнить про экономику,
А что не так с экономикой?
Через сотню лет население Земли удвоится, мировой ВВП при темпах роста 2% в год достигнет 500 трлн $.
Как всегда, науку будут финансировать по остаточному принципу,- 1% от ВВП, из которых собственно на космос будут выделять максимум 2%.
Что составит 100 млр $ по нынешнему курсу.

Б.г.> А стартовая цена?
При стартовом весе в 1000 тонн и импульсе 0.4 млн сек сухая масса пепелаца 170 тонн, 100тыс $ за кило, - 17 млрд $.
При импульсе 3 млн сек можно сделать одноступенчатый аппарат в 90 тонн стартовой, однако сухой вес будет того же порядка - 70 тонн.
Раз в год можно пулять... Хе-хе!

Б.г.> Ну и что? До ближайшей звезды всё равно 4 с лишним световых года. Нужно повысить конечную скорость всего на несколько процентов, чтобы к концу пути догнать. А, если лететь хотя бы на 20 световых лет, более высокоимпульсный двигатель всё равно выиграет.
Теоретическую модель ТЯРД Wyvern-2 представил в двух вариантах при равных массогабаритных характеристиках.
Пока пепелац с импульсом 1.2 млн сек ( тяга 29 кг) за 260 лет приблизится к рубежу в 0.03С, его соперник с импульсом 0.4 млн сек ( тяга 750 кг) за те же 260 лет преодолеет в два раза большее расстояние.
Высокоимпульсный ТЯРД даёт преимущества на времени полета от 600 и более лет. Это рубеж охвата порядка 30 световых лет, более 1000 лет полета.
Даже если увеличить скорость до 0.1С время полета все равно перевалит за сотни лет.
При таких временных рамках вообще пофиг на скорость,- лишь бы долетел до объекта в роботоспособном состоянии.

Sergeef> Есть смысл, водород исполняет роль толкателя
Sergeef> частично забирает рентген

У меня судороги!!!

А ведь я стараюсь не читать!

Б.г.>> Это оно конечно, но, давайте, всё же, будем помнить про экономику,
m-dva> А что не так с экономикой?
m-dva> Через сотню лет население Земли удвоится, мировой ВВП при темпах роста 2% в год достигнет 500 трлн $.

Да ноликов-то сколько угодно можно нарисовать! Важны лишь натуральные показатели - а они по экспоненте не растут.
курсу.
Б.г.>> А стартовая цена?
m-dva> При стартовом весе в 1000 тонн и импульсе 0.4 млн сек сухая масса пепелаца 170 тонн, 100тыс $ за кило, - 17 млрд $.

Сто тыщ за кило сухой массы - слишком оптимистичная оценка. Спутник "Артемис" стоил сто тыщ за кило заправленной массы. И это типично для уникального или первого в своём роде.

Да даже МКС весит вдвое меньше, а затраты на неё уже порядка ста миллиардов.

Основные затраты для любого звездолёта - это управление им с Земли и поддержание инфраструктуры в надлежащем виде в течение всего времени его полёта.

m-dva>> Через сотню лет
Б.г.> Да ноликов-то сколько угодно можно нарисовать! Важны лишь натуральные показатели
Через сотню лет, среднемировой уровень ВВП на душу населения приблизится к сегодняшнему среднеевропейскому.
Достаточно банальный рост,- хрущевку и малолитражку каждой африканской семье и мировой ВВП перевалит даже за 1000 трлн $.
.
Б.г.> Основные затраты для любого звездолёта - это управление им с Земли и поддержание инфраструктуры в надлежащем виде в течение всего времени его полёта.
Уже через 15 лет пепелац отдалится на 0.2 световых года и какое либо управление потеряет всяческий смысл. Пока в ЦУ будут чесаться принимать решение, аппарат пролетит расстояние равное диаметру Солнечной системы,- полугодовая задержка сигнала на скорости 0.03С!
А через 100 лет полета про него вообще забудут.

m-dva> Теоретическую модель ТЯРД Wyvern-2 представил в двух вариантах при равных массогабаритных характеристиках.

Анекдот про выигрыш в Спорт Лото знаешь?

Не в двух - а в трёх. И не в "вариантах" - это один и тот же двигатель, один и тот же аппарат. Произвольно меняющий соотношение тяга/удельный импульс. Термоядерная реакция в ТЯРД - источник энергии, не более. А рабочим телом является поток плазмы - который можно модулировать по желаю от сих и до сих (каких - описано)

С точки зрения энергетики (не массы!) оптимально поддерживать соотношение между скоростью аппарата и импульсом удельным его двигателя = ~0,64

Wyvern-2> С точки зрения энергетики (не массы!) оптимально поддерживать соотношение между скоростью аппарата и импульсом удельным его двигателя = ~0,64
Врядли борьба за массу или скорость будет определять оптимальность такого аппарата.
Все будет крутиться вокруг времени существования ПН в работоспособном состоянии.
За срок до 100 лет с учетом времени разгона даже на 0.1С далеко не забраться,- 2-3 парсека. На этом расстоянии окромя стаи коричневых карликов нет ничего интересного.
Все вкусности начинаются на 8-12 пк, куда даже на 0.03С за какую-то 1000 лет можно в легкую дотелепать.

Wyvern-2> 2 Alex_semenov
Wyvern-2> Зная твою силлогоманию хочу спросить: а нет, случаем, топика на Астрофоруме "Двигатель для межзвёздных перелётов" в оформленном виде? Как с "Новостей"?
Wyvern-2> Заранее благодарю

Она у нас частично оформлена.

Wyvern-2>> Заранее благодарю
К.К.> Двигатель для межзвёздных перелётов - стр. 1 - Вселенная, жизнь, разум
К.К.> Она у нас частично оформлена.

Благодарствую

Ответно, если кому интересно: Yandex.Disk

Это (свежая) диссертация Алексей Юрьевича Чиркова по альтернативным термоядерным системам с точки зрения энергетической эффективности. Есть по почти по всем реакциям, всем видам топлива, топливным циклам + обзор ОЛ, FRС, сферомакам и миксинам. Если не хотите слишком глубоко "копать" - читайте только Гл.1 и 6 Узнаете много нового и полезного

Wyvern-2> Это (свежая) диссертация Алексей Юрьевича Чиркова по альтернативным термоядерным системам с точки зрения энергетической эффективности.

Интересно.
Спасибо!

пару аргументов, отчего не возможен термоядерный реактор, если б самоподдерживающаяся реакция в принципе была бы возможна, то ее бы давно где-нибудь бы и запалили бы, ну и горело бы себе, только успевай новые реагенты подавать, но сего нет в принципе, выделяется энергии ВСЕГДА меньше чем в плазму вложено, реакция тупо тухнет, умники считают, вот увеличим ловушку и бац, плазма загорится, а хрен тебе, она все равно тухнет и тухнет, хоть тресни, и никакого выигрыша....
Только там, где энергия подводится мгновенно, в лазерных и в бомбах, часть плазмы успевает сгореть, вот казалось бы, зажги запал лазерный внутри магнитной ловушки, вроде бы должно загореться и гореть ну хотя бы некоторое время, нет же, тухнет все рано мгновенно почти, вряд ли есть такая магнитная ловушка, в которой может гореть плазма постоянно, в лучшем случае доли секунды, и выход не сильно больше вложенной энергии,
так что пилите Шура пилите, она золотая, всех с новым годом и с победой.....

Sergeef> пару аргументов, отчего не возможен термоядерный реактор, если б самоподдерживающаяся реакция в принципе была бы возможна, то ее бы давно где-нибудь бы и запалили бы....

Многократно туже...
Горит прям рядом с нами:

Далее - везде:

На Земле тоже замастырили - пока кратковременно и с нехорошими целями:

Wyvern-2> Горит прям рядом с нами:
Сделайте солнечные условия на земле, тода загорится, и то стационара не будет, кто вам сказал, что в Солнце стационарное горение??? Говорить все что угодно могут.

Sergeef>> пару аргументов, отчего не возможен термоядерный реактор, если б самоподдерживающаяся реакция в принципе была бы возможна, то ее бы давно где-нибудь бы и запалили бы....
Wyvern-2> Многократно туже...
Wyvern-2> Горит прям рядом с нами:
Ну да - гравитационным (звёзды) или инерционным (вспышки сверхновых и бомба) удержанием вполне возможно создание условий для термоядерной реакции с выделением энергии. Но совершенно не факт, что это удастся сделать магнитными или электрическими полями. Вполне может оказаться, что потуги в этом направлении окончатся ничем и направление тупиковое.

Sergeef>>> пару аргументов, отчего не возможен термоядерный реактор, если б самоподдерживающаяся реакция в принципе была бы возможна, то ее бы давно где-нибудь бы и запалили бы....
Wyvern-2>> Многократно туже...
Wyvern-2>> Горит прям рядом с нами:
S.I.> Ну да - гравитационным (звёзды) или инерционным (вспышки сверхновых и бомба) удержанием вполне возможно создание условий для термоядерной реакции с выделением энергии. Но совершенно не факт, что это удастся сделать магнитными или электрическими полями. Вполне может оказаться, что потуги в этом направлении окончатся ничем и направление тупиковое.
Вот если создать сверхсильное взрывное магнитное поле на короткий миг, то да, вполне может плазма успеть сгореть, но дело в том, что магнитные катушки чем мощнее, тем инертнее, посему ударное магнитное поле обычными методами не достижимо, опять же разве что взрывом или лазером сжимать, учитывая еще то, что там кроме теплового излучения, добавится еще мощнейшее синхротронное излучение,

Wyvern-2>> Горит прям рядом с нами:
Sergeef> Сделайте солнечные условия на земле, тода загорится...

Дык а ЧЕМ собственно плазмисты занимаются по твоему?

Именно этим - пытаются заменить грубую гравитацию ажурным магнитным полем

Wyvern-2> Именно этим - пытаются заменить грубую гравитацию ажурным магнитным полем
Гравитация (и инерция) в отличие от магнитного поля не создаёт электрического поля которое в свою очередь создаёт магнитное поле которое в свою очередь создаёт электрическое и т.д..
Поэтому неустойчивость плазмы не позволит получить выход энергии при магнитном удержании. Не получится. ИМХО.

A.s.> Допуск ему дали в середине 1950-х после того как он разработал TRIGA

C-300> Такой вопрос. Даётся удельная мощность термоядерного оружия - 6 кт/кг.
C-300> прямой энергетический эквивалент
Да, именно он. Ударная волна от ядерного оружия не вполне такая, как от конвенционального. Типично - в 2 раза слабее. Это для "обычных" зарядов средней и большой мощности.

Б.г.> Да, именно он. Ударная волна от ядерного оружия не вполне такая, как от конвенционального. Типично - в 2 раза слабее. Это для "обычных" зарядов средней и большой мощности.

Хорошо, спасибо. Тогда это не меняет сути рассматриваемого вопроса (в смысле эффективности заряда в космосе).
Но что ж такие нечеловеческие единицы измерения были выбраны?! Хотя понятно, что это уже укоренилось исторически и для обывателя нагляднее.

C-300> Но что ж такие нечеловеческие единицы измерения были выбраны?!
Военные иначе не понимали.

Б.г.>> Да, именно он. Ударная волна от ядерного оружия не вполне такая, как от конвенционального. Типично - в 2 раза слабее. Это для "обычных" зарядов средней и большой мощности.
C-300> Хорошо, спасибо. Тогда это не меняет сути рассматриваемого вопроса (в смысле эффективности заряда в космосе).
C-300> Но что ж такие нечеловеческие единицы измерения были выбраны?! Хотя понятно, что это уже укоренилось исторически и для обывателя нагляднее.

 

S.I.> Военные иначе не понимали.

 

Ну почему же только для обывателя (и "тупых военных")? Судя по тому бреду который несется с экранов телевизоров (у всяких там ВВС вполне себе научные консультанты!) наглядность, зримая единица измерения, дабы ОЩУТИТЬ (кожей!) масштаб задачи нужна не только обывателю и военному...
Лично мне - тоже...

Вот смотрите. Наглядно по-военному.

Представьте себе гипотетический звездолет на 1000 человек (меньше команду людей к звездам посылать просто нет смысла). Пускай на каждого человека приходится 33.3(3) т массы экспедиционного модуля. То есть, нужен модуль ~ 30 тыс. тонн. Тогда масса всего пустого звездолет (без топлива), примерно в 3 раза больше по массе. То есть 100 000 000 кг.
Это "от балды" но это похоже на правду (поверьте мне, я собаку сожрал уже на этих оценках). Пилотируемый корабль меньшей массы к звездам слать просто глупо.
Далее.
Пускай мы хотим разогнать его до 0.05с (1 световой год за 20 лет). И сделать мы это хотим за 100 дней (как более мягкий вариант за 1000 дней). Из этого условия легко оценить мощность привода (не важно какого). Как бы мы не разгоняли это транспортное средство, в конце разгона (по отсечке, как говорят ракетчики) корабль будет иметь кинетическую энергию:

K=10⁸* (1,5*10⁷)²/2=1,125*10²² Дж

Но это только полезная энергия привода. Как всякая тепловая машина любой (не важно какой) привод будет иметь некий суммарный КПД (состоящий из КПД двиЖИтеля умноженного на КПД двиГАтеля). И я бы счел суммарный КПД в 0.2 очень даже неплохим (есть эмпирический закон утверждающий, что обычно выходит около 0.1). То есть энергия, ВЫДЕЛИВШАЯСЯ в вашем (не важно каком!) двигателе за время разгона:

Q=1,125*10²² /0,2 = 5,62494*10²² Дж

Из этого легко оценить усредненную тепловую мощность в двигателе привода. 100 дней это 8640000 с, тогда усредненная тепловая мощность

W= 5,62494*10²² / 8640000 = 6,51*10¹⁵ Вт

Иначе говоря, в двигателе (опять же не важно что за конструкция!) должно в секунду выделяться 6,51*10¹⁵ Дж.

Как эти 15 порядков себе представить?
Да очень просто.
Армейская смекалка зачем, товарищи офицеры и особенно прапорщики?
Надо вспомнить, что 1 кт ТНТ это на самом деле 4.2*10¹² Дж. Тогда получается что каждую секунду в двигателе нашего звездолета (ОЧЕНЬ УСЛОВНО) должна взрываться водородная бомба мощностью...
Посчитали сами?
1550 кт ТНТ. Или полторы мегатонны. Каждую секунду.
Представили?

Ясно, что если вас это ужаснет и вы тут же судорожно решитесь растянуть время разгона на 1000 дней (2,7 года) то каждую секунду в вашем двигателе должна взрываться бомба в военном исчислении "всего" ..

155 кт ТНТ

Секунда -155 кт, секунда - 155 кт, секунда - 155 кт... и так более двух лет.
Представили?

Обратите внимание. Я тут не считал конкретно взрыволет. Я вообще не знаю что за система привода на нашем умозрительном звездолете. Я считал некий абстрактный звездолет. Но использование "военной" НАГЛЯДНОЙ меры энергии тут очень ярко как бы намекает, что вряд ли какой иной привод, кроме как на водородных бомбах, справится с поставленной нами в условии ОЧЕНЬ СКРОМНОЙ (отправить 1000 человек на 5 св. лет за 100 лет полета) задачей...

Конечно. Можно (и нужно!) возмутиться и сказать: зачем нам отправлять полк (в военной терминологии) людей? Не проще ли послать робота на нано-микро-само-репли-ИИ- технологиях? А если нужно и людей там иметь, то можно в виде эмбрионов с механическими матками и т.д. и т.п.... Мол, не зря же со времен "Ориона" был прогресс "открытий чудных" (но не в области ядерной энергетики, между прочим!), в итоге масса должна получиться много легче.
Легче во сколько?
Ну допустим вложимся мы в 100 тонн (в Ковчег 47 Либра у Штерна 500 т сухая масса всего ковчега эмбриононосителя и львиная доля там сам ионный корабль, то есть реактор с волшебным джет-двигателем, хотя это в любом случае обычный ионник и на полезную нагрузку у всякого ионника приходится порядка 10% или 50 тонн). Вместо 100 000 тонн сухой массы мы, допустим исхитрились получить 100 тонн (ПН ужата в 10 тонн!). Энергию сэкономили в 1000 раз.
Значит при тех же параметрах (100-1000 дней разгона) нам потребуется каждую секунду сжигать в двигателе 1.5 -0.15 кт ТНТ.
Все равно получается тактический ядерный взрыв ежесекундно.
Но что забавно? (как писали в журнальчике моей юности "Техника-молодежи", необыкновенное- рядом) 0.15 кт/с это всего в 3 раза больше чем выделялось энергии в 5-и ЖРД двигателях F-1 первой ступени Сатурн-5 при старте. Там получалось порядка 0.05 кт в сумме за секунду. Не верите? Желающие могут сами пересчитать и удивиться. Вот как это выгладило:

Это - 0,05 кт/с

(поэтому дурачки, представляющие 4000 тонный Орион, который отрывается от земли и проходит тропосферу на 0.1-0.5 кт/с, как махонькую точку на вершине гигантского ядерного гриба (один над другим! чудовищное зрелище! матери мира плачут и прижимают младенцев к груди!!!) - действительно очень наивно мыслят. Я думаю что по спец эффектам старт 4 000 тонного "Ориона" не сильно будет отличаться от старта 3 000 тонного Сатурна ибо совершаемая обеими тепловыми машинами работа в обоих случаях по порядку одинакова).
Но это ЖРД, через который прокачивались тонны материи в секунду, которая выступала этаким шикарным выхлопом-хвостом-радиатором для тепловой машины такой чудовищной мощности. И это чудовищно холодный выхлоп. Это импульс за счет массы но не скорости.
В вакууме при звездолетных скоростях истечения, что нам нужны (когда импульс за счет скорости) такой трюк проходит только для взрыволета (и то, если нам очень сильно повезет эту технологию очень сильно продвинуть! В том виде в каком мы ее знаем она явно не тянет).
А если все же без шайтан-технологий?
Что тут можно выкрутить в случае звездолета, дабы мощность двигателя нам стало неудобно вычислять в неприличных милитаристских килотоннах тринитротолуола за секунду и перейти к более привычным для гражданского слуха и лиц ваттам?
Ну тогда возможны два хода.

1. Снизить конечную скорость еще на порядок. Скажем лететь не 100 лет к ближайшей звезде а порядка 1000. Тогда скорость нужна в 10 раз меньше, энергии (и мощности) квадратично, в 100 раз меньше.

2. Растянуть время разгона (W=Q/t). Если в изначальной задаче вы разгоняетесь от 100 дней до ~3 лет, а летите к цели инерционно ~100 лет, то это фактически мгновенный разгон (торможение мы забыли посчитать, поэтому придется считать что разгоняемый нами звездолет летит к АЦентавре 200 лет а не 100). Так быстро ускоряться при таких скоростях явная роскошь.
Как долго можно ускоряться при перелете к цели?
По идее вы можете (очень упрощенно) разгоняться до половины дистанции, а потом половину дистанции тормозить, это перелет с постоянно включенным двигателем (у ракеты это не совсем так, но при оценке порядка это можно опустить, более точный расчет такого перелета я приводил тут в виде графиков которые тут уже пару раз перепостили выше.).
То есть, если вы летите при мгновенном ускорении и торможении к цели ~1000 лет, то разгоняться можете ~500 лет и ~500 лет тормозить. Упрощенно (по военному) здесь мы снижаете мощность привода еще в 100 раз (вместо лет разгона/торможения сотни лет разгона/торможения).
Итого можем выиграть аж 4-5 порядков мощности.
Получаем 0.000015-0.0000015 кт ТНТ/с или 63-6,3 МВт тепловой мощности и это уже можно сравнить с мощностью той или иной машины на Земле или небольшой электростанции, корабля, подводной лодки и т.д.
Именно (примерно) на таком аппарате (с такими параметрами) физик Штерн (а не просто фантазер-писака) в прошлом 2016-м году и отправил своих героев (эмбрионы людей и собак с няньками ИИ и муравьями-саморепликаторами) в путешествие на десятки тысяч лет к ближайшей экзоплатене земного типа.

Как не верти. Но главное препятствие на пути к звездам, разумеется, не всем намозоливший мозги световой барьер. Главное препятствие - чудовищная мощность (при этому неисправимая никаким ИИ, нано-генно-инфо-эмбри-само- прогрессом, чудовищная УДЕЛЬНАЯ мощность) привода, обеспечивающего перелет за приемлемый срок (сотни лет к ближайшим звездам).
Если вы хотите лететь к звездам 1000 - 10 000 лет то мощность привода вы можете исчислять в мегаваттах, но если вы хотите лететь 100 лет, вам ПРИДЕТСЯ исчислять мощность двигателя в килотоннах или мегатоннах ТНТ за секунду.
Закон тут прост (и вывести его для самого простого случая равномерного постоянного ускорения/торможения при перелете - четыре действия).



В случае самого медленного ускорения минимально возможная удельная мощность привода w (ватт/кг) растет прямо пропорционально КУБУ пиковой скорости v, а падает лишь пропорционально расстоянию перелета L.

ню-суммарный КПД двигателя. Почему t=2L/v ясно? Нарисуйте график v=f(t).
Для мгновенного разгона и торможения L= v₀t. Если же вы хотите равномерно разгоняться до середины, а потом тормозить и при этом вложиться в t, то вам нужна пиковая скорость v = 2v₀. Отсюда L=vt/2 (площадь треугольника и квадрата с основанием t равны).


И не очень важно как ваш двигатель устроен. Особенности двигателя (траектория перелета ракеты например) будут влиять на характер коэффициента при v³/L и только. Чисто физически характер привода ничего не меняет. Ни сегодня, ни завтра. Вообще никогда.
Эйнштейна всякие там Алькубьере может быть и победят (хотя, думаю, пуп у них развяжется!), но вот учебник элементарной школьной физики Пёрышнкина - никогда!